上湾煤矿8.8 m超大采高工作面漏风管控技术实践.pdf
★煤矿安全★ 移动扫码阅读 引用格式吴海旭上湾煤矿8 8m超大采高工作面漏风管控技术实践 [J]中国煤炭,2 0 2 0,4 67∶5 3-5 7 W uH a i x u P r a c t i c eo f a i r l e a k a g ec o n t r o l t e c h n o l o g y i nt h e8 8mu l t r a G h i g hw o r k i n g f a c e i nS h a n g w a nC o a l M i n e[J] C h i n aC o a l,2 0 2 0,4 67∶5 3-5 7 上湾煤矿8 8m超大采高工作面漏风管控技术实践 吴海旭 国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿,内蒙古自治区鄂尔多斯市,0 1 7 2 0 9 摘 要 基于上湾煤矿8 8m大采高工作面的煤层赋存条件,对开采工艺对采空区漏 风的影响因素进行了分析,利用示踪气体六氟化硫对工作面井上下漏风规律进行了测定分 析.采取了优化通风系统、预防性区域注浆、回填堵漏等漏风管控措施,有效降低了向采空 区漏入的风量,确保了工作面的安全开采.同时也为该盘区接续工作面的漏风管控工作提供 了技术依据和参考. 关键词 超大采高 漏风 示踪气体 区域性注浆 地表回填 中图分类号 T D 7 2 文献标识码 A P r a c t i c eo fa i r l e a k a g e c o n t r o l t e c h n o l o g y i nt h e8 8mu l t r a G h i g hw o r k i n gf a c e i nS h a n g w a nC o a lM i n e WuH a i x u S h a n g w a nC o a lM i n e,C h i n aE n e r g yS h e n d o n gC o a lG r o u p,O r d o s,I n n e rM o n g o l i a0 1 7 2 0 9,C h i n a A b s t r a c t B a s e do n t h e c o a l s e a mo c c u r r e n c e c o n d i t i o n s a n dm i n i n g t e c h n o l o g yo f t h e 8 8mu l t r a G h i g hw o r k i n g f a c e i nS h a n g G w a nC o a lM i n e,t h ea u t h o ra n a l y z e dt h e f a c t o r s i n f l u e n c i n ga i r l e a k a g e i n t h eg o a f,a n dm e a s u r e da n da n a l y z e dt h e a i r l e a k a g e l a w o f t h ew o r k i n gf a c ew i t ht r a c eg a ss u l f u rh e x a f l u o r i d e T h ea i r l e a k a g ec o n t r o lm e a s u r e ss u c ha so p t i m i z i n gv e n t i l a t i o ns y s t e m, p r e v e n t i v er e g i o n a l g r o u t i n g,s u r f a c eb a c k f i l l i n ga n d l e a k a g e s t o p p a g eh a db e e na d o p t e da n de f f e c t i v e l y r e