大平煤礦回采初期煤體瓦斯的防治

大平煤礦回采初期煤體瓦斯的防治

1煤層主發(fā)酵火期大平煤礦位于河南省鄭州西南80公里處。行政部門屬于登封市大冶鎮(zhèn)。大平煤田位于新密煤田西部,橫跨登封市大冶鎮(zhèn)和新密市平陌鎮(zhèn),始建于1982年,1986年投產(chǎn),核定生產(chǎn)能力90萬噸/年。大平礦區(qū)可采煤層為山西組二1煤層,厚度0.81~23.39m,平均厚度7m。煤層自燃發(fā)火傾向等級為三級,屬不易自燃煤層,最短發(fā)火期為64天;瓦斯等級為煤與瓦斯突出礦井。本項目試驗地點為13111炮采工作面,該面回采初期煤體瓦斯含量、壓力較大,正?；夭善陂g上隅角及回風流瓦斯較高,影響工作面正?；夭?根據(jù)《煤與瓦斯突出管理規(guī)定》及瓦斯治理需要,經(jīng)研究決定在13111底抽巷抽采的基礎上采用煤壁淺孔抽采、上下副巷超前順層消突鉆孔抽采的方法進行聯(lián)合瓦斯治理,方案執(zhí)行后有效地解決了瓦斯問題,但上下順層超前施工的消突鉆孔經(jīng)負壓抽放后約15天左右即出現(xiàn)煤體氧化現(xiàn)象且CO濃度、溫度隨著時間的推移不斷增加,不采取措施進行處理隨時都可能出現(xiàn)煤體自燃,如果對出現(xiàn)氧化的鉆孔進行停抽,工作面瓦斯問題將制約正?；夭?。2項目總結2.1采空區(qū)回采期13111工作面西北部沿13091工作面采空區(qū)原下付巷回采(局部處于13091采空區(qū)回采),南部為13采區(qū)兩條下山,東部為我礦尚未開采的工業(yè)廣場煤柱。2.2布孔施工質量控制由13111炮采工作面向西5m開始分別在上、下副巷沿煤層傾向進行布孔,由里向外進行施工,根據(jù)抽放半徑和煤層厚度確定鉆孔間距,鉆孔深度為上副巷70m,下副巷90m,鉆孔重疊長度為10m。鉆孔間距為1.2m,上中下各1個孔(底眼距巷道底板0.6m)。(2)孔雀藝術采用ZY2300型全液壓鉆機,Ф89mm鉆頭,井下壓風排粉法鉆進。(3)密封孔采用“兩堵一注”封孔工藝。3煤炭自然源的來源分析3.1氧復合作用學說煤的自燃學說對煤體自燃原因提出了:黃鐵礦作用學說、細菌作用學說、酚基作用學說、自由基作用學說、煤氧復合作用學說等,其中黃鐵礦學說提出煤的自燃是由于煤層中的黃鐵礦(FeS2)與空氣中的水分和氧氣相互作用、發(fā)生熱反應而引起的,具有代表意義。其次,黃鐵礦在井下潮濕的環(huán)境里被氧化產(chǎn)生SO2、CO2、CO、H2S等氣體時,也都是放熱反應。因此在散熱不良時,必然導致煤的自熱與自燃。3.2順層鉆孔施工強化煤體自熱通過綜合分析,隨著煤巷掘進工作面的向前推進,破壞了原始煤體的穩(wěn)定性,煤層巷道兩側的煤壁在一定范圍內形成一個松動圈,且大平煤礦所采煤層屬典型的“三軟”不穩(wěn)定難采煤層,煤層具有頂板軟、煤層軟、底板軟的特性,巷道掘進、擴修期間頂幫較難控制,隨著煤體的脫落松動圈又進一步擴大,順層鉆孔施工期間鉆桿又產(chǎn)生震動再次加大了煤體裂隙破壞程度,使空氣與深部煤體進行接觸,順層鉆孔施工結束后又由于封孔效果較差,鉆孔與抽采泵連接進行抽采時負壓帶動空氣進入鉆孔深部,鉆孔內由于散熱效果差,致使出現(xiàn)蓄熱現(xiàn)象,達到了煤體自熱的條件。4煤體自流輸送封孔技術對抽采鉆孔進行停抽并進行堵孔是解決煤體自燃的最有效途徑,但如停抽鉆孔勢必影響瓦斯抽采率,無法滿足瓦斯治理的需要,將嚴重影響工作面正常安全回采。采用原封孔辦法加大封孔深度可阻斷漏風通道,但目前經(jīng)過對比最有效的封孔材料馬麗散反應速度較快很容易堵孔,很難達到預期深度,如采用調節(jié)配料比例,配料比例難以控制,封孔效果無法達到預期的目的。由煤體自燃發(fā)火原理進行綜合分析,有效處理巷道周圍松動圈,對煤體漏風通道進行封堵,杜絕火災事故的發(fā)生可采取以下技術措施:(1)通過對巷道煤體松動圈進行測試,對巷道施工期間的支護工藝進行改革,采取對煤體壓注黃泥漿加固煤體松動圈,堵塞漏風通道,最大限度地減少空氣進入煤體深部;(2)局部注黃泥漿不到位地段結合注馬麗散淺部堵漏技術進行補充堵漏;(3)對封孔工藝進行革新,采用雙管封孔技術進行封孔,加大封孔深度并杜絕堵孔現(xiàn)象的發(fā)生;(4)對鉆孔施工過程進行嚴格監(jiān)督,打鉆期間堅持使用卡子器,固定鉆桿擺動范圍,防治鉆桿大幅度擺動,降低因打鉆震動增加煤體破碎;(5)根據(jù)煤層自燃傾向性鑒定加強人工及氣體監(jiān)測。