易自燃煤层开拓开采防灭火技术对策分析.pdf

7 0 煤矿安全 T 。 ，al 3 9 0 易自燃煤层开拓开采防灭火技术对策分析 裴昌合 义马煤业集团公司， 河南 义马472300 摘要 对于易自 然发火煤层， 正确选择开拓方式和开采方法， 从合理的巷道布置、 优化工作面设 计、 选择合适的采煤方法、 坚持正常的开采顺序、 控制矿压等方面分析阐述， 进行防灭火技术探 讨， 实 践表明能够有效的防止煤层自 然发火事故的发生。 关键词 开拓开采; 自 然发火; 防灭火技术 中图分类号 T D 7 5 十 2 . 2文献标识码 B文章编号 l 03 一 4 9 6 X 2 0 0 7 0 5 一 0 0 7 0 一 0 3 1 基本概况 义马煤业 集团 公司所属义马煤田内开采有5 对容易自 燃煤层的矿井， 即千秋、 常村、 跃进、 杨村、 耿村， 井田 总面积为68. 73k 扩。 设计能力8 10万t ， 占 全公司的61. 64 。所开采的侏罗纪中统长焰 煤， 呈立方节理、 块状产出、 风化后易破碎成小块， 容 易发生自 燃， 自 然发火期1 5 一 30 d ， 最短为7 d ， 燃点 一般为3 00一 3 08 ℃。 煤层均具有爆炸危险性， 爆炸 指数为44. 7一 51， 8 。矿井均采用斜井多水平 上、 下山开拓或立井一斜井多水平单翼上、 下山混合 式开拓 千秋煤矿 。采煤方法为走向长壁后退式， 自 然跨落法管理顶板。采煤工艺为综合机械化普通 分层开采或放顶煤， 以及炮采放顶煤等。 2 开拓开采与自然发火的关系 开拓方式和采煤技术的变革与煤层自 然发火的 防治是相互联系、 相互制约的。义马矿区开采历年 的实践表明， 开拓方式、 采煤技术的变革与煤层自然 发火防治技术的发展是息息相关的， 不同的巷道布 置、 采煤技术对煤层自 然发火的影响是不同的， 巷道 布置不当、 工作面设计不合理、 采煤方法落后、 回收 率低、 推进速度慢、 矿压显现明显、 采空区跨落不严 不实的采煤技术， 伴生煤层自 然发火的 几率就越高， 反之， 则较低。 因开拓开采原因而导致煤层自 然发火的主要情 形有 采区设计、 巷道布置不合理; 工作面上、 下巷布 置层位不当; 采煤方法不合适; 工作面推进速度慢; 开采顺序不当; 矿压显现明显、 巷道压力大等。 为有效防止因开拓开采原因而造成煤层自 然发 火， 针对以上煤层自然发火的主要情形采取有效的 防治对策。 3 防灭火技术对策分析 3 . 1 从工程设计入手 合理布置巷道 1合理确定巷道位置。开采有自燃倾向性的 煤层， 尤其是自 燃倾向性较严重的厚煤层， 主要进、 回风巷; 采区进、 回风巷和一些服务时间较长的区段 进、 回风巷道， 在布置巷道时， 应根据围岩岩性、 矿压 大小和支护方式等因素， 综合权衡后合理确定其位 置。主要进、 回风巷首先考虑布置于煤层底板岩性 较好的岩层中， 其距煤层的距离应超过回采动压的 影响范围， 一般为20 m 。若沿煤层顶板布置时， 应 充分考虑巷道的服务期限、 煤层硬度、 开采深度、 顶 板岩性等因素后， 合理确定相邻巷道之间留设煤柱 的合理尺寸， 采区内主要巷道间的煤柱尺寸一般为 4 0一 S Om。 2 确定巷道的断面形状及大小、 支护方式。 对于生产集中或矿压显现强烈的巷道一般选用断面 积较大的半圆拱型 或梯形 和耐压性较好的锚网、 锚索、 并架设“ U ” 型钢 或工字钢 复合支护方式和 工艺。并对巷道周边煤体暴露面和冒落、 空隙区喷 浆、 充填惰性材料封闭隔氧堵漏， 降低其自然发火的 可能性。 3 专用回风巷工程。各个采区的回风巷应按 照 煤矿安全规程 的规定， 至少布置一条贯穿全区 的专用回风巷， 各个区段应通过回风石门或局部联 络小立井与其连通， 这样可减少井下发生煤层自燃 灾变时灾害的波及范围， 又可提高矿井防抗煤层自 燃灾害的能力。 3 . 2 工作面优化布置 义马矿区通过多年来对不同工作面的布置方式 煤矿安全2 00 7 一 “ 5 7 1 和开采方法对煤层自 然发火影响规律的摸索、 实践 得出 ①区段巷道采用分掘分采布置时， 各分层的巷 道应布置在顶分层采空区的压实区内 即应力均衡 稳定区 ， 并尽可能的远离顶分层原工作面的煤柱。 