d u c e d t h e a i r l e a k a g e i n t o t h eg o a f a n de n s u r e dt h es a f em i n i n go f t h ew o r k i n gs u r f a c e A t t h es a m e t i m e,i t a l s op r o v i d e dt h e t e c h n i c a l b a s i sa n dr e f e r e n c e f o r t h ea i r l e a k a g ec o n t r o lw o r ki nt h e f o l l o w e dw o r k i n gs u r f a c eo f t h ep l a t ea r e a K e yw o r d s u l t r a G l a r g em i n i n gh e i g h t,a i r l e a k a g e,t r a c e rg a s,r e g i o n a l g r o u t i n g,s u r f a c eb a c k f i l l 鄂尔多斯盆地已经探明的煤炭资源储量占全国 煤炭资源储量的3 9 %,是我国最大的煤炭生产基 地,该区域煤层赋存普遍具有埋藏浅、基岩薄、厚 松散层等特征.煤层在开采过程中,受矿压作用影 响,地表破坏严重,地表漏风通道畅通,漏风现象 凸显[ 1].近年来,随着特厚煤层的开采,工作面一 次采全高,煤炭一次采出量大,生产高度集中,冒 落带高度大,采动裂隙发育直达地表,地表漏风、 本层漏风等耦合漏风条件加大了采空区漏风管控的 难度.采空区漏风是引起遗煤氧化,致使采空区煤 炭自然发火最重要的因素之一,加强采空区漏风管 控是防止采空区煤炭自然发火的先决条件[ 2-3]. 国家能 源 投 资 集 团 神 东 煤 炭 集 团 上 湾 煤 矿 8 8m超大采高工作面为煤炭行业 “ 超级工程” , 是国内首个具有完全自主知识产权的8 8m超大 采高智能综采工作面,引领了煤炭行业的发展方 向,其成就令世界瞩目.上湾煤矿工程技术人员在 狠抓煤炭生产的同时,仍旧把采空区漏风管控作为 35 上湾煤矿8 8m超大采高工作面漏风管控技术实践 同等要务来抓.笔者结合首采1 2 4 0 1工作面的实际 情况,结合煤层赋存条件和生产工艺,对1 2 4 0 1工 作面开采过程中采空区的漏风影响因素进行了总结 分析,对漏风规律进行了测定研究,并采取了行之 有效的采空区漏风管控措施,有效杜绝了采空区煤 炭氧 化 自 热 现 象 的 发 生,确 保 了 工 作 面 的 安 全 开采. 1 概况 上湾煤矿是神东煤炭集团公司现代化主力生产 矿井之一,矿井位于毛乌素沙漠边缘、鄂尔多斯盆 地东北部,煤层赋存具有浅埋藏、基岩薄、上覆厚 松散层的特征.上湾煤矿井田面积6 1 8k m 2,地 质储量1 1 3 5亿t,可采储量7 3 2亿t.矿井采用 斜井-平硐-立井联合开拓,连续采煤机掘进,液 压支架阻力和采煤机功率智能化程度居世界前列. 1 2 4 0 1工作面是1 2号煤层四盘区首采工作面, 工作面走向长度2 9 9 2 m,推进长度5 2 5 4 8 m, 地面标高1 1 8 81 3 0 0 m,煤层底板标高1 0 4 3 1 0 6 6m. 工 作 面 所 采1 2号 煤 层 厚 度7 5 6 1 0 7 9m,平均煤厚9 2 6m,设计采高8 8m,采 用倾斜长壁后退式一次采全高综合机械化采煤法开 采,全部垮落法管理顶板.1 2号煤层为易自燃煤 层,燃点低,氧化性强、吸收氧气能力强,最短自 然发火期为3 5d. 工作面老顶为厚度5 6 82 0 3 4m的粉砂岩, 直接顶为厚度2 18 0 7m的细粒砂岩,伪顶为 厚度0 5 21 7 5 m的 泥 岩,直 接 底 为0 9 6 1 2 9m的泥 岩.