复杂条件下易燃煤层综放开采实践.pdf

9 2 煤 矿 安 全 T 0 t a l 4 0 9 复杂条件下易燃煤层综放 张榜 雄 义马煤业集团公司， 河南 义马4 7 2 3 0 2 开采实 践 摘要 针对工作 面地 质条件复 杂， 合理 确定 了工作 面的布置 ， 克服 了工作 面生产 的影响 因 素过原工作面老巷、 过老切眼、 顶板细砂岩、 煤层自 燃发火等一系列的技术难题， 保证了工作 面的安全生产。 关键词 易燃煤层 ； 深部开采； 综放 ； 实践 中图分类号 T D 8 2 3 ． 9 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 8 1 2 0 0 9 2 0 3 义煤集团常村煤矿 2 3盘区断层发育， 被迫与 2 1 盘区合并， 调整回采布置后在 2 1 0 7区段及其它 地区形成孤岛煤柱。该区段三面采空 ， 地应力集中， 探巷及老巷分布多 ， 煤层厚度变化大 ， 发火因素多， 给工作面布置和回采造成较大困难。为此 ， 义煤集 团经与科研单位合作 ， 合理选取上下巷位置， 布置超 长综放工作面 ， 优化设备和工艺 ， 采用放顶煤开采技 术成功 回采孤岛煤柱。 1 地质条件 2 1 0 7 工作面位于 2 l盘区的东翼 ， 自上而下第 4个区段 ， 局部第一分层 已回采 ， 为综 放工作面 ； 顶 部为 2 1 0 7 采空区， 东边为断层煤柱 ， 西边为 2 1区 3 条下山煤柱， 上为已回采的 2 1 0 5 采空区， 下为已回 采的2 1 0 9 2 采空区。工作面埋深 5 6 0～ 6 0 0 rn ， 工作 面走向长度 1 4 6 0 m， 倾斜长度 2 2 0 r n 。其 中孤岛煤 柱5 8 0 m， 平均煤厚 9 ． 8 m； 一分层下采煤长度 7 2 0 i r l ， 煤层平均厚 7 ． 1 m 具体见图 1 。煤层上部结构 简单 底部复杂 ， 工作面地质构造简单。煤层直接顶 多数地段为泥岩， 中部为砂质泥岩， 厚 1 ． 0～ 2 7 m， 含水不易冒落； 伪顶为细砂岩， 厚度多小于 0 ． 6 m， 疏松易碎 ， 泥质胶结 ； 老顶为泥岩 ， 厚 3 34 4 m； 煤 层底部为薄煤与夹矸互叠， 较松软， 遇水易底鼓变 形 ； 直接底为炭质泥岩 ， 厚 2 ． 0～ 4 ． 0 m。煤尘具有 2 1 0 7 。 上 巷 ＼ 三 2 、 一 21072 L；／ 图 1 工作面剖面图 爆炸危险性 。煤层易 自燃 ， 自然发火期为 1 5～ 3 0 d 。 2 工作面生产过程中存在的问题 1 因防火需要 2 1 0 7 切眼沿顶布置， 与两条老 巷正交。掘进 时老巷处 冒顶 高度达 8 m， 宽 1 0余 m， 初采期间工作面逐渐下欹过两条老巷， 老巷及冒 顶区对工作面生产影响较大。 [ 8 ] 张玉贵． 构造煤与力化学作用[ D] ． 太原 太原理工大 学， 2 0 0 6 ． [ 9 ] 张子敏 ， 林又玲， 张瑞林． 关于大地构造对我国煤层瓦 斯区域控制的认识[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 1 0 ] 孙若山． 浅谈地质构造对煤与瓦斯突出地带的控制 [ J ] ． 科技资讯， 2 0 0 5 2 4 ． [ 1 1 ] 徐学锋． 地质构造对煤与瓦斯突出的影响研究[ D] ． 辽宁 辽宁工程技术大学， 2 0 0 4 作者简介 柯善斌 1 9 8 3一 ， 男， 陕西西 乡人， 河南理工 大学硕士研究生， 主要从事瓦斯地质理论与应用的研究。 收稿 日期 2 0 0 80 5 2 3 ； 责任编辑 王福厚 煤 矿 安 全 2 0 0 8 1 2 9 3 2 2 0 0 3年 l 2月份在距 2 1 0 9 切眼 6 0 m左右 开始， 工作面 l 1 0架以下连续出现片帮深度达 1 ． 5 ～ 2 ． 0 m， 冒顶高2 3 m， 支架倒架严重。 3 地表村庄影响。为防止地表严重沉陷危及 村民及财产安全， 村庄保护煤柱范围内基本不放煤。 4 工作面推进距2 1 0 7 分层切眼1 8 0 m时起。 