厚煤層綜放工作面停采撤架期間防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用

李 琳

(彬縣水簾洞煤炭有限責(zé)任公司,陜西省咸陽市,713500)

★煤礦安全 ★

厚煤層綜放工作面停采撤架期間防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用

李 琳

(彬縣水簾洞煤炭有限責(zé)任公司,陜西省咸陽市,713500)

分析了厚煤層綜放工作面回撤期間煤炭自燃的主要原因,提出了停采撤面前的保障措施以及撤除期間主要防治技術(shù),認(rèn)為快速撤離“三機(jī)”同時加強(qiáng)采空區(qū)灌漿堵漏是防治采空區(qū)煤炭自燃的關(guān)鍵。

厚煤層 綜放工作面 撤架 防滅火技術(shù)

AbstractThis paper presents an analysis of the major causes of the spontaneous combustion of coal during top coal caving longwall face withdrawal from thick coal seam and puts forward the technical measures against relevant disaster and the major technologies used to fight against mine fire during the face withdrawal.According to this paper,a fast withdrawal of coal shearer,face conveyor and face supports and at the same time an intensified grouting for leakage blocking are of utmost importance to the prevention and control of coal spontaneous combustion in gob area.

Key wordsthick coal seam,top coal caving long wall face,support withdrawal,fire prevention and control technology

綜采放頂煤技術(shù)在提高厚煤層的回采率和礦井高產(chǎn)高效方面起著非常大的作用。我國綜采放頂煤產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的1/3,然而,由于工作面設(shè)備多,工作面撤除時間長,往往會導(dǎo)致采空區(qū)遺煤自然發(fā)火,嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)。我國許多采用綜采放頂煤生產(chǎn)的礦井都發(fā)生過工作面撤除期間采空區(qū)自然發(fā)火的事故,輕者會延誤工作面安全撤除,嚴(yán)重者會燒毀設(shè)備,甚至造成人身傷亡事故。為此,綜合防滅火技術(shù)是礦井火災(zāi)治理的關(guān)鍵,也是綜放工作面安全生產(chǎn)收官的關(guān)鍵。

1 2802工作面概況

陜西省彬縣水簾洞煤礦2802工作面位于礦井?dāng)U大區(qū)北翼,與下溝煤礦相接壤。工作面走向長度為530 m,傾向長度為165 m,煤層平均厚度為10.5 m,煤層傾角 3～5°,絕對瓦斯涌出量35 m3/min,采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤法進(jìn)行開采,2802綜放面是彬縣水簾洞煤礦第3個綜放工作面。工作面主要設(shè)備有:ZF6400/17/ 32支撐掩護(hù)式液壓支架109架 (包括 ZFG6800/ 19/32端頭支架6架),架前、架后2部,SGZ-730/400型刮板輸送機(jī),無鏈電牽引MG300/700型采煤機(jī);截深 800 mm。運(yùn)輸巷道設(shè)備為SZZ730/160橋式轉(zhuǎn)載機(jī)及 YBS-110A破碎機(jī)。工作面設(shè)備回撤總重量接近1萬t。該工作面2008年9月開始初采,2009年4月回采結(jié)束。

2 綜放面回撤期間煤自燃原因分析

水簾洞煤礦現(xiàn)開采的8#煤層,屬Ⅱ類易燃煤層,煤層自然發(fā)火期1～3個月,最短28 d,在礦井生產(chǎn)過程中曾發(fā)生過自燃現(xiàn)象。2008年,在水簾洞煤礦2801綜放工作面回撤期間 (停采后第10 d)工作面后部30 m范圍就出現(xiàn)高溫點(diǎn),CO濃度達(dá)到0.05%,通過研究分析,認(rèn)為水簾洞煤礦綜采工作面回撤期間采空區(qū)容易發(fā)熱、發(fā)火的主要原因有以下5個方面。

(1)綜放工作面回采率低、采空區(qū)遺煤多、注漿效果較差、煤體長期處于干燥狀態(tài)等。

(2)為了保證支架回撤安全,工作面臨近回采結(jié)束時放頂煤量逐漸減少,工作面最后4、5刀基本不放頂煤,采空區(qū)大量的浮煤堆積氧化,導(dǎo)致煤炭氧化自燃。

