深矿井巷道顶煤冒顶离层治理.pdf

2 0 0 8 年6 月 矿 业安 全 与环 保 第3 5 卷第3 期 深矿井巷道顶煤冒顶离层治理 魏权 ， 焦海朋 ， 田水承 西安科技 大学 能源学院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 冒顶离层在矿井巷道掘进时经常发生， 成为矿井自 然发火、 瓦斯积聚的重大隐患， 需要及时 对其进行治理。对某矿综放工作面进风巷道顶煤 冒顶离层 的治理进行 了阐述， 并介绍 了威尔浮化学注 浆充填的工艺、 特点及其效果。 关键词 掘进巷道 ； 高冒区； 离层带； 化学注浆充填 中图分类号 T D 3 2 7 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 { 2 0 0 8 0 30 0 6 6 0 3 煤矿开采已有上百年的历史， 随着开采向深部发 展 ， 深矿井呈现出一些新的特点， 主要表现为 ①煤层 埋藏较深， 地压大， 巷道周围煤体破碎 ； 掘进巷道时， 经常出现冒顶， 形成冒顶空洞 ； 采用锚 网支护的地段， 锚杆之间的煤体外鼓， 锚网内兜有大量松散煤体 ； 采 用钢棚支护时， 棚顶常堆积有大量松散煤体。②矿井 地质构造相对变得复杂 ， 特别是对工作面布置和开采 有影响的断层的密度和数 目逐渐加大。③煤岩破坏 程度强化， 冲击地压危险性增加 ， 塌方冒落事故严重。 ④断层带较多， 在巷道掘进和 回采过程中， 煤体在矿 压的长时间作用下 ， 极易破碎。⑤瓦斯压力增大， 煤 与瓦斯 突出危险严重 ， 易弓 l 发瓦斯 与煤 尘 的爆 炸。 ⑥井筒深， 吨煤的成本提高。⑦影响万吨掘进率。 ⑧气候条件恶化 ， 热害问题严重， 影响工人 的生产效 率和矿井的正常安全生产 。 1 矿井巷道概况 某矿进风巷道长 5 3 0 m， 走 向长度 至终采线 3 4 4 ． 5 m， 倾斜长度 1 4 1 ． 8 m， 煤层倾角约 2 1 。 ， 巷道剖 面如 图 1 所示 。 图 1 巷道地质 剖面 图 巷道断面为梯形 ， 净宽 净高 3 ． 6 m3 ． 0 m， 收稿 日期 2 1 3 0 7 0 9 2 5 ； 2 0 0 8 0 4 1 0修 回 作者简介 魏 权 1 9 8 2 一 ， 男 ， 陕西 泾 阳人 ， 硕 士 研 究 生， 主要从事瓦斯爆炸预警和安全管理研究。 6 6 ’ 进风巷道主要用于进风和运料 。采用锚网 锚索 钢带 钢筋梯复合支护作为永久支护 ， 支护材料为 螺纹式树脂锚杆 ， 矿机厂加工 的金属编织 网， 锚杆间 排距 均 为 8 0 0 m m8 0 0 m m， 顶 部 采用 K MG 5 0 0 2 22 4 o o 螺纹 钢锚杆 ， 帮 部采 用 K MG 5 0 02 2 2 0 0 0型螺纹钢锚杆。 2 巷道 冒顶 离层 隐患及原 因分析 该矿井煤层埋藏较深 ， 进风巷道沿煤层底板掘 进 ， 煤层较厚 ， 上部顶 煤在地压 和采 动压力 的作用 下 ， 煤体变得破碎 ， 冒顶离层处出现 2 9 。 的煤层倾角 ， 仰斜掘进 ， 工作条件较差 ， 未能及时支护。采用锚网 支护的地段， 锚杆之间的煤体外鼓， 即锚网内兜有大 量松散煤体 ； 采用钢棚支护时 ， 棚顶常堆积有大量松 散煤体。锚网具有一定的弹性 ， 支护强度不够 ， 导致 在距工作面终采线 1 2 0 m断层处 ， 产生大约离层量 在 5 0 0 m m左右 、 长度约 2 2 m的冒顶离层带。 巷道 冒顶离层带在没有处理 以前 ， 浓 度比较 高 ， 基本维持在 1 0 ％以上 ， 为破碎煤体的氧化 自燃提 供了 0 2 ， 通 过在破碎最严重 的煤体 中钻孔 ， 安装束 管， 取其内部的气体送至地面进行色谱分析， 可以看 到其中的部分标志性气体 的浓度较高， 如 C O和 C 2 } I 6的浓度维持在较高的水平 ， 见图 2 。 3 治 理措施 离层带煤体破碎 ， 在高地温 的作用下 ， 自然发火 期变得更短⋯。