历时4 、 5 、 6 三个月工作面压力明显增大， 煤炮频繁， 工作面片帮、 冒顶、 上、 下巷支架严重变形， 底臌严 重。造成下巷皮带无法正常运转， 上巷泵站压死拉 移困难的严重局面。特别是 6月份底臌速度达 0 ． 3 m ／ d ， 两帮移近速度达 0 ． 4 m ／ d 。为此矿先后投入 l 0 个区队近千人， 进行抢险救灾。 5 2 1 0 7 工作面进入顶板砂岩体范围时 最厚 2 4～ 2 8 m ， 由于采过一分层之后 ， 砂岩体呈流沙状 况 ， 给放煤工作和煤质管理带来较大困难 。 6 原设计 的2 1 0 7 工作面为普通分层综采 ， 面 长 1 3 0 m， 上巷设计位置在距 2 1 0 7 上巷下部 3 0 m， 掘进中遇见了少见的应力集 中， 施工 8 个月仅掘进 3 0 0 余 m。后改为综放工作面， 巷道下欹沿底掘进 仍不能达到预期效果 ， 最终因巷道变形太快 ， 形成危 巷 ， 原上巷 4 8 0 m全部报废。现设计工作 面推进 到 原设计工作面老巷时 ， 工作面与老巷正交生产受 到 影响。 3 问题研究及采取的技术措施 3 ． I 上下巷布置采用沿空送巷 强力锚喷 支护 2 0 0 2年 5月原设计 的 2 1 0 7 2上巷 因压力大 ， 破 坏严重而报废 ， 为合理选取上下巷位置 ， 确定支护形 式， 与山东科技大学合作， 采取计算机数值模拟、 雷 达探测、 矿压观测 3 种手段， 对巷道支承压力分布规 律和不同巷道布置时巷道 围岩应力分布规律 、 顶 分 层区段煤柱对下分层巷道的影响等进行了研究 。在 考虑煤柱坍塌破坏、 防火、 防水、 防瓦斯因素的基础 上 ， 采取小煤柱送巷 ， 即将巷道布置在采空区边缘 ， 此处压力较低， 相对较易维护。因此， 最终确定 2 1 0 7 上巷内错于 2 1 0 5 采空区， 与 2 1 0 5 2 下巷留4 m净煤柱 两巷不在同一层位 ， 2 1 0 7 下巷内错于 2 1 0 9 采空区， 与 2 1 0 9 2 上巷留7 m净煤柱。 1 全断面锚网架工字钢单棚并喷浆封闭支 护。该方案针对该工作面煤层较厚 4 m ， 完整 性较好 的地 段 ， 顶 板铺金属 网， 打 2 r n n l 2 4 0 0 r fln l 加长锚固树脂锚杆， 间排距0 ． 7 m X 0 ． 6 r fl ， 两帮 铺塑料 网， 打 1 8 mm 2 0 0 0 m m端锚树脂锚杆 ， 间 排距 0 ． 7 m 0 ． 6 l n 。随锚网架 3 ． 1 m3 ． 1 r f l 工字 钢梯形棚作安全保障。为避免采空区气体溢出或煤 层自然发火， 滞后掘进 3 0 0 11“1 左右对巷道喷浆封闭。 2 两帮锚网架工字钢对子棚喷浆封闭支护。 该方案针对顶煤较薄 、 完整性较差 的地段 ， 架 3 ． 1 m 3 ． 1 m工字钢对子棚 ， 顶背彩条布、 荆芭、 椽子棍 ， 两帮挂塑料 网打 1 8／ ／ 1 ／ I 1 2 0 0 0 mm端锚 树脂锚 杆 ， 滞后掘进 3 0 0 m左右对巷道喷浆封闭。 3 ． 2 固化老巷 冒空区顶板 ， 防止 冒顶事故发生 针对 2 1 0 7 工作面回采区老巷分布较多、 顶板 管理 困难的问题 ， 对不同老巷 冒空区进行 固化措施 。 如对 与工作 面正交 的 2 1 0 9 ， 探巷 、 2 1 0 5 ， 下巷 和原 2 1 0 7 老上巷 ， 采用提前注胶泥封填 ， 然后在 回采线 顶板 以上注 3 0 0 4 0 0 m m厚水泥浆进行固化 ， 形成 人工顶板防止 冒顶 ； 对 2 1 0 9 、 2 1 0 7 ， 老切眼处 因压 力集中造成的冒顶采取注化学树脂 玛丽散等 进 行加 固和充填 ， 固化顶板。 3 ． 3 优化工作面布置和设备选型及采煤工艺 结合 2 1 0 7区段 回采条 件， 2 1 0 7 工作 面 布置 2 2 0 m长大工作面， 采用走向长壁综采放顶煤 、 一次 采全高、 自 然垮落管理顶板采煤法。回采以放顶煤 工序为主， 割煤和放煤平行作业。参照临近工作面 支架使用情况和2 1 0 7区段孤岛煤柱压力大的特点， 工作面机械设备配备如表 1 。 3 ． 