工作 面 上 覆 松 散 层 厚 度 为0 2 2 1 2m,主要是土黄色中、细粒风积砂,松散未 固结;上覆基岩厚度为1 2 02 2 0m. 1 2 4 0 2工作面布置包括切眼、主运巷道、回风 巷道、辅运巷道、主撤通道、辅撤通道、巷道联 巷、支架专用巷等巷道.主运巷道、辅运巷道、支 架专用巷作为进风巷道;回风巷道作为回风巷道. 2 漏风规律测定分析 结合1 2号煤层赋存特点以及1 2 4 0 1工作面开采 工艺,对采空区漏风的影响因素进行了分析,同时 采用示踪气体六氟化硫 S F6对1 2 4 0 1工作面井上 下漏风通道和采空区漏入风量进行了测定[ 2-5]. 2 1 工作面漏风影响因素分析 11 2 4 0 1工作面埋深1 4 52 3 4m,平均埋 藏深度1 8 5m,根据 三下采煤规程 ,结合工作 面煤层倾角、顶板岩性以及上覆基岩厚度,按照3 5倍采煤高度计算,冒落带最大高度可达3 0m, 裂隙带最大高度可达2 0 0m.1 2 4 0 1工作面回采过 程中,采空区顶端裂隙发育直达地表,井上下漏风 通道畅通,工作面负压通风条件下,进一步加剧了 漏入采空区的风量. 21 2 4 0 1工作面采用双巷布置,主运巷道和 辅运巷道之间联巷多达7 0余个,巷道规格为5m 4m 宽度高度的大断面布局,巷道密闭材 料为砖石结构,在矿压作用下易压裂,形成采空区 与辅运巷道之间的漏风通道;1 2 4 0 1工作面主运巷 道规格为6 2m4 6m 宽度高度 ,回风巷道 规格为5 4m4 6m 宽度高度 ,巷道断面宽 大,且巷道顶板采用金属锚杆、锚索、钢筋网+W 钢带进行支护,工作面设计服务年限1 4 6 3个月, 工作面快速推进下,势必会影响顶板按规定退锚; 同时,工作面2巷道在煤柱支撑作用下,巷道顶煤 不易垮落,形成2巷道冒落三角带,2巷道漏风将 直达采空区深部,形成工作面向采空区良好的漏风 通道. 2 2 工作面井上下漏风规律测定 为考察1 2 4 0 1工作面地面裂缝与采空区是否导 通和导通后漏风通道的风速,分析工作面漏入采空 区的风量,上湾煤矿通风队联合西北煤矿防灭火研 究院采用示踪气体S F 6,对1 2 4 0 1工作面井上下漏 风规律进行了测定.按照 MT/T8 4 5 G 1 9 9 9煤矿 巷道用S F 6示踪气体检测漏风技术规范的相关规 定,合理布置S F 6释放点与接收点,采用瞬时释放 与持续释放相结合的方式,累计布置释放点4处, 其中地表1处、井下3处,井下接收点6处,共释 放S F 6气体1 0k g,采用带有电子捕获器的气相色 谱仪进行分析处理,经测定计算,1 2 4 0 1工作面井 上下漏风通道畅通,漏风风速为2 03 0 m/m i n, 通过地表裂隙向1 2 4 0 1工作面采空区漏入风量为 1 0 5 2m 3/ m i n,采空区通过1 2 4 0 1工作面上隅角 附近漏风量为4 6 7 6m 3/ m i n. 3 漏风管控综合措施 结合1 2 4 0 1工作面井上下漏风规律测定分析, 并考虑矿井的实际情况,采取了优化通风系统、井 上下堵漏、区域性注浆等漏风管控措施[ 6-1 2]. 45 中国煤炭第4 6卷第7期2 0 2 0年7月 3 1 通风系统优化 以降风减压为1 2 4 0 1工作面通风系统优化的原 则.具体方案为将1 2号煤层四盘区支架专用运 输巷风向由进风调整为回风,主运巷道风流经工作 面从回风巷道流出,辅运巷道风流一部分经联巷、 工作面从回风巷道流出,另一部分经工作面尾巷经 支架专用运输巷流出,即将工作面原来 “ 三进一 回”的 通 风 方 式 调 整 为 “ 两 进 一 回” ,以 降 低 1 2 4 0 1工作面尾巷及支架专用运输巷与1 2 4 0 1采空 区之间的压差;同时,通风方式调整后,将1 2 4 0 1 工作面风量由2 8 1 2m 3/ m i n降低为2 2 5 0m 3/ m i n. 1 2 4 0 1工作面调整完后通风系统示意图见图1. 经测试,1 2 4 0 1工作面采空区切眼区域端头密 闭墙内外压差由原来的4 0 0P a降低为3 0P a,进 一步减少了1 2 4 0 1采空区辅运尾巷侧的漏风量. 