易燃厚煤層綜放開采防滅火技術探討

1、易燃厚煤層綜放開采防滅火技術探討 1引言自然發(fā)火是制約厚煤層開采工藝發(fā)展的因素之一，也是煤炭工作者多年來致力解決的一個課題。本文通過采用錯層位巷道布置系統(tǒng)1，結合傳統(tǒng)防治火災的技術，分析其可行性。2現(xiàn)場條件以某礦現(xiàn)場實際條件為例，工作面長144m，采深230-240m。平均煤厚11.5m，最大煤厚14m，平均傾角12，煤層構造較簡單，煤層松軟，硬度系數(shù)f=1.4，容重為14.5kg/m3，煤層極易自燃，發(fā)火期平均為20天，最短為7天。含有厚0.20.4m的夾矸1層。煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚1.5m，老頂為中厚層狀細砂巖，厚14m。3自燃發(fā)火類別分析發(fā)生自燃的因素包括浮煤的存在，煤體破碎，與

2、氧氣接觸并有蓄熱條件和時間。生產(chǎn)中無論采用何種方式方法，破碎煤體的存在以及與氧氣接觸是不可避免的，但是如能減少破碎煤體的存在并縮短其蓄熱時間，自然發(fā)火的幾率將會大大降低。在這一指導思想下，對傳統(tǒng)放頂煤巷道布置系統(tǒng)易發(fā)生自燃的區(qū)域以及易發(fā)生自燃的時段進行分析。按照放頂煤回采系統(tǒng)下各區(qū)域發(fā)生自燃的幾率大小進行等級劃分：（1）容易發(fā)生自燃區(qū)域巷道揭露的相鄰原高溫區(qū)域或老火區(qū)、巷道頂板局部冒落區(qū)、巷道變坡頂板破碎區(qū)，巷道揭露相鄰沿空側的停采線、溜煤眼、聯(lián)絡巷及其它硐室等處。（2）較易發(fā)生自燃區(qū)域巷道頂煤離層破碎區(qū)、沿空側煤柱破碎區(qū)。（3）可能發(fā)生自燃區(qū)域巷道巷幫破碎區(qū)以及工作面采空區(qū)。根據(jù)對綜放開采時

3、自然發(fā)火事故出現(xiàn)的頻繁程度，確定火災易發(fā)地點依次為巷道及開切眼、末采收作線、鄰近采空區(qū)、工作面端頭，（如圖1所示）。自然發(fā)火防治工作的另一重點就是從不同的時期進行分析，各個時期的防治工作要從其產(chǎn)生的根源著手，有四個時期最易發(fā)生自燃，分別是：（1）掘進期間。巷頂易形成高冒區(qū)以及碎煤裂隙帶發(fā)育帶，局部通風機正壓作用加劇了氧氣在煤體中擴散，深部產(chǎn)生的熱量散發(fā)困難，是自然發(fā)火的隱患之一；（2）工作面安裝期間。切眼時大量碎煤存在于支架上方，綜放工作面安裝時間比較長，在安裝完畢前，可能會導致煤層自燃發(fā)火；（3）回采期間。首先，開切眼到初次放頂，時間間隔長，支架頂煤的蓄熱時間長；其次，工作面剛安裝完，需要磨

4、合設備，導致推進速度慢；再次，上下端頭放下的碎煤大量堆積；還有，放頂過程中，頂板會大面積下沉，可能會受到外部客觀條件的影響，形成導風通道；（4）拆除期間。綜放工作面，拆除時間肯定長；支架上方煤體裂隙發(fā)育，與氧氣接觸面積大；架后煤多且松散。以上自然發(fā)火因素，影響著煤礦正常安全的生產(chǎn)，尋求更合理的開采生產(chǎn)系統(tǒng)便是解決上述問題的重要研究途徑。4方案分析4.1方案的提出煤礦的生產(chǎn)始終圍繞安全、經(jīng)濟、回采率三方面展開，該生產(chǎn)條件下煤層開采受到自燃發(fā)火的影響，傳統(tǒng)放頂煤沿煤層底板布置巷道以及留煤柱護巷已不能適應生產(chǎn)需要，亟需采用既能提高回采率，又能保證安全生產(chǎn)的無煤柱巷道布置以及相應的回采工藝，本文提出采