(3)工作面臨近回采結(jié)束時推進(jìn)度減慢,加上工作面支架調(diào)整造成頂板破碎,進(jìn)一步為采空區(qū)煤炭充分氧化提供了條件。

(4)支架回撤工藝落后,設(shè)備回撤周期長。

(5)火災(zāi)信息數(shù)據(jù)預(yù)報不準(zhǔn)確,不能為提前采取措施提供可靠依據(jù)。

3 2802綜放工作面停采撤架防滅火技術(shù)

3.1 停采撤架前的技術(shù)措施

(1)縮短撤面時間,提前施工撤架切眼。在工作面推進(jìn)至停采線150 m時,沿停采線開掘施工撤架切眼。撤架切眼貫通后,沿切眼腰線向工作面方向垂直于煤壁打“標(biāo)志鉆孔”,鉆孔孔深7.0 m,間距10 m,以防止工作面推進(jìn)至切眼時出現(xiàn)高差。

(2)工作面末采期間的頂板管理。

鋪網(wǎng):工作面距停采線前15 m開始在頂板全長鋪設(shè)金屬網(wǎng) (金屬網(wǎng)規(guī)格1 m×4 m)。搭接度為200 mm,直到與切眼頂板金屬網(wǎng)搭接。鋪網(wǎng)結(jié)束后,及時移架,并打好護(hù)幫板,升起前立柱,且初撐力不低于24 MPa。

掛鋼絲繩:距停采線前10 m處開始,工作面全長掛平行于工作面的鋼絲繩 (鋼絲繩可用舊鋼絲繩,繩徑為?26 mm),繩兩頭用繩卡、連接環(huán)固定在進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷內(nèi)頂板錨桿或錨索上,繩排距為600 mm。

移架:工作面自鋪設(shè)頂網(wǎng)開始,嚴(yán)禁帶壓移架。支架立柱、頂梁必須成直線。必須割平頂?shù)装?嚴(yán)禁留傘檐和割凹坑,嚴(yán)禁工作面底板出現(xiàn)凹坑、積水等現(xiàn)象。

(3)加快工作面推進(jìn)度,提高回采率,減少采空區(qū)遺煤。根據(jù)水簾洞煤礦煤層自然發(fā)火情況,經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證工作面推進(jìn)度每月大于67 m時,能使采空區(qū)任意位置停留于氧化自燃帶中的時間小于最短自然發(fā)火期,滿足防火的需要,2802工作面推進(jìn)度每月不少于90 m。同時,提高放頂煤技術(shù)水平,提高回采率,減少采空區(qū)遺煤。

(4)提高采空區(qū)灌漿質(zhì)量。為了提高灌漿效果,在工作面正常推采期間,堅(jiān)持向采空區(qū)灌注3相泡沫,末采期間,在采空區(qū)回風(fēng)側(cè)60 m、40 m、20 m預(yù)埋注漿管,向采空區(qū)灌注三相泡沫,通過三相泡沫將黃泥漿托起附著于采空區(qū)浮煤表面,濕潤煤體從而增強(qiáng)其阻化性,起到遏制煤體氧化的目的。

(5)加強(qiáng)采空區(qū)堵漏,控制采空區(qū)進(jìn)風(fēng)。具體措施為:工作面回采過程中,每隔6 m在上下隅角壘砌土袋墻,墻后灌注凝膠,同時在兩巷超前支護(hù)段打鉆孔,向采空區(qū)兩端頭灌注膠體,充填空洞,減少采空區(qū)漏風(fēng);工作面停采后對支架后部及上下隅角采用凝膠進(jìn)行大范圍噴封,控制采空區(qū)漏風(fēng);工作面停采后沿回撤通道方向每隔5 m向采空區(qū)打鉆孔灌注膠體,在支架后部沿采空區(qū)邊沿每隔10 m安裝管路,向采空區(qū)邊沿煤體灌注膠體,這樣在工作面支架后部沿采空區(qū)邊沿形成一道橫向隔離帶,控制采空區(qū)漏風(fēng)和浮煤氧化。