图1 1 2 4 0 1工作面调整完后通风系统示意 3 2 井上下堵漏 3 2 1 地表回填堵漏 上湾煤矿通风队抽调精干力量2 4人,成立了 以副队长为组长的专业化地表回填队伍,采用大型 机械回填和人工回填相结合的方式开展地表回填 工作,确保回填工作不得滞后工作面1 5 0m.具体 为针对 “ 两道两线”及生产工作面对应的地表大 裂隙,安排大型机械进行专业化回填,特殊情况 下,采用深孔预裂爆破的方式,将松散层下部裂隙 岩层进行爆破,以提高封堵效果;对于常规小裂隙 进行人工回填,并进行夯实.地表回填后,由于采 动、雨水冲刷、寒冷天气冻结等因素影响,地表回 填效果可能受到影响,安排专人进行日常地表巡 查,发现裂隙立即进行二次回填处理. 3 2 2 优化联巷充填方法 为更好地封堵采空区 “ 两线”侧漏风通道, 1 2 4 0 1工作面在回采过程中,1 2 4 0 1辅运侧联巷待 封闭前,使用装载机将黄土推送至联巷区域深部采 空区并接顶,沿工作面辅运巷道靠近1 2 4 0 1采空区 侧敷设输浆管路1趟,输浆管出口经三通与1 2 4 0 1 工作面辅运侧联巷密闭墙措施管连接,输浆管入口 与辅切眼顶头地面永久输浆钻孔连接,随工作面推 进,通过地面临时注浆站向1 2 4 0 1工作面主运侧采 空区进行插管灌注浆液. 神东公司矿井防灭火管理制度关于一般防火密 闭结构规定为0 5m红砖+1m黄土+0 5m红 砖.根据1 2 4 0 1工作面实际情况,将1 2 4 0 1工作面 主运巷道与辅运巷 道之间联巷 密 闭 结 构 修 改 为 0 5m红砖+1m混凝土砼墙+3m黄土+1m红 砖.密闭墙施工完毕后,向密闭顶端区域压注高分 子材料,以提升密闭的接顶效果.对密闭墙体表面 及往外顶板和两帮各沿5m的范围进行喷涂混泥 土,要求厚度不小于5c m.对密闭墙底角区域进 行水泥漫裙抹边,群边距离底板高度不小于1m. 改进后防火密闭结构示意图如图2所示. 图2 改进后防火密闭结构示意图 55 上湾煤矿8 8m超大采高工作面漏风管控技术实践 3 2 3 工作面两巷道封堵 采用高分子泡沫墙对1 2 4 0 1工作面采空区两侧 进行封堵.具体方案为焊接长方形方钢骨架1 个,方钢规格一般为5 0mm5 0mm,骨架尺寸 为4 6m3m 高度宽度 ,骨架内安设小口金 属网或塑料网,将网窗布设于工作面端头支架后 方,沿顶接底布置,并与外帮煤壁接实,使用膨胀 螺丝将上述三边加以固定牢靠,采用喷枪喷射高分 子泡沫于金属网窗上,形成高分子泡沫墙,要求泡 沫墙体厚度不小于1 5m,高分子泡沫墙封堵距离 一般为3 0 0m,应根据工作面生产情况具体确定, 进而对1 2 4 0 1工作面两巷道漏风通道进行有效地封 堵. 3 3 重点区域注浆 对1 2 4 0 1工作面切眼区域采空区及回撤通道区 域采空区灌注黄泥浆,起到封堵漏风、惰化遗煤的 作用. 1 2 4 0 1切眼区域采空区具体注浆方案为在 1 2 4 0 1切眼对应地表建立临时注浆站1座,采用装 载机运送黄土,水力冲砂制取浆液,确定土水比为 1∶4,大流量泥浆泵配合长距离管路输送浆液,浆 液经地面钻孔灌入采空区.切眼区域地表钻孔施工 情况如图3所示.采用浅锤法施工工艺,累计施工 地面钻孔1 1个,其中在辅切眼8号、9号调车硐 对应地表施工钻孔2个,1个作为供电钻孔使用, 1个作为供水钻孔使用,在1 2 4 0 1切眼调车硐和两 巷道距切眼3 0 0m范围内共计施工8个注浆钻孔, 对切眼区域3 0 0 m范 围 内 采 空 区 进 行 注 浆.在 1 2 4 0 1辅切眼顶头施工1个永久输浆孔对1 2 4 0 1主 运巷道侧采空区进行注浆.该区域累计注浆量为 1 6 1 6 8 5 m 3, 其 中 注 黄 土 3 1 4 2 0 m 3, 注 水 1 3 0 2 6 5m 3. 