巷道的支护应采用锚网、 锚索和架棚等承压能力大、 有利于应力重新合理分布的主动型复合支护， 以大 幅减弱巷道周边煤柱的支撑应力而使流变位移量减 小， 并保持巷道的有效通风断面而使风压消耗和风 流通过较均匀、 流畅， 对防止巷道周边碎煤体、 区段 煤柱和停采线附近的煤炭自燃都有一定的预防作 用。 ②“ 两巷” 均避开应力集中区而布置， 护巷煤柱 的尺寸一般为5 一 sm， 分层开采法的开切眼一般内 错布置于顶分层切眼以里20 一 30 m， 停采切眼一般 内错终止于顶分层里侧30 一 50 m 。工作面的参数 应充分考虑煤层自 然发火期、 回采速度和局部全负 压通风网络后合理选择， 具体情况见表 1 。 表1 工作面布置参数情况 类型走向长/ m 3 洲 〕5 0 0 倾斜长/ m备注 炮采工作面 8 01 2 0 炮放工作面3 00 一 5006 0 一 1 00 个别的倾斜长达到 1 5 0m ， 如常村煤矿 20002 工作面 综采工作面 1 3 X 一 1 7 0 01 6 0一 1 8 0 综放工作面 1 1 X一 1 5 0 0 1 2 0一 1 5 0 个别的倾斜长达到 2 2 0m， 如常村煤矿 对布置参数较大的工作面， 虽然在煤层的自然 发火期内根本回采不完， 但若“ 两巷” 布置位置、 支 护方式和参数合理、 局部通风网络简单， 风压消耗合 适， 掘进和回采过程中制定并坚持按要求实施针对 性较强的综合防火措施， 煤层自燃灾害是可以控制 或消除的。 3 . 3 选择合适的采煤方法 合适的采煤方法指回收率高、 推进速度快、 采空 区塌实度好、 推进方式有利于减少采空区漏风等， 因 此， 选择适合于不同煤层赋存条件的采煤方法， 可减 少或消除采空区的遗煤自然发火。炮采 放 工艺 由于推进速度慢， 采空区浮煤有较好的漏风供氧条 件， 所以自 然发火机率较大。综采工艺回采速度快， 生产集中， 在相同的条件下， 碎煤体不仅暴露触氧时 间短， 而且面积较小， 所以自然发火机率较小。 合理的顶板管理方法对防止煤炭自 燃也有一定 的保障作用。自 然垮落法管理顶板时， 顶板岩性松 软， 容易跨落， 碎胀比较大， 其抑漏防火效果较好; 反 之， 则碎涨系数较小， 采空区塌落不密实， 漏风量较 大， 浮煤堆积较疏松， 极易造成自 然发火。若采用全 部充填法控顶时， 只有充填非常密实饱满时， 防火效 果才有保证; 否则， 自 然发火的可能性将加大。 义马煤田煤层的直接顶板为细至中粒砂岩， 泥 质胶结。老顶为灰黑色致密状的， 具有滑感、 性脆的 呈水平层里的碳质泥岩， 回 采后容易垮落。因此， 义 煤公司矿井采煤工作面的主要回采方法为走向长壁 后退式综合机械化分层或一次采全厚， 自 然跨落法 管理顶板。对一些走向较短的边角煤层采用走向长 壁后退式炮采 放 工艺开采。实践证明 走向长壁 后退式综合机械化采煤法对有效防止采空区遗煤发 火很有利， 尤其是是分层综采法， 采空区遗煤发火的 机率较低。 3 . 4 加快采煤工作面的推进速度 义马矿区煤层自 然发火期 1 5 一 30 d ， 最短7d ， 工作面推进速度极为关键， 若工作面停滞不前或推 进速度缓慢， 采空区浮煤体氧化产生的热量相对散 失较少， 容易发生蓄积升温而加快氧化过程， 并造成 参与氧化的浮煤量增大， 可能随着工作面的推移而 向前移动， 煤层发生自 燃机率升高。因此要求综放 面推进速度不低于40 而月， 综采工作面不低于60 耐月， 炮放工作面不低于35 11 1/ 月， 炮采工作面不低 于3 Om / 月。 3 . 5 坚持正常开采顺序 正常的开采顺序， 不仅可保证煤层的完整性， 而 且有利于采空区的封闭， 这对防止破碎煤体的漏风 自 燃有一定的促进作用。因此， 煤层群或厚煤层分 层开采时， 应先采上分层后采下分层; 开采急倾斜煤 层时， 应先采上区段后采下区段， 以提高矿井防、 抗 自 然发火的基础能力。 3 . 6 采用大断面主动型复合支护 控制矿山压力显 现 选用切合现场矿压实际的支护方式和参数， 控 制矿山压力集中显现， 不仅有利于巷道的维护， 而且 可以减轻煤体内部裂隙网的发育程度、 深度和煤体 的破碎粒度， 以防止漏风供氧诱发煤的自 燃。 义马矿区主要矿井生产采区矿山压力集中显现 最严重的常村矿、 千秋矿、 耿村矿， 在巷道支护改革 之前， 采用工字钢棚被动支护时， 煤体破碎、 流变严 重， 巷道断面收缩量高达60 一 80 ， 风阻和风压 随之增大， 风流撞击巷道顶、 帮破碎煤壁的强度加大 后， 向周边煤壁内的漏风量也随之增大， 造成自 然发 火现象十分普遍 。