特厚煤層綜放工作面co

特厚煤層綜放工作面co

中國(guó)煤礦業(yè)的自燃現(xiàn)象非常嚴(yán)重。在采礦過程中，除了釋放大量熱量、燃燒資源和設(shè)備外，煤層還釋放大量有害氣體，直接威脅礦山工人的安全。在開采近地煤層群時(shí),工作面漏風(fēng)一般較嚴(yán)重,均(增)壓防滅火技術(shù)在預(yù)防和撲滅井下火災(zāi)中能有效控制火勢(shì)的蔓延,減少采空區(qū)的漏風(fēng),使火區(qū)貧氧窒息而被廣泛應(yīng)用。五虎山煤礦近年來通過結(jié)合自身的地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)及技術(shù)條件,對(duì)受老火區(qū)影響的回采工作面采取適合本礦井特點(diǎn)的均(增)壓防滅火技術(shù),既經(jīng)濟(jì)又可靠,有效地保障了礦井的安全生產(chǎn)。1工作面布置情況五虎山煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.5Mt/a,主要可采煤層共有14層,其中1#、2#、4#、6#、7#煤層已回采完畢,現(xiàn)主要開采煤層是太原組的9#、10#和12#煤層。9#煤層厚3.3m,10#煤層厚2.3m,兩煤層平均間距2.0m;12#煤層厚5.4m,12#與10#煤層平均間距22.8m;12#煤層下部還有13#上、13#及15#煤層。礦井開拓方式為斜井片盤式開拓,盤區(qū)上、下山開采,礦井現(xiàn)在布置2個(gè)盤區(qū),分別為9#和12#煤層盤區(qū),盤區(qū)內(nèi)均布置有膠帶上山、軌道上山、回風(fēng)上山、集中回風(fēng)巷和回風(fēng)斜井。礦井共有5個(gè)井筒,分別為主斜井、副斜井、反斜井3個(gè)進(jìn)風(fēng)井和9#、12#煤層回風(fēng)斜井,礦井通風(fēng)方式為分列抽出式。開采順序由上至下,采煤方法為走向長(zhǎng)壁后退式采煤法,全部垮落法控制頂板。五虎山煤礦所采煤層屬于中等變質(zhì)程度煙煤(焦煤、1/3焦煤和肥煤),目前所采的9#、10#煤層原煤硫分均大于3%,12#煤層原煤硫分大于2%,自燃傾向性為Ⅱ類,屬于自燃煤層,9#、10#和12#煤層最短自然發(fā)火期分別為51、53和55d。1201工作面位于12#煤層盤區(qū)回風(fēng)上山北翼,距停采線500m范圍內(nèi)上部為901、1001工作面的采空區(qū)。1201工作面采用走向長(zhǎng)壁采煤,頂板一次性全部垮落的采煤方法,采用綜合機(jī)械化采煤工藝。目前該工作面推進(jìn)528m,剩余走向長(zhǎng)度532m,901工作面已經(jīng)采完且進(jìn)行了密閉,1001工作面已推進(jìn)到停采線;靠近煤層露頭、埋深淺的上部9#煤層內(nèi)布置有一采區(qū)916、918、920工作面掘進(jìn)巷道,因曾經(jīng)發(fā)生瓦斯爆炸事故而廢棄。1201工作面距地表垂深平均為140m,其所對(duì)應(yīng)的地表為10#與11#火區(qū)。具體位置情況如圖1所示。2co、ch4體積分?jǐn)?shù)2012年4月28日,1201工作面正?；夭善陂g,礦井供電系統(tǒng)瞬間閃絡(luò),造成9#煤層主通風(fēng)機(jī)停運(yùn)6min后才重新啟動(dòng);停運(yùn)期間,發(fā)現(xiàn)1201工作面回風(fēng)巷CO傳感器有異常變化,恢復(fù)通風(fēng)后,在1201尾巷出口處測(cè)得CO體積分?jǐn)?shù)為7.0×10-4,采煤工作面機(jī)尾聯(lián)絡(luò)巷往里CO體積分?jǐn)?shù)為1.0×10-3。2012年4月29日零點(diǎn)班,1201工作面測(cè)得風(fēng)量情況:進(jìn)風(fēng)巷1358m3/min,回風(fēng)巷610m3/min,尾巷996m3/min,得到外部向工作面漏風(fēng)248m3/min。工作面上隅角CH4體積分?jǐn)?shù)為0.1%,回風(fēng)巷CH4體積分?jǐn)?shù)為0.14%,尾巷CH4體積分?jǐn)?shù)為0.68%。氣樣分析結(jié)果:1201工作面尾巷,CO體積分?jǐn)?shù)為3.009×10-3,C2H6體積分?jǐn)?shù)為3.07×10-4,C2H4體積分?jǐn)?shù)為1.6×10-5,CH4體積分?jǐn)?shù)為0.78%;上隅角處無CO和C2H4,C2H6體積分?jǐn)?shù)為3.0×10-6,CH4體積分?jǐn)?shù)為0.14%。5月1日在1201工作面上隅角沙袋密閉內(nèi)采集氣樣分析,CO體積分?jǐn)?shù)高達(dá)2.1094×10-2,C2H4體積分?jǐn)?shù)為1.51×10-4。