厚煤层综放开采安全技术研究.pdf

科学技术创新 2020.22 脉冲波形。 也可以利用波形判断缺陷位置和大小。 之后的超声探 伤可以准确检测管道内壁的细微裂纹。 清洁、 消毒 车内装有酸溶液、 消毒液的储液瓶， 车顶部装有 泵体， 两边装有毛刷。第一传动装置带动使用齿轮传动的车体在 管道内前进， 第二传动装置则带动毛刷， 结合酸溶液、 消毒液喷射 对管壁进行清理、 消毒。 OpenMV 裂缝检测 这是一个开源， 成本费用低， 功能很强大 的机器视觉模块。包括寻找色块， 眼球的追踪， 边缘检测， 标志跟 踪等， 因此可通过摄像头的拍摄， 对管道内壁的锈蚀和裂缝进行 捕捉。 3 项目技术分析 3.1 项目技术目标 （1） 对各种管道进行裂痕检测、 清洁、 消毒。 （2） 解决城市生活 管道泄漏、 细菌、 病毒传播问题。 （3） 解决农业输水管因管道发生 裂痕导致水资源的浪费问题。（4） 解决天然气管道， 因天然气泄漏 导致资源浪费、 爆炸等问题。（5） 解决工业管道因管道发生裂痕导 致资源浪费、 污染环境、 爆炸等问题。 3.2 项目技术内容 超声波检测技术 采用超声波探伤原理实现对裂痕的检测。 小车、 裂痕定位技术 采用 GPS 定位实现对小车、 裂痕定位。 裂痕捕捉技术 采用 OpenMV 实现对裂缝进行捕捉拍摄。 管道清洁、 消毒技术 通过电机带动水泵实现对管道进行清 洁消毒。 天然气浓度检测裂痕技术 采用 MQ-5 传感器对浓度进行检 测， 通过浓度的变化来检测裂痕。 3.3 项目总体构想 （1） 使用着使用内容 使用者可以通过手机控制小车， 小车实 现在管道穿梭、 对管道进裂痕检测、 清洁、 消毒， 小车通过手机显 示管道内实时情况， 对管道进行勘察以及报警消毒。（2） 裂痕检测 报警 管道内裂痕检测及清洁消毒系统通过， 天然气浓变化、 超声 波检测异常、 拍摄捕捉到异常， 向手机发出裂痕检测报警。 3.4 项目技术优势 （1） 与国内外技术对比。通过收集大量国内外现有的管道机 器人， 发现目前我国的管道机器人功能单一、 设备笨重、 操作负责 等问题， 管道机器人还有很大的提升空间。在调查的过程中不难 发现， 国内外现有的管道机器人存在以下几点问题 ①功能单一。 目前市场上的管道机器人功能较为单一， 没有能实现把对管道的 勘察、 裂痕检测、 清洁、 消毒集为一体。 ②管道裂痕检测精确度低。 在对管道进行裂痕检测时， 多数采用超声波、 霍尔传感器、 视频拍 摄捕捉， 来进行单一检测， 精确度低。 ③设备庞大。 有的管道机器 人， 操作设备复杂、 管道机器人笨重庞大， 无法对小型管道进行勘 察和检测。 ④采用轮系作为机器人爬行。 大多数管道机器人采用 轮系作在管道进行作业，无法对各种复杂的管道进行很好的爬 行。 ⑤操作设备复杂。 大多数使用者对管道机器人进行作业时， 操 作设备往往是一台电脑或者专门自制的设备， 无法实现大众控制 操作。 （2） 技术优势。 ①体积小。 以履带式小车为载体， 体积小， 可 以在各种环境的管道穿梭。②功能齐全。集成管道裂痕检测、 清 洁、 消毒。 ③精度高。 结合超声波、 视频捕捉、 浓度变化三种来进行 高精度检测裂痕。 ④操作简单。 通过手机实现对小车控制， 信息的 采集， 实时勘察检测。 厚煤层综放开采安全技术研究 刘书华侍大军 （兖矿集团兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿， 山东 济宁272000） 随着煤矿综放开采技术的广泛应用， 我国煤矿开采效率和 煤矿企业效益显著提升。一个年产量达到 600 万吨的矿井通常 可以一矿一面， 因此， 确保综放开采过程中的安全非常关键。煤 矿综放开采过程中会在采空区残留大量的煤， 具有较大的下落 高度以及严重的漏风现象， 带来许多安全问题， 例如火灾， 瓦斯 爆炸、 粉尘污染等。据统计我国煤矿中超过一半的综采面存在 自燃的危险， 严重威胁着煤矿的安全生产。如阳泉一号煤矿曾 经发生火灾事故， 就是由于自燃造成的严重火灾， 造成巨大的 经济损失。为有效保障煤矿安全开采， 需要对具有易自燃特点 厚煤层综放开采安全技术进行深入研究， 基于此， 本文分析了 防治综采煤层自燃技术， 这对于确保的综采安全来说具有非常 重要的意义。 