1 2 4 0 1回撤通道区域采空区具体注浆方案为 将矿区三盘区南进风井工业广场永久注浆站作为制 浆系统,经矿井输浆管路送入1 2 4 0 1工作面回撤通 道区域;1 2 4 0 1工作面进入末采期间,沿1 2 4 0 1回 风巷道预先埋设注浆管路,沿1 2 4 0 1辅运巷道预先 敷设注浆管路,沿1 2 4 0 1辅回撤通道预先敷设注浆 管路.1 2 4 0 1工作面回撤结束闭面后,采用1 2 4 0 1 回风巷道注浆管路对1 2 4 0 1回风侧采空区进行注 浆;将1 2 4 0 1辅运巷道注浆管路与密闭墙措施孔连 接,实现对1 2 4 0 1辅运侧采空区注浆;将1 2 4 0 1辅 回撤通道注浆管路与密闭墙措施孔连接,实现对 1 2 4 0 1回撤通道区域采空区注浆.该区域注浆工程 于1 2 4 0 1工作面回撤完毕后实施. 图3 切眼区域地表钻孔施工示意图 4 结语 通过采取综合性漏风管控措施,1 2 4 0 1工作面 漏风管控工作取得了良好效果. 1工作面井上下漏风风速降低至1 0m/m i n 以下,工 作 面 总 漏 风 量 由5 6 1 m 3/ m i n降 低 为 2 3 4m 3/ m i n. 2工作面切眼区域氧气浓度由2 0%下降至 1 0%,该区域未检测到C O. 3采空区窒息带前移,氧化带宽度由原来最 大4 6 0m缩短为2 3 02 5 0m,氧化带C O浓度平 均水平为0 0 1%,距工作面3 0 0m外C O浓度降 至0 0 0 1%以下. 截 至 目 前,1 2 4 0 1工 作 面 已 经 安 全 回 采 2 0 0 0m,采空区未出现自燃迹象,各项气体浓度 稳定在正常水平.上湾煤矿8 8m超大采高工作 面的安全回采在开采技术上是一次革命,为特厚煤 层的安全高效开采积累了实践经验,提供了理论依 据,引领了世界煤炭行业的发展方向,对于上湾煤 矿打造世界一流矿井具有重要里程碑式意义. 参考文献 [ 1] 周瑞平鄂尔多斯地区采煤塌陷对风沙土壤性质的 影响 [D]内蒙古内蒙古农业大学,2 0 0 8 65 中国煤炭第4 6卷第7期2 0 2 0年7月 [ 2] 何帅印,王创业,邢真强,等石圪台煤矿采空区 气体 异 常 原 因 分 析 及 防 治 技 术 [J]煤 矿 安 全, 2 0 1 8,4 97 1 1 6-1 1 8,1 2 2 [ 3] 张辛亥,吴刚,金永飞,等浅埋煤层采空区强漏 风流场数值模拟及自燃危险性研究 [J]价值工 程,2 0 1 1,3 0 2 1 1-3 [ 4] 孙祺钰特殊条件下综采放顶煤工作面防灭火技术 [ J]煤矿安全,2 0 1 9,5 01 7 1-7 4 [ 5] 陈伟崇,吴筱,邢真强,等浅埋深易自燃厚煤层 工作 面 防 灭 火 技 术 [J]煤 矿 安 全,2 0 1 7,4 8 1 0 8 3-8 5,9 0 [ 6] 屈世甲,安世岗,武福生,等大采高综采工作面 采空区自燃 “ 三带”研究 [ J]工矿自动化,2 0 1 9, 4 55 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伊泰集团期货部总经理张帅表示, “ 随着市场 的发展和产业环境的变化,煤炭产业链企业利用期 权避险的需求日趋强烈.动力煤期权的推出将进一 步丰富煤炭行业避险工具体系,促进我国煤炭和电 力行业健康发展,引导行业资源优化配置,更好地 服务煤炭和电力市场化改革. ” 江苏锦盈资本管理有限公司商品策略部经理毛 隽认为,动力煤期权上市后,期权做市商与期货做 市商之间的协同运作,以及投资者期权与期货跨市 场套利行为,均有助于动力煤期货合约的近月活跃 及连续活跃. 郑商所相关负责人表示,围绕动力煤期权上 市,郑商所已经开展了期权仿真交易、做市商选拔 以及系统测试等工作.下一阶段,郑商所将认真做 好市场组织、技术系统准备及投资者教育等各项工 作,确保期权新品种顺利推出和平稳运行. 此次,中国证监会批准了6个期权上市交易, 郑商所动力煤期权合约正式挂牌交易时间为2 0 2 0 年6月3 0日,大连商品交易所聚丙烯、聚氯乙烯、 线型低密度聚乙烯期权合约正式挂牌交易时间为 2 0 2 0年7月6日,上海期货交易所铝、锌期权合 约正式挂牌交易时间为2 0 2 0年8月1 0日. 75 上湾煤矿8 8m超大采高工作面漏风管控技术实践