淺埋深煤層開采過程中“一通三防”技術(shù)的應用

摘 要：該文介紹了淺埋深煤層“一通三防”技術(shù)在采掘過程中的應用，由于煤層埋藏淺的特殊性，通過不斷創(chuàng)新、實踐，建立了多巷道、大斷面、低風壓、大風量、高效通風系統(tǒng)；優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)、加強通風設(shè)施管理、加強采空區(qū)管理，提高煤炭資源回采率，減少采空區(qū)遺煤，有效的防治了淺埋深煤層因漏風多而造成的采空區(qū)自然發(fā)火；形成了一套淺埋煤層開采過程中“一通三防”的創(chuàng)新性技術(shù)，為“高產(chǎn)、高效、”礦井的規(guī)?；a(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：淺埋深煤層 “一通三防” 技術(shù) 應用

中圖分類號：TD82文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（C）-0087-02

1 神東礦區(qū)概況

神東礦區(qū)煤系地層主要為中下侏羅系延安組地層（J1-2y），區(qū)內(nèi)主要可采煤層包括1-2上、1-2、2-2上、2-2、3-1、4-2、4-3、5-2共7層煤。上層煤埋藏深度一般為50—150米，覆蓋層主要為第四系更新統(tǒng)（Q3）一全新統(tǒng)（Q4）松散層和正?；鶐r；散層厚0—65米，與下覆巖層呈不整合接觸。煤層你傾角0～10°，礦區(qū)可采煤層埋深最大的煤層平均埋深為230 m，1-2煤—5-2煤間距為170 m，平均地表以下70 m即可見到煤層。

神東礦區(qū)瞄準了世界采礦發(fā)達國家水平，創(chuàng)建安全高效礦井，走規(guī)?；l(fā)展的路子。在實現(xiàn)資源規(guī)模配置的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代化的開采手段，實現(xiàn)煤炭的規(guī)模生產(chǎn)。堅持“以快制勝，以變應變”的發(fā)展戰(zhàn)略，突破傳統(tǒng)煤礦設(shè)計理念和建設(shè)思想，應用快速建井的模式，在不到9年的時間里改建和新建了10個特大型礦井，通過挖潛改造，使2個礦井年產(chǎn)能力達到2000萬t以上，5個礦井年產(chǎn)能力達到1000萬t以上，建成了千萬噸礦井群。生產(chǎn)規(guī)?；?，是基于對煤炭賦存條件的科學認識和對煤炭發(fā)展方向的超前審視，也是基于對現(xiàn)代管理理念和科技手段的高度認知，是實現(xiàn)煤炭工業(yè)集約化生產(chǎn)的根本要求。在生產(chǎn)建設(shè)過程中，依靠科技進步，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地解決了阻礙礦區(qū)建設(shè)的一系列難題，依靠技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，應用先進科技手段改造和提升傳統(tǒng)煤炭生產(chǎn)工藝，積極探索煤炭企業(yè)走新型工業(yè)化道路的有效途徑，集成國內(nèi)外先進的采、掘、通風技術(shù)，建成了系統(tǒng)簡單、裝備精良、高產(chǎn)高效為基本特征的“一井一面”千萬噸礦井群。礦區(qū)建設(shè)的主要技術(shù)模式是：斜硐、大分區(qū)、條帶式布置及全煤大巷開拓技術(shù)、快速建井技術(shù)、大斷面超長煤巷掘進技術(shù)、本質(zhì)安全型礦井建設(shè)等核心技術(shù)。在認真審視國內(nèi)煤炭行業(yè)系統(tǒng)、裝備、工藝、體制和管理與先進國家的差距的同時，理性突破傳統(tǒng)煤礦設(shè)計規(guī)范，跳出傳統(tǒng)煤礦的設(shè)計思路，系統(tǒng)思考，整體推進創(chuàng)立了斜硐開拓新方式、實現(xiàn)了井田無盤區(qū)布置方式。

礦井先進模式的創(chuàng)新基石是淺埋深煤層開采過程中“一通三防”技術(shù)的應用和創(chuàng)新性發(fā)展，沒有創(chuàng)新性的“一通三防”技術(shù)作為支撐，采礦工程的規(guī)模化發(fā)展是很難實現(xiàn)的，淺埋深煤層開采過程中“一通三防”技術(shù)的應用主要有以下特點。

2 建立了多巷道、大斷面、低風壓、大風量高效通風系統(tǒng)