2 0 00 年全面推广拱型大断面 8 煤矿安全 Tot al ” 90 处理一起综采面瓦斯燃烧事故 的经验与教训 王洪义 ’ ， 刘广 金， 1 . 平顶山工学院 建筑环境与热能工程系， 河南平顶山4 67001 ;2. 平顶山煤业集团有限责任公司 通风管理中心， 河南 平顶山467 0 X 摘要 介绍了一起高突工作面瓦斯燃烧事故的处理过程， 对引燃火源进行了分析， 总结了处理 事故的经验和教训， 提出了防范措施。 关键词 综采面瓦斯燃烧; 处理分析; 防范措施 中图分类号 T D 7 5 2 . 2文献标识码 B文章编号 1 X3 一 4 9 6 X 2 0 0 7 0 5 一 0 0 7 2 一 0 3 矿井及事故概况 平顶山煤业集团八矿于 1 9 66 年建井， 1 9 81 年 西翼一期工程投产， 矿井设计生产能力3 00 方“ a ， 矿井采用一对竖井、 主要石门开拓单水平上下山同 时开采， 对角抽出式通风系统。矿井主要可采煤层 有丁 5 . 6 、 戊9 .。 、 己1 5 、 己1 6 . ， 7 3 组4 层 自 上而下 ， 煤层 总厚度为 11. 6m 。煤层均有自燃倾向性和煤尘爆 炸性， 自 燃等级鉴定为自燃矿井， 煤尘爆炸指数为 25. 47一 3 5 . 31， 自 然发火期6 一 8 个月， 矿井瓦 斯等级鉴定为煤与瓦斯突出矿井。 2 0 0 3 年ro月7日， 八矿己一 121 00综采面发生 了一起瓦斯燃烧事故。在现场直接灭火失败的情况 下， 采取了封闭己一 12100 采面的措施， 同时采用2 台制氮机持续向火区注N Z ， 并利用瓦斯抽放管对火 区进行间断换气， 并在己二大巷向采面上隅角打高 位钻孔注水。11 月27 日， 又对火区进行了缩封处 理， 拆除了风巷外段原有的密闭， 准备进人采面上隅 角处， 但风巷距采面约40 m处有一冒顶， 随在冒顶 外22 m处新建一道泡沫密闭， 并利用高位钻孔向火 区注水。截止1 2 月3 0日， 已向火区注N 共 1 4 2 万 m ， ， 大巷注水1 6 s s m ， ， 高位钻孔注水l 0 0 0 m 3 ， 置 换火区气体70万厅， 使火区逐渐趋于稳定。12月 25 日， 经集团公司领导决定启封火区。 2 事故发生经过 2003年ro月7日19 35， 在机尾干活的工人听 到响声， 转身发现从 1 06 架后掩护梁侧护板与风巷 封闭墙交接处老塘侧喷出火焰， 立即向采面下部跑 去喊人， 当班队干部及时带人到出事地点， 利用水管 之 全 吊之 丛 ， ‘ 之 七 年它 年 之 蛛芥 之 肠 示 宕不宫布乏 乌齐 宫示巴牢之 场 1 公 多 小宫示么示 之 经卜 出 ‘ 不 宫示出 ‘ 示 宫 年之 匀 示 忠不 巡 气; 之 肠齐 之之 二 尔宫 尔出示 它吊感示 念， 称 么示 乏 业 示出示 之 丁‘ 年乏 华 示 乏 全 沂 ; 之 召 尔之 标妞 匀 不 浙示 出 示巴 命也示 也不汤示 幽齐 一 巧m ， 普及锚网、 锚索喷浆并架设刚性支护棚等 主动型复合支护， 矿山压力显现强度得到控制后， 巷 道周边煤体的流变、 破碎位移量减小， 裂隙发育程度 降低， 巷道空间和风流的流畅性得以保证， 风压消耗 适中， 向巷道周围松碎煤体的扩散漏风强度明显降 低， 自然发火危害得到有效控制。 3 大断面主动型复合支护， 能够控制矿压集 中显现， 减轻煤体内 部裂隙网的发育程度、 深度和煤 体的破碎粒度， 防止漏风供氧诱发煤层自 燃。 综上所述， 能够有效防止易自 燃煤层在开采过 程中自 然发火事故的发生， 是提高矿井煤层自 燃隐 患安全防治能力的源头措施。 4 结束语 1合理的开拓系统， 从采区设计的源头上控 制和消除了煤层自 然发火的危险性。 2 优化工作面布置、 合适的采煤方法、 适宜的 工作面推进速度、 正常的开采顺序等能够有效提高 防止煤层自然发火的能力。 作者简介 裴昌 合 19 61一 ， 男， 河南邓县人， 高级工程 师， 1 9 8 2 年毕业于焦作工学院， 现任义马煤业集团会司通风 部部长。 收稿日 期 2006一 00 一 19; 责任编样 郭瑞年