5、用錯層位巷道布置系統(tǒng)和三段式回采工藝來實現(xiàn)無煤柱開采。該系統(tǒng)綜合集成放頂煤、上分層鋪網(wǎng)放頂煤和下分層網(wǎng)下放頂煤三種回采工藝于一個工作面，三種工藝用于工作面的不同位置，形成獨特的三段式回采工藝。圖中的a段，即工作面在沿頂板布置的進風巷道一側采用分層放頂?shù)纳戏謱踊夭晒に嚕枰伨W(wǎng)，為下一工作面巷道的掘進與回采作準備。圖中的c段，即在距離相鄰采空區(qū)側的工作面采用網(wǎng)下放頂煤回采工藝，這一段不需要鋪網(wǎng)，但需要控制好采煤機割煤高度，防止漏矸。圖中的b段，中部工作面采用放頂煤回采工藝。4.2與傳統(tǒng)放頂煤對比是否能有效防治自然發(fā)火是判定方案可行性的重要依據(jù)，為此在防治自然發(fā)火方面對錯層位巷道布置與傳統(tǒng)放頂煤沿

6、底板布置巷道進行了比較：1.區(qū)段運輸平巷；2.區(qū)段回風平巷；3.損失的頂煤與區(qū)段煤柱；4.上區(qū)段運輸平巷位置；（1）錯層位巷道布置系統(tǒng)將進風巷與回風巷分別布置在煤層頂板與上一區(qū)段采空區(qū)下，進風巷、回風巷頂板分別為巖石和少量煤皮，基本上避免了巷道高冒區(qū)的出現(xiàn)，可以降低自燃發(fā)火率；傳統(tǒng)放頂煤沿煤層底板布置巷道，巷道上方是厚煤層，在壓力作用下易冒落形成孔隙，存在自燃發(fā)火隱患。據(jù)統(tǒng)計，綜放開采2/3的火患都發(fā)生在巷道高冒區(qū)。（2）錯層位巷道布置系統(tǒng)進風巷巷幫受到應力作用，但是由于該巷直接位于巖石頂板之下，不會出現(xiàn)巷道頂煤高冒，進而加劇巷幫的破壞，不易形成發(fā)育的碎煤裂隙，同底板布置的煤巷巷幫比較，發(fā)火幾

7、率小，而且易于維護；回風巷優(yōu)勢更為明顯，因為布置在采空區(qū)下的回風巷處于免壓區(qū)，對巷幫不會造成強烈的擠壓，可以降低發(fā)火幾率。（3）錯層位巷道布置系統(tǒng)下，相鄰工作面之間只有少量三角煤柱的存在，而且處于免壓區(qū)內(nèi)，不易出現(xiàn)傳統(tǒng)放頂煤中留有大量“t”型煤柱處在應力集中區(qū)內(nèi)而被壓裂壓酥導致巷旁向采空區(qū)漏風的情況，不但有利于相鄰采空區(qū)的防治自燃，而且有利于降低煤柱自身的發(fā)火幾率。（4）上一區(qū)段進風巷一側是上分層鋪網(wǎng)放頂煤工藝段，此段的浮煤存在于網(wǎng)下，下一區(qū)段進行回采時可以回收，減少了采空區(qū)內(nèi)浮煤的數(shù)量，而且上一區(qū)段邊回采邊灌漿，有利于形成人工假頂或產(chǎn)生一定的膠結效果，在下一區(qū)段網(wǎng)下回采時，減少了向采空區(qū)的漏

8、風，所以特殊的回采工藝也是降低自然發(fā)火的有利條件。對比得出，采用錯層位巷道布置系統(tǒng)，在易自然發(fā)火條件上有了根本性的改善。5工作面防滅火錯層位巷道布置系統(tǒng)同傳統(tǒng)沿煤層底板布置放頂煤相比，自然發(fā)火的隱患大為降低，但防治火的工作絕不能掉以輕心。在自然發(fā)火的防治過程中，具體的防滅火工作在不同時期、不同地點采取不同的對策。5.1工作面上、下巷工作面隨著成巷時間不同，巷道頂幫壓裂松動破碎的程度由內(nèi)到外逐漸發(fā)展，隨著巷道頂幫破壞日益嚴重和巷壁半徑的擴大，巷道自然發(fā)火隱患也從內(nèi)向外逐漸增大，同時，井下條件不能及時把氧化產(chǎn)生的熱量散發(fā)，在掘進工作中就要采取對策，預防火災的發(fā)生。 （1）嚴格頂板控制，嚴防冒頂，若