根据该矿煤样 自然发火实验 ， 平均 粒度为 3 ． 7 4 ra i n的煤样 ， 以 2 0℃为起始温度的 自然 发火期约 2 8 d ， 从 2 0℃自然升温到 4 2℃约需 1 3 d ， 即该煤样 以4 2℃为起始温度的最短实验 自然发火 维普资讯 2 0 0 8 年6 月 矿 业安 全 与 环保 第3 5 卷第3 期 1 8 l 1 4 6 1 2 O 9 - 1 5 o 9 - 2 5 1 0 - O 5 1 0 - 1 5 1 0 ． 2 5 1 1 ． 0 4 l 1 ． 1 4 l 1 ． 2 4 1 2 ． 0 4 日期 a 0 浓度 l 2 0 0 6 l 0 0 0 3 8 0 0 6 0 0 三 4 0 0 0 2 0 0 0 一 C O ⋯ C 2 H6 ⋯ ⋯ 、 、 ， ， 0 9 - 1 5 0 9 - 2 5 1 O - O 5 1 0 - 1 5 1 0 ． 2 5 1 1 ． O 4 1 1 ． 1 4 1 1 ． 2 4 1 2 ． 0 4 日期 b C O， C 2 H6 浓度 图 2 未处理离层带钻孔的 2 浓度和 c 0， C 2 H 6 的浓度 期仅为 1 5 d左右 ， 在长期漏风供氧的条件下极有可 能发生 自燃 ， 同时也可能出现瓦斯积聚， 为工作面的 正常 回采带来 了安全 隐患 。因此 ， 决定采用 威尔浮 化学充填材料对 巷道高 冒区和离层带进行充填 处理。 3 ． 1 威尔浮化学充填原理 威尔浮材料是一种高分子双液发泡材料 ， 由体积 相等的 A， B 2种化学材料组成。当 2 种材料按 1 1 充 分混合后 ， 发生化学反应， 在管道 内形成泡沫状液体， 用注浆泵将其充填到巷道或工作面冒顶区及离层区 内， 可产生低密度 的不燃泡沫材料， 可防止瓦斯积聚 和井下局部高温着火， 起充填密实、 堵漏风的作用。 3 ． 2 威尔浮材料的特点 3 ． 2 ． 1 威尔浮浆液优点 1 充填堵漏效 果较好 ， 可 以包 裹破碎煤 体 ， 防 止煤体与 0 ， 的充分接触 ， 阻止煤发生氧化 ； 2 注入煤体后 ， 可 以很快 固化 ， 不易 出现渗漏 ， 即使在煤体孔隙较 大的位 置出现渗漏， 只需控制流 量和注浆速度， 通过风路阀门调节出浆量， 掌握出浆 压力即可防止浆液从煤壁大量外溢 ； 3 具有高膨胀性， 反应速度快， 难燃性的特点； 4 装置控制简单， 易于操作； 5 施工效率高 ， 运输量小。 3 ． 2 ． 2 威尔浮浆液缺点 1 充填时只能堵漏风 ， 而不能像高水胶体一样 可以降温灭火； 2 2种化学材料 在混合 反应时会放出热量 ， 注 入煤体后有可能引起煤体升温 ， 加速氧化； 3 不能固水降温和惰化煤体， 功能单一； 4 固化后 ， 呈白色泡沫塑料状 ， 有一定强度 ， 但 在地压的作用下易破碎 ， 导致煤体重新漏风供氧 ； 5 充填后有异味， 在一定条件下会污染环境 ； 6 成本较高。 4 充填方案 4 ． 1 注浆孔布置 根据矿方要求， 在高冒区的里、 外各 1 0 m的离 层段注浆 ， 高 冒区向里的离层段钻孔孔深 2 m， 钻孔 与顶板垂直布置 ， 钻孔直径 4 2 H u n ， 注浆管长 2 m， 封 孔段长 i ． 5 m， 相邻的注浆管间距为 3 m； 高 冒区向外 的离层段钻孔孔深 3 m， 钻孔与顶板垂直 布置 ， 钻孔 直径 4 2一 ， 注浆管长 3 m， 封孔段长i ． 5 m， 相邻的 注浆管间距为 3 m。巷道注浆充填钻孔布管示意 图 见图 3 。 顶板 离层 带 J I． ⋯一 ⋯-- -} - ⋯ ⋯⋯⋯ f I l l I - } ⋯ ⋯⋯⋯ 、 1 ． I I I 钻 j ＼ I f _ f封孔器 压 L 管蹈 I 山牡甚 、 甚 土 姑 磊 ’ 强 霞 留 瞬 图 ⋯ 巷道 底板 图 3 巷道注浆充填钻孔布管示意图 4 ． 2 钻孔机具 采用风动锚杆钻机打孔 ， 并配备相应长度 的钻 杆和相应数量的 4 2 m i ll 钻头， 钻孔参数符合技术 设计要求 。 