1 综采工作面概况 完全机械化的 9315 综采工作面位于矿井西翼， 上部边界为 9313 综采工作面隔离煤柱，下部边界为未开采的 9318 综采工 作面隔离煤柱。9315 综采工作面煤层为原始煤层， 回风顺槽长 970m， 运输顺槽长 945m， 可采走向 775m， 倾斜长 96m-125m， 平 均 106m， 倾角 55， 可采煤量 983， 000 吨。工作面采用倾斜特 厚煤层走向长壁综采放顶煤采煤法一次采全高， 全部垮落法管 理顶板。综采工作面 9315 为单一煤层结构，煤层厚度平均 12.6m， 变化不大， 煤层坚硬易碎易自， 采用长壁综采放顶煤采煤 法一次采全高， 全部垮落法管理顶板。 摘要 随着研究与实践的深入， 煤矿综采技术不断完善。目前， 国内煤矿普遍采用综放开采技术， 有效提高煤矿开采效率， 实现煤矿企业采煤工艺的革新， 同时节约成本， 特别是对于中小型煤矿来说具有很高的实用价值。但目前煤矿综放开采技术依然 有一些问题需要解决， 尤其是综放开采过程中的安全问题。探讨了软岩支护技术以及大倾角综采面的防火通风等安全技术， 有效 防止抽空期间煤层自燃。 关键词 厚煤层； 综放面； 安全开采； 煤矿开采 中图分类号 TD752.2文献标识码A文章编号2096-4390（2020）22-0022-02 （转下页） 22-- 2020.22 科学技术创新 2 厚煤层综采工作面巷道支护施工 支护施工基本步骤爆破 - 顶板、墙锚设置 - 出货排矸 - 金属支撑架设置 - 金属网铺设 - 混凝土喷射 - 底板密封处理 - 锚杆锚索。具体施工要点如下 （1） 采用光面爆破作为掘金方式。 （2） 露在孔洞外的锚杆长 120mm，托盘应和巷道壁紧紧贴合，螺母拧紧扭矩不能低于 185N.m。 （3） 安装金属支架时， 电缆成对排列， 螺母的拧紧扭矩 不能低于 350N.m。 用力拉板上部排列整齐形成一条线。 （4） 铺设 金属网时， 需平直， 网与网相连。 （5） 底板封闭， 并且回填距离底 板中心 1250mm。 3 厚煤层综采工作面防火措施 3.1 在深度较大的矿井中， 如果支护失效， 巷道变形将不断 增加。同时， 巷道围岩的塑性区也越来越大， 会产生很多裂缝， 当达到一定数量就会形成煤粉自热自燃的环境条件， 从而导致 煤在巷道周围的裂缝中自燃。 3.2 在围岩中注入有助于提升煤体的强度和弹性系数， 提 高围岩的自承能力， 并相对减少裂缝有助于防止煤自燃。 3.3 由于白泥的非脱水特性，使用白泥注入来封闭煤体并 阻塞煤体内的孔隙是有效的。 3.4 在停产期间在综放开采工作面上部煤腔的通道中注入 气态氮， 以防止采空区浮煤意外自燃。 3.5 采用超强支护技术支撑巷道， 以避免巷道变形。 在巷道 使用过程中， 如果发现喷涂物有裂纹， 分层、 脱落的现象， 应该立 即进行补喷， 当巷道温度上升或检测到 CO 时， 应及时钻孔， 在 孔中注入白泥浆， 以确保煤体与空气隔绝。 3.6 做好工作面的安装和拆卸， 并认真组织开展初采工作， 以确保所有工作均能顺利进行。 3.7 必须坚持使用监控系统以及每日预报。 以上防治煤矿综放开采工作面火灾的技术具有非常理想 的实际效果。在 805 综放开采工作面可以结合具体情况灵活运 用倾斜采煤， 气压均匀的通风， 工作面推进速度保持每天不少 于 38m，工作面前进 350 m 以上从未出现煤炭自燃的迹象， 这 说明对综采工作面采取全面防火措施是有效的。 4 厚煤层综采工作面开采安全措施 4.1 开采前期的安全措施。 （1） 加快推进速度， 迅速切开切 口， 提高回采率， 尽量不要在采空区中留下浮煤。（2） 每个作业班 次完成作业后， 需要用阻燃材料， 如珍珠岩阻塞上下隅角， 以阻 止空气泄漏到采空区。 （3）开始回采之前将氮气注入管道预先 埋在运输巷道侧面的孔中， 开采 18m 后， 开始注入氮气组织煤 氧化。 （4） 每个作业班次都要仔细检查工作面的防火， 并每天进 行采样和分析， 以进行有效地监控。 4.2 回采过程的安全措施。通过每月平衡生产并在工作面 上保持一定速度的推进实现快速回采， 可以有效防止采空区自 燃。