4 采取 瓦斯抽放 加强通风管理 防止 瓦斯超限 表 1 工作面机械设 备配备 9 4 煤 矿 安全 T o Ia l 4 0 9 因工作面较长 ， 产量较高 ， 中部有多个高瓦斯 条带， 同时由于工作面压力大， 上、 下巷部分通风巷 道断面太小， 制约了工作面的风量配备， 因此， 防治 瓦斯工作仍需加强。 1 坚持 以抽放为主 ， 减轻风排瓦斯压力， 上端 头采空区采用4 0 ‘ in ／ ra in的瓦斯抽放泵连续抽放。 2 根据分源治理原则 ， 封堵 瓦斯集 中涌出源。 在工作面回采过程 中， 对工作面上、 下隅角靠支架后 尾梁处建墙封堵采空区瓦斯涌出源， 同时， 保证工作 面超前支护巷道断面， 以减少采空区漏风强度； 若上 三角煤处发生冒顶等， 必须随时封堵。 3 加强上隅角瓦斯管 理， 防止瓦斯积聚。安 全使用好 向上隅角供风的“ 小局扇” ， 喷散上隅角积 聚的瓦斯 ； 同时， 在上 隅角处悬挂导风帘， 使工作 面 风流流经上隅角稀 释该处瓦斯 ， 确保该处瓦斯不超 限 。 4 加强工作面瓦斯检测 、 监控 ， 全方位监测瓦 斯 。 3 ． 5 采取充填封堵 注浆 胶 和注氮等手段 防止煤 层 自燃 2 1 0 7 工作面由于矿压显现剧烈 ， 巷道状况差 ， 又是极易 自燃煤层 ， 防治 自燃发火工作是重 中之重。 1 合理配给并稳定工作面风量。由于工作面 上、 下巷失修较严 重 ， 断面小 ， 工作 面供风量要在满 足生产的情况下进行调整 ， 并保持稳定 ， 预防高负压 增大漏风引发 自燃火患 ； 另外 ， 加强工作面及其附近 地区通风设施的检查 、 维护力度 ， 维护好通风设施现 状 ， 确保供风量的稳定。 2 及时封堵采空 区漏风 的主要 出、 人 口。每 天安排人员在工作面上、 下隅角靠支架后尾梁处及 时建墙封堵， 墙体要挨帮贴顶， 垛严挤实， 不留漏洞。 在下隅角每周注凝胶 2次 ， 防止下隅角采空区漏风 或发火。 3 洒水 阻化剂 湿润上下隅角附近 的浮煤。 每天防火 队安排专人对上 下隅角采空区跨落 的浮 煤， 充分洒水湿润， 并且， 下拐头洒水后， 必须撒阻化 剂。若上下隅角处落煤有温度时 ， 除对落煤洒水外 ， 同时， 对放顶线 以外巷顶 的浮煤打煤 电钻眼进行充 分洒水湿润， 严防热煤体落人采空区内。 4 实施充填防火措施 。为防止工作面上下巷 修巷过程中出现的高冒区发生自燃隐患， 实施了远 距离充填技术， 利用远距离泥浆泵对高冒区大量充 填粉煤灰 ， 防治发火效果明显 。 5 对采空区进行注氮防火。为防止工作面采 空区出现自 燃隐患， 把该工作面作为重点注氮工作 面， 两台制氮机交替工作， 保证了氮气的足量、 连续 供给。 3 ． 6 根据煤层状 况和煤厚不 同段块采取 不同放煤 工艺提 高回收率 为寻找 2 1 0 7 工作面增产稳产途径， 与中国矿 业大学合作对 2 1 0 7 工作面开展了不同条件下的放 煤工艺研究 ， 通过模型试验、 理论分析与现场对比试 验分析确定工作面不同块段的放煤工艺 1 在工作面整层煤条件下， 采用两采一放， 放 煤步距为 1 ． 0 m， 多轮问隔放煤。 2 在工作面过老切眼后 ， 进人到顶分层 开采 且顶板存在砂岩 区域 ， 采用三采一放 ， 放煤步距 为 1 ． 5 IT I ， 多轮顺序放煤。 3 在过砂岩 区域后 ， 由于受工作面外部运输 能力的限制， 工作面生产班内有效放煤时间短， 采取 二采一放， 放煤步距为 1 ． 0 r n ， 单轮顺序自下至上放 煤。 通过根据不 同条件选取不 同放煤工艺 ， 在工作 面沿面长方向上下端头及老巷下面不放煤的条件下 提高了工作面顶煤 的回收率 和产量。2 0 0 4年工作 面最高月产 1 5 ． 5 0 9 6 万 t ， 综合回收率7 6 ％， 工作面 年产达到 1 4 6万 t ， 创建矿以来最高水平。为义煤集 团极易 自燃发火煤层 2 0 0 m以上超长工作面布置创 出了新路。 作者简介 张榜雄 1 9 5 8一 ， 男， 河 南灵 宝人 ， 高级工程 师， 1 9 8 1年毕业于河南省煤矿学校， 现任义煤集团生产技术 部部长， 一直从事生产技术与管理工作， 发表论文多篇。 收稿 日期 2 0 0 8 0 51 2 ； 责任编辑 梁绍权