4 ． 3注浆材料 威尔浮充填材料 由专用包装桶包装 ， 每桶净质 量 2 5 ， 主要技术参数和指标见表 1 。 表 1 威尔浮材料技术性能指标 6 7 维普资讯 2 0 0 8 年6 月 矿 业安 全 与环保 第3 5 卷第3 期 4 ． 4 注浆设备 封孔、 注浆均采用 Q Bl 2型风动化学注浆泵 ， 与注浆设备 配套 的进 风管为 2 5 n l l T l 高压风管 ， 长 1 0 m， 出浆 管规格为 1 0 n l l T l ， 长度 l O ， 2 m各若干 根， Q B一1 2 型气动高压双液化学注浆泵主要性能参 数见表 2 。 表 2 注浆泵技术参数指标一览表 4 ． 5 施 工工 艺 确定总孔数一标孔一钻孔一检查钻孔质量一安 装注浆管及封孔部件一封孔一 准备浆 液一开泵 注 浆一凝固一检查注浆质量一验收。 4 ． 6 施工质量 1 进 风 巷 道 管 路 压 风 实 际 供 风 风 量 为 0． 3 m3 ／ mi n ，供风压力 0 ． 4 M P a ， 满足注浆要求。顶板 注浆终压5 ～ 8 M P a ， 扩散半径 1 ． 5 m左右， 平均每孔 注浆量为 1 2 5 ～ 1 5 0 k g ， 对 8 个钻孔进行注浆， 总计压 注化学浆液 1 1 2 5 k g 。 2 高压力 L 6 5 1 、 大排量 2 0 L ／ m i n 的不锈钢 注浆泵保证了注浆压力在 5～1 2 M P a ， 确保了浆液的 充分渗透与扩散。 3 封孔工艺 的改进保证了封孔效果 ， 孔深 2～ 3 m， 与顶板 垂直 布置 ， 钻孔 直径4 2 n l l T l ， 封孔段 长 1 ． 5 m， 封孔效果 良好 。 5 充填效果评估 本次施工充填加 固高冒离层段巷道 2 2 m， 为了 对巷道高冒离层带 的注浆充填效果如实评估 ， 通过 在充填加固过的离层带 区域 内随机取点钻孔 ， 安装 热敏电阻和束管 ， 对离层带进行温度和气体监测 ， 掌 握煤体在充填后漏风氧化升温情况。监测数据记录 见 表 3 。 表 3 巷 道 观 测 点 气 体 数 据 监测 0 2 7 C 7 c o ／ P C 2 魄 7 c 3 7 c 2 H 4 7 t 1 日 期 ％ ％ 1 0 一 1 0 6 1 0 6 1 0 6 ℃ 68 续表 3 根据以上监测 数据作出 0 2 ， C H 4和 C O的气 体 浓度变化曲线及其总体趋势线 ， 见图 4 。 蛾 基 露 日期 图4 巷道处理后测点气体浓度及温度变化曲线 从图 4中可 以看出 ， 该测点 的 0 2 浓度较低 ， 煤 体处于贫氧氧化阶段 ， 且 o 2 浓度的总体趋势比较平 稳 ； C H 4和 C O的浓度也较低 ， 总体趋势在减小 ； 温度 维持 3 1℃左右波动， 基本与该矿井的地温相平衡。 监测数据表 明， 对巷道高 冒区和顶板离层采用 化学注浆充填堵漏风效果较好 ， 将破碎离层煤岩体 充填密实， 防止高冒区的瓦斯聚集和离层段 的漏风 供氧， 阻止发生 自然发火 ， 消除了隐患 ， 达到 了预期 目的， 为安全 、 高效 回采创造了条件。 参考文献 [ 1 ]徐精彩， 文虎， 张辛亥， 等． 综放面巷道煤层 自燃危险区 域判定方法[ J ] ． 北京科技大学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 1 9 1 1 ． [ 2 ]张能福， 高大军． 深矿井综采工作面端面控制[ J ] ． 淮南工 业学院学报， 1 9 9 9 ， 1 9 2 1 9 2 3 ． [ 3 ]鲁建成． 深矿井开采[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 O 6 ， 2 5 4 5 1 5 2 ． 责任编辑 李琴 弼 0 0 0 0 ∞ m 脚 m m ∞ ∞ 如 姗 m ∞ 妮 ∞ ∞ 卵 虬 鹋 憾 ∞ 4 4 7 5 ” 笛 嚣 维普资讯