9、發(fā)生冒頂及時鉸架，打閉板抹泥，用不燃材料進行充填。有發(fā)火預兆地點，要及時打鉆糊頂進行灌漿、注粉煤灰或注膠，消滅高溫點。 （2）預埋灌漿管，間歇灌漿工作面上下巷鋪設灌漿管路，每50m設一處三通閥門，要保證能隨時進行灌漿，灌漿不僅可以帶走熱量，而且對裂隙處起著充填封閉作用，可以考慮在適當距離設一處注漿鉆孔。 （3）均壓措施定期進行一次工作面上下巷之間漏風情況，若上下巷串風，應在上巷建調節(jié)風窗實行均壓措施，減少上下巷之間及采空區(qū)漏風。5.2初采期間受各方面綜合影響，巷道斷面大，初采速度緩慢，壓力大，造成頂煤破碎漏風，形成發(fā)火隱患，應采取相應的技術措施，防治自然發(fā)火。（1）煤層厚度大，在掘進切眼時留有

10、大量頂煤，應加大注漿孔的密度和充填的力度。注漿孔的分布要保證整個初采期間頂板都能被注漿覆蓋。對初采期間的頂幫可以用不燃物進行封閉處理，確保不出現(xiàn)發(fā)火征兆。（2）架間打眼注漿，防止架后浮煤局部發(fā)火。（3）工作面的切眼形成后，應在回風巷向上分層打鉆注水或漿，每隔一定距離布置一個鉆孔，鉆孔落點必須進入上分層采空區(qū)的合理位置，不注水鉆孔或無效孔必須封嚴，防止漏風，回風巷見水可停止本鉆孔注水或漿。5.3回采期間回采期間防滅火的重點在工作面兩端頭，雖然錯層位回采率比傳統(tǒng)放頂煤有很大提高，但端頭過渡支架不放頂煤，難免還會有少量浮煤隨工作面推進落入采空區(qū)，存在發(fā)火隱患，進風巷一側含氧量高，存在煤炭發(fā)生自燃隱患

11、。而氧化產(chǎn)生的有害氣體隨風流上行流動，易在回風一側測到。（1）加強通風管理。根據(jù)瓦斯涌出量，保證風流暢通，有害氣體不超限以及風量滿足的情況下，合理控制有效風量，是減少氧化帶寬度，防止氧化自燃的有效手段。（2）加快工作面的推進速度，確保采空區(qū)的煤處于窒息狀態(tài)。（3）加強工作面端頭管理。雖然在巷道中采取了防滅火的灌漿與封堵等手段，但是在采動影響下，很難保證煤體不氧化自熱?？梢栽诿堪嗬芊彭敽?，對放下的煤進行灑水降溫；在進風巷溜子機頭處，設一道水幕，增加切眼漏風的濕度，延長煤的自燃發(fā)火期；當發(fā)現(xiàn)高溫火點時，采用注漿與建防火墻相結合的手段。（4）對掘進期間形成的老火區(qū)，要定期灌漿，消滅高溫火點的存在。

12、（5）回采期間，加強隨采隨灌，進風巷一側見漿停止。（6）在上下拐頭處掛風簾，減少老塘漏風。5.4工作面末采及回撤期間（1）停采后，在回風巷用壓管向采空區(qū)定期灌漿，工作面要定期灌漿，達到散熱防火的目的。（2）架間打鉆孔注漿。（3）在下拐頭第一架架頂建土袋墻，架與架之間的縫隙用黃土等糊嚴，上下拐頭用木板糊頂，減少架頂漏風，在上下拐頭處建土袋墻，堵塞采空區(qū)漏風。（4）停采后，工作面要控制有效風量。（5）加快工作面支架的回撤速度。（6）老巷出現(xiàn)發(fā)火預兆的要及時進行灌漿或注膠，消除高溫點后定期進行一次灌漿，防止發(fā)生煤層自燃。在易燃煤層采用錯層位巷道布置一次采全厚采煤方法，由于其自身特點有利于防滅火，再配合以傳統(tǒng)的防滅火技術同時結合當前先進的技術，可以有效的緩解工作面的煤層自燃問題。6小結（1）注漿是開采過程中防滅火的常規(guī)手段，具有經(jīng)濟、方便、可靠等優(yōu)點，在工作面回采中采用黃泥隨采隨灌為主，輔以定點定時注漿的方式。黃泥灌漿技術成熟，本礦有高水平的技術力量，而且灌漿防滅火的長時效果可靠，應為首選的措施。（2）在工作面開采過程中使用均壓技術，合理配風，保證合適的回采速度，提高回采效率等都是十分積極的方法，可以發(fā)揮巨大的