(6)加強(qiáng)人工巡檢和監(jiān)測監(jiān)控,為火災(zāi)防治提供可靠依據(jù)。在工作面推進(jìn)至距停采線60～55 m、30～25 m及10～5 m時,在回風(fēng)側(cè)采空區(qū)埋設(shè)束管監(jiān)測點(diǎn) (共3個),束管沿回風(fēng)巷外幫中位以上鋪設(shè),每天定時采氣樣進(jìn)行分析,監(jiān)測采空區(qū)浮煤自熱情況。定期檢測關(guān)鍵部位 CO、O2、CO2、CH4和溫度變化,根據(jù)各種環(huán)境參數(shù)的變化及時調(diào)節(jié)工作面風(fēng)量,增強(qiáng)防火安全系數(shù)?；爻菲陂g在回風(fēng)隅角、回風(fēng)端頭支架后利用紅外測溫技術(shù)、氣樣色譜分析和人工監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測傳感器,每隔5個支架設(shè)置檢測點(diǎn),每班檢測次數(shù)不少于2次,并將檢測結(jié)果做好詳細(xì)記錄。

3.2 撤架期間礦井火災(zāi)防治技術(shù)

(1)停采后采空區(qū)注漿。在工作面推進(jìn)至距撤架巷約30 m前,提前在撤面切眼內(nèi)向工作面后部采空區(qū)施工一排鉆孔,鉆孔間距10 m,終孔位置至煤層頂板,距架后 (切頂線)4 m,鉆孔總數(shù)為13個。鉆孔角度約10～15°,孔深16 m,埋設(shè)6分注漿管,埋管長度為13 m,預(yù)埋管前端為花管。工作面推過預(yù)埋管出口15 m后開始向采空區(qū)灌注水玻璃。

(2)停采后向采空區(qū)灌注惰性氣體。末采期間,在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)80 m、50 m、25 m預(yù)埋注氮管,分別向采空區(qū)注入氮?dú)?以降低采空區(qū)氧氣濃度。

(3)改進(jìn)設(shè)備回撤工藝,最大限度地縮短工作面回撤周期。提前對支架進(jìn)行檢修,確保支架各部位油缸動作靈活,提前對銹蝕部位噴灑松動劑,進(jìn)行人工松動,保證了支架的順利回撤;結(jié)合實(shí)際,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)三機(jī)設(shè)備多通道回撤,縮短回撤時間。在2802工作面回撤期間,從運(yùn)輸巷撤除了后刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī),縮短了設(shè)備回撤時間;設(shè)備回撤期間,按巷道布局將人員分成若干個運(yùn)輸小組,進(jìn)行設(shè)備接力運(yùn)輸,分段由安檢員、救護(hù)隊(duì)員進(jìn)行環(huán)節(jié)疏通和監(jiān)護(hù),干部現(xiàn)場指揮,確保了設(shè)備回撤及運(yùn)輸安全,加快了回撤進(jìn)度。

(4)加強(qiáng)監(jiān)測。在工作面距離停采線100 m以內(nèi)時,加強(qiáng)監(jiān)測自燃指標(biāo)氣體 (CO、O2、CO2、C2H6和C2H4)的變化情況,以便掌握采空區(qū)浮煤氧化升溫的發(fā)展?fàn)顩r。

(5)工作面上下端頭封堵。末采和停采期間上下兩巷每隔3 m壘設(shè)矸石墻及時封堵,防止向采空區(qū)漏風(fēng),減少氧化升溫帶寬度。工作面停采后立即在上下兩巷砌矸石墻,墻體用水泥砂漿噴漿處理,噴漿厚度不少于100 mm,噴漿長度不少于10 m。

4 應(yīng)用效果

在2802工作面回撤過程中由于采取的防火措施得當(dāng),落實(shí)到位,回撤組織協(xié)調(diào)有力,用3 d時間完成了工作面三機(jī)回撤,9 d時間完成了工作面支架回撤,2 d時間完成了采空區(qū)密閉,回撤到密閉僅用了15 d時間,密閉前工作面各種環(huán)境參數(shù)均控制在規(guī)程要求的范圍之內(nèi)。利用上述綜放工作面回撤期間防滅火技術(shù)措施,實(shí)現(xiàn)綜放工作面的成功回撤,杜絕了瓦斯、火災(zāi)事故的發(fā)生。

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(責(zé)任編輯 梁子榮)

A research and application of fire prevention and control technology used during top coal caving longwall face withdrawal in thick coal seams

Li Lin
(Binxian Shuiliandong Coal Co Ltd,Xianyang,Shaanxi province 713500,China)

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李琳 (1967-),男,山東肥城人,本科,高級工程師,現(xiàn)任彬縣水簾洞煤炭有限責(zé)任公司總工程師。