5技術方案的實施5.1黃粘土注氧(1)煤體滑動圈范圍經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),隨著巷道沿煤層向前掘進,掘進頭以及巷道兩幫煤體的應力變化影響圈或松動變形特征呈“U”字形狀,在“U”字形松動變形范圍內,煤層透氣性系數(shù)增加數(shù)十倍,找出煤體松動圈范圍,采區(qū)針對性的支護工藝對煤體松動圈進行加固,充填漏風通道尤為重要。通過對回采巷道圍巖松動圈的超聲波測試數(shù)據(jù)分析可以得出如下結論:通過對巷道斷面圍巖松動的實測分析表明,巷幫的松動范圍平均2.0m;梁柱搭接處的孔的松動范圍平均為2.5m;頂板圍巖松動范圍最高4.0m,離層松動發(fā)育程度和規(guī)模最大。(2)花期花天布及雙抗網(wǎng)巷道擴修時采用12㎡U型鋼進行支護,雙抗網(wǎng)、花篷布、椽子背幫頂,棚距0.6m,巷道采用3道抬梁進行連鎖加固,兩幫及頂梁各一根,花篷布緊貼煤體小心進行鋪設,嚴防劃破,花篷布之外鋪設雙抗網(wǎng),花篷布及雙抗網(wǎng)必須鋪到注窩,嚴禁出現(xiàn)赤腳現(xiàn)象,保證注漿效果?；ㄅ癫贾g的搭接長度不少于100㎜,巷道傾斜布置時,上坡前方的花篷布必須搭接到后方花篷布的上部,防止漏夜。(3)注漿壓力確定注漿壓力是漿液在煤體裂隙中擴散的動力。它直接影響注漿質量及效果。根據(jù)巷道加固注漿經(jīng)驗,最終確定注漿壓力為1-2MPa。但在注漿過程中必須加強觀察,嚴禁高壓注漿造成巷道破壞。(2)砂漿的注入由于煤體裂隙、松動范圍等不均勻性,煤體吃漿量存在差別,要注意壓力表變化、傾聽注漿泵電機的聲音,發(fā)現(xiàn)壓力變化較大時及時停泵換孔。(3)秩序同排注漿順序按由上向下,先注頂板后注兩幫。5.2壓漿注漿和封孔(1)準備材料(以單個鉆孔為準):使用3米Ф50mm聚乙烯管10根,其中5根花管,3米Ф50mm鐵管1根、聚乙烯管對接箍10個、Ф15mm白膠管2.5米、水泥75公斤(Ф89mm孔徑,如鉆孔孔徑較大,則需水泥量多)、毛巾2條、聚氨酯、10號鐵絲若干、注漿泵、清水。(2)吹孔:封孔人員到達現(xiàn)場后,在封孔之前,孔內煤粉必須清干凈。若煤粉較多時,用風管與探桿連接送入孔內把孔內煤粉用高壓風吹凈,保證送管順利。用風吹孔時,必須要用水管接直噴頭,放在孔口上方150mm—200mm進行霧化降塵。(3)封孔。(1)先用對接箍把2根封孔管連接牢固,從里向外依次為聚乙烯花管、聚乙烯管,然后將Ф15mm白膠管和外段鐵管捆綁在一起,并向里伸入外端綁縛毛巾處,保證孔口外能夠連接注漿管和捆扎之需。分別使用一條毛巾綁縛在距離花管末端0.5米處和距封孔鐵管外端(封孔口)1.2米處,用細鐵絲扎緊,倒入適量的聚氨酯(按1:1比例混合,為A、B藥水各0.5斤),攪拌均勻后倒入花管上的毛巾內,細鐵絲扎實,送往孔內,迅速用對接箍接上捆綁有白膠管的鐵管,將同比混合的聚氨酯倒入最外端毛巾內,細鐵絲扎實,迅速將封孔管送入孔內,孔外余留100mm,送管、扎鐵絲、倒聚氨酯全部時間不得超過6分鐘,然后用黃土或水泥封堵孔口。(2)封孔結束后,用注漿泵出漿管與孔外預留白膠管連接進行注漿,捆綁結實后,水泥加水攪拌均勻后,開始注漿,當注漿泵壓力表達到0.5MPa時,立即停止注漿,觀察壓力表是否下降,若下降可適當補漿,若壓力維持0.5MPa超過10分鐘,則注漿結束。(3)注漿結束,封孔工應使用清水將注漿泵沖洗干凈,保證泵體內無殘余泥漿,不得影響下次使用。(4)注漿后48小時進行聯(lián)網(wǎng)抽放。把Ф15mm白膠管反握用鐵絲扎緊,用2寸埋線管按標準連接到集流器上,喉箍捆綁結實,掛好孔號牌。5.3立法確定氣體來源及預報指標大平煤礦13采區(qū)最短自然發(fā)火期試驗采用將隔熱條件下煤從常溫緩慢氧化、自熱升溫到加速氧化臨界值溫度所需的時間計為煤層最短自然發(fā)火期。由升溫氧化試驗結果看出:煤升溫氧化氣體產(chǎn)物的生成規(guī)律是,一氧化碳(CO)出現(xiàn)的最早。CO是煤在氧化過程中出現(xiàn)得最早的氧化氣體產(chǎn)物,并貫穿于整個氧化過程。由此確定首選的標志氣體是CO,采用CO相對量和變化率為自燃趨勢預測預報指標,結合C2H2相對量進行自燃狀態(tài)預測預報。(1)煤層自燃發(fā)火期內每周由通風科與救護隊員共同對鉆孔內的CO氣體情況進行排查,發(fā)現(xiàn)異常情況進行逐段排查,分析處理。(2)在消突鉆孔預抽地點回風流安裝CO傳感