3co邊界分析3.1工作面采空區(qū)高溫火區(qū)經(jīng)分析,1201工作面尾巷CO可能來自上部火區(qū)(11#、12#火區(qū))或一采區(qū)的916、918、920工作面廢棄的掘進(jìn)巷道區(qū)域內(nèi),理由如下:1)工作面上部存在高溫異常區(qū)域。1201工作面上部為10#、11#火區(qū),工作面與火區(qū)之間垂距約140m。10#、11#火區(qū)近年來經(jīng)過治理,但火區(qū)范圍和火勢(shì)不明確,可能逐漸向下發(fā)展。2)五虎山煤礦開采的傾斜煤層群煤層露頭露出地表,目前采高距離地表埋深淺?？拷簩勇额^、埋深淺的上部9#煤層內(nèi)布置有一采區(qū)916、918、920工作面掘進(jìn)巷道,因曾經(jīng)發(fā)生瓦斯爆炸事故而廢棄,未進(jìn)行填充,所在區(qū)域可能存在大范圍高溫火區(qū)。3)通風(fēng)負(fù)壓大,地面漏風(fēng)嚴(yán)重。由于煤層埋深淺,9#號(hào)煤層主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓在2700Pa以上,12#號(hào)煤層主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓在2200Pa以上,工作面漏風(fēng)量大。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,1201工作面最大漏風(fēng)量達(dá)到250m3/min。4)根據(jù)氣體成分及其變化情況判斷氣體來源于上部高溫異常區(qū)域。調(diào)整1001工作面和1201工作面通風(fēng)系統(tǒng)各自獨(dú)立后,經(jīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)和取樣分析,只有1201工作面尾巷、上隅角沙袋密閉內(nèi)的CO、CO2、C2H4等氣體濃度體現(xiàn)出火區(qū)氣體特征,而先前1001工作面和1201工作面采空區(qū)內(nèi)鋪設(shè)的束管都沒有監(jiān)測(cè)到CO、C2H4等氣體的異常。5)通風(fēng)系統(tǒng)相互影響,9#煤層主要通風(fēng)機(jī)停風(fēng)后,1201工作面尾巷CO濃度異常。1001工作面和1201工作面原通風(fēng)系統(tǒng)未完全獨(dú)立,1201工作面尾巷風(fēng)流經(jīng)1201工作面的尾巷與9#煤層聯(lián)絡(luò)巷回至9#煤層集中回風(fēng)巷。在9#煤層主通風(fēng)機(jī)停風(fēng),原有通風(fēng)平衡狀態(tài)被打破后,1201采空區(qū)漏風(fēng)情況改變,導(dǎo)致尾巷內(nèi)CO濃度短時(shí)間內(nèi)急劇上升。6)2012年4月27日,1201工作面頂板周期來壓,可能形成了新的地面漏風(fēng)通道。在通風(fēng)系統(tǒng)未發(fā)生改變的情況下,能維持通風(fēng)平衡。而在28日9#煤層風(fēng)機(jī)停風(fēng)后再恢復(fù)通風(fēng),該通風(fēng)平衡被打破,又建立新的平衡,造成高溫異常區(qū)域內(nèi)地面漏風(fēng)量顯著增加,為高溫異常區(qū)域供給充足的新鮮風(fēng)流,促進(jìn)煤氧復(fù)合產(chǎn)生大量的CO氣體并被帶到1201工作面采空區(qū),使采空區(qū)、尾巷中的CO濃度嚴(yán)重超限。3.2排查co排放行為901采空區(qū)、1001采空區(qū)和1201采空區(qū)都是CO可能來源,需要進(jìn)行排查。901和1001采空區(qū)和原一采區(qū)的采空區(qū)間有隔離煤柱,1201工作面目前距離1001開切眼32m。1)排查CO來自1001采空區(qū)的可能性:1001工作面回風(fēng)巷、采空區(qū)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都未檢測(cè)到CO異常,基本與1001工作面正常回采時(shí)一致,可排除1001采空區(qū)為CO來源的可能性。2)排查CO來自901采空區(qū)的可能性:在901工作面的運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷的密閉內(nèi)檢測(cè)氣體成分,均沒有發(fā)現(xiàn)CO氣體,因?yàn)?#煤層與10#煤層間距平均只有2m,901與1001工作面采空區(qū)是相通的,所以可同時(shí)排除901和1001工作面采空區(qū)為CO來源的可能性。3)排查CO來自1201采空區(qū)的可能性:4月25日,在1201工作面尾巷施工了1道密閉,沒有發(fā)現(xiàn)CO氣體,可基本排除施工沙袋期間尾巷CO濃度超限的可能性;1201工作面正?