配合向采空区注氮， 每隔 18m 由 3m 长泥堆成隔离墙， 用珍 珠岩密封以减少漏风和采空区氮溢出， 可以有效阻止采空区煤 的氧化。巷道通过圆形棚全横截面的水泥砂浆支护， 并根据压 力和对巷道破坏程度及时进行喷浆处理。 以 7-10m 的分隔角进 行注浆， 缩短煤暴露煤在空气中的停留时间。在巷道中超前支 护， 检查煤体温度， 如高于 30℃则泵送白泥， 使其冷却， 避免在 高温时进入采空区。全面考虑瓦斯、 温度等条件， 在工作表面上 合理分配空气， 最大程度地减少采空区的漏风， 每天测量风量， 并在风量变化时及时进行调整以确保风量稳定。受季节和温度 变化的影响， 回采过程中的综采面配风量 1200-1500m3/min。定 期分析瓦斯、 CO 数据， 根据分析结果及时调整工作面的抽采。 4.3 开采末期的安全措施。采矿的最后阶段是准备回撤和 拆卸设备的过程， 也是防火最关键的时期。对工作组织， 流程衔 接要求更高。从在工作表面上放置网格到拆卸结束是一个复杂 的工程。 组织是否有序关系到煤炭自燃防治效果。 805 综采面采 取顺风撤架， 铺网、 劈帮的过程中配风量 1200m3/min， 回撤时配 风量为 680m3/min。 4.4 铺网时采空区漏风控制网之前， 上隅角采空区 15m 处、 下隅角采空区 20m 处用的白泥密闭； 上隅角采空区 15m、 下隅 角采空区 20m、 35 处， 工作面每隔 50m 处进行氮气管预埋， 铺网 后支架不移动， 上隅角、 下隅角均向采空区 55m、 75m 处喷浆用 于堵漏， 将下隅角的氮气注入管更改为 35m 处注入氮气。 4.5 停采期间的安全措施。 为了能随时快速恢复开采， 工作 面未关闭。从生产停机的第一周期开始， 工作班次减少了 2 倍， 配风量 1490m3/min 降低至 780m3/min，在工作面框架侧面的方 向上喷浆 35 m 以控制漏风； 临时添加氮气容量为 580m3/h 的制 氮机， 将氮气注入下隅角的浅部 20m 处， 并分析喷涂层中的样 品， 氧浓度为 8.0％9.6％， 有效阻塞了漏风源头， 原有的制氮机 为采空区处注入。 经过 15 天的采样和分析，工作面上 160～175 架间的一氧 化碳浓度增加， 但都低于 80ppm， 上隅角采空区内测温度升高了 2.8℃， 无自燃， 且采矿后无异常。 这证明当氮气流过煤体时可以 有效降低氧气浓度并吸收了煤氧化过程中发出的热量， 从而有 效减慢煤的温度上升的速度， 并降低环境温度， 从而破坏煤氧 化的条件。 综上所述， 煤矿综采技术应用越来越广泛， 是实现煤矿开采 高产高效的有效手段。本文通过对易自燃厚煤层综放开采过程 中的巷道支护施工、 防火措施深入分析， 提出了防止煤层自燃 的新方法。其中巷道超前支护、 向煤体注入白泥， 喷浆、 注氮等 措施在确保煤矿安全生产中起着关键作用。巷道超前支护有效 确保巷道围岩的稳定性，巷道在使用期间按未出现严重失修。 从漏气控制的角度来看， 工作表面两端每隔 18m 用白泥创建一 个 3m 长的隔墙， 用珍珠岩密封以有效控制采空区漏风。 工作面 上空气的合理分布，向采空区注入氮有效控制了煤的自燃， 灵 活运用倾斜采煤， 气压均匀的通风， 工作面推进速度保持每天 不少于 38m， 工作面前进 350m 以上从未出现煤炭自燃的迹象。 参考文献 [1]袁永， 屠世浩， 王继林， 等.大倾角特厚煤层综放开采技术的研 究与应用[J].煤矿安全. [2]王红胜， 李森林， 李树刚， 等.近距离煤层群下伏厚煤层综放开 采下上行开采技术[J].西安科技大学学报，2016（5） 621-627. [3]马俊鹏， 邢士军， 郭杰， 等.特厚煤层综放工作面安全高效开采 配套技术[J].煤矿现代化，2016（4） 31-33. [4]朱伟， 滕永海， 唐志新， 等.水库下厚煤层综放开采安全性及采 动影响研究[J].煤炭科学技术，2018，46（5） 81-86. [5]巩志忠.浅埋自燃厚煤层综放开采防灭火技术研究[D].呼和浩 特 内蒙古科技大学，2013. 作者简介 刘书华 （1979-） ， 男， 大学学历， 工程师， 有多年采 煤、 掘进管理经验， 现在兖矿集团兖州煤业股份有限公司济宁 二号煤矿从事综机设备管理工作。 23--