；夭善陂g,工作面回風(fēng)巷、上隅角、尾巷和采空區(qū)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等一直未發(fā)現(xiàn)CO濃度超限現(xiàn)象;1201工作面尾巷CO濃度急劇異常是因?yàn)?月28日9#煤層主通風(fēng)機(jī)(1201工作面存在角聯(lián)通風(fēng),工作面回風(fēng)為12#煤層通風(fēng)系統(tǒng),而其尾巷則為9#煤層通風(fēng)系統(tǒng))發(fā)生停風(fēng)后,通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生變化,才發(fā)現(xiàn)CO濃度超限;根據(jù)礦方在1201采用增壓通風(fēng)下,恢復(fù)了1001工作面負(fù)壓通風(fēng)1d、在這一天時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到1001工作面沒有出現(xiàn)CO氣體,可以確定1001工作面與1201工作面的采空區(qū)還沒有連通。綜合考慮上述因素,可排除CO濃度急劇增加是1201工作面采空區(qū)浮煤自燃所引起的。4治理計(jì)劃4.1工作面擴(kuò)散漏風(fēng)量減少,防止采空區(qū)浮煤主導(dǎo)型清潔煤的形成均(增)壓防滅火的實(shí)質(zhì)是利用風(fēng)窗、風(fēng)機(jī)、調(diào)壓氣室和連通管等調(diào)壓設(shè)施,改變漏風(fēng)區(qū)域的壓力分布,降低漏風(fēng)壓差,使漏風(fēng)量減少或趨近于零,以消除煤炭自燃的供氧條件,從而達(dá)到惰化火區(qū)、抑制遺煤自燃或熄滅火源的目的。在工作面進(jìn)、回風(fēng)巷中安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門和在進(jìn)風(fēng)巷安設(shè)增壓風(fēng)機(jī)后,工作面的風(fēng)壓升高,采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)量及漏風(fēng)方向隨調(diào)壓情況改變,工作面與漏風(fēng)口間的壓力差變小或壓差逆轉(zhuǎn),從而使得工作面擴(kuò)散漏風(fēng)量減少,氧化帶寬度變窄,減少或杜絕了有毒有害氣體的涌出。顯然,這對(duì)抑制采空區(qū)遺煤自燃和有毒有害氣體的涌出是相當(dāng)有利的,可以保證工作面的安全生產(chǎn)。1201采煤工作面離地表近,受負(fù)壓影響大,工作面尾巷和上隅角CO濃度超限正是受上部老采空區(qū)嚴(yán)重漏風(fēng)造成的,采用注漿、注膠進(jìn)行堵漏風(fēng),治理效果不確定,且人力物力花費(fèi)高,而利用均(增)壓系統(tǒng)進(jìn)行防止有毒有害氣體泄漏到回采工作面、防止采空區(qū)浮煤自燃,具有工藝簡(jiǎn)單、安全性好、投入少、作用明顯等特點(diǎn)。鑒于此,根據(jù)1201工作面有毒有害氣體超限特點(diǎn),采用均(增)壓方案治理1201工作面采空區(qū)浮煤自燃和CO濃度超限問題。4.2工作面回采系統(tǒng)在1201工作面實(shí)施均(增)壓措施,即在1201工作面進(jìn)風(fēng)巷增設(shè)2道調(diào)節(jié)密閉和安設(shè)增壓局部風(fēng)機(jī)(3×22kW局部通風(fēng)機(jī)4臺(tái),2臺(tái)運(yùn)行,2臺(tái)備用);在回風(fēng)巷增設(shè)2道聯(lián)鎖調(diào)節(jié)風(fēng)門。工作面采取均(增)壓防止有毒有害氣體涌入回采工作面及防止工作面采空區(qū)自燃的通風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。使用均(增)壓防滅火方法,在采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)量減少的同時(shí),工作面的風(fēng)量也將減少。因此,需要測(cè)定進(jìn)、回風(fēng)量,在確定工作面風(fēng)量有富余的前提下,在停采線附近設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗,其風(fēng)窗調(diào)節(jié)口大小不斷通過實(shí)測(cè)確定,盡可能減少進(jìn)、回風(fēng)巷風(fēng)量差,減少采空區(qū)的漏風(fēng)量,調(diào)節(jié)后確保工作面的供風(fēng)符合有關(guān)規(guī)定。工作面實(shí)施均(增)壓后一直到工作面安全回采結(jié)束,工作面的回風(fēng)量穩(wěn)定在650m3/min,進(jìn)風(fēng)量為673m3/min,采空區(qū)的漏風(fēng)量控制在20m3/min左右;在工作面上隅角、尾巷內(nèi)幾乎監(jiān)測(cè)不到CO氣