制約煤礦產(chǎn)量增長的關(guān)鍵因素是礦井通風系統(tǒng)，國家瓦斯治理的十二字方針中提出的“以風定產(chǎn)”原則，充分體現(xiàn)了礦井通風與礦井產(chǎn)量的從屬關(guān)系。要想把一個礦井的產(chǎn)能由300萬t提高到1000萬t以上，礦井通風必須改革，通風巷道的設(shè)計一定要創(chuàng)新，基于這一理念，神東形成了多巷道、大斷面、低風壓、大風量高效通風系統(tǒng)，高效通風系統(tǒng)設(shè)計觀念創(chuàng)新，是解決煤礦產(chǎn)能增長的根本途徑。

（1）高效通風系統(tǒng)設(shè)計觀念創(chuàng)新：通風系統(tǒng)是一個由主要通風機、通風網(wǎng)絡(luò)和通風設(shè)施多要素組成的復雜動態(tài)系統(tǒng)，其設(shè)計分為通風系統(tǒng)的選擇、風機工況的優(yōu)化、單項通風工程優(yōu)化。開采淺埋深瓦斯礦井，通風系統(tǒng)必須實現(xiàn)風量大，保障產(chǎn)能和稀釋瓦斯等有害氣體對供風的需要，系統(tǒng)風壓低，減少淺地表開采外部漏風，從系統(tǒng)上預防煤層自燃；系統(tǒng)可靠性高，抗災能力強，在低風壓狀態(tài)下實現(xiàn)供風區(qū)風流的穩(wěn)定性和礦井通風機的穩(wěn)定性。擴大井下巷道斷面，降低巷道阻力。擴大巷道斷面和簡化支護是一對矛盾，在確定了圍巖自然平衡拱尺寸、錨桿支護參數(shù)、經(jīng)過巷道圍巖松動圈測定和礦壓觀測，計算圍巖失穩(wěn)冒落范圍，結(jié)合多次現(xiàn)場試驗，確定出矩形巷道斷面積不超過19 m2是穩(wěn)定的；增加進風井筒及巷道數(shù)量，降低進風系統(tǒng)阻力；多風井回風，降低礦井回風系統(tǒng)阻力。

（2）增加進風井筒及巷道數(shù)量，降低進風系統(tǒng)通風阻力，根據(jù)單一巷道通風與多條巷道并聯(lián)通風（進風或回風）來確定平巷數(shù)量，其方法是：當單一巷道時，設(shè)其風阻為R1，當巷道數(shù)目增加一倍，而每條巷道的基本參數(shù)不變，則由于巷道數(shù)量的增加，使周長與面積增加一倍。即當兩條巷道通風時，其風阻是相同條件下一條巷道通風時風阻的1/4，風阻和巷道數(shù)量的平方成反比。用多巷道通風對減少風壓損失，改進通風效果，優(yōu)點非常明顯。但巷道數(shù)目越多，將增加礦井基建投資和建設(shè)工期，同時也增加了礦井的后期維護費用。但是在淺埋深煤層開采過程中，經(jīng)過經(jīng)濟和技術(shù)比較，高產(chǎn)高效礦井增加一個副井井筒的一條輔助運輸大巷；綜采面兩順槽按雙巷道形式布置滿足超長工作面（工作面走向長300 m，傾斜長5000 m）長距離、大風量、低風壓推進需要，其理念是超前的，具有高度創(chuàng)新性。

（3）多風井回風，降低回風井系統(tǒng)阻力。超長礦井工作面幾何尺寸是一般礦井綜采面的4～5倍，其回風巷道直接與礦井回風系統(tǒng)相連接。如果像礦井進風系統(tǒng)一樣，通風距離延長了一倍，通風阻力成倍增加，削弱了進風系統(tǒng)的降阻結(jié)果，同時，礦井投資上承受不了，因此，充分利用淺埋深煤層開采的特點在每2～3個綜采工作面回風側(cè)的保安煤柱區(qū)設(shè)計一個通風立眼，成倍縮短了礦井回風系統(tǒng)側(cè)的風流線路，達到降阻目的。

3 加強通風設(shè)施管理，優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)

礦區(qū)建設(shè)過程中，不斷開展“一通三防”系統(tǒng)評估工作。加強通風基礎(chǔ)管理、對通風系統(tǒng)進行評價、分析。在進行通風系統(tǒng)優(yōu)化的同時，采用大斷面、多通道方式布置巷道，降低礦井通風阻力；采用大功率、對旋式主要通風機，提高礦井通風能力；簡化盤區(qū)布局，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，減少角聯(lián)通風；根據(jù)礦井延伸和采掘接替的變化，及時調(diào)整并不斷簡化、優(yōu)化，減頭減面，淘汰落后的采煤方法、工藝，做到系統(tǒng)合理、設(shè)施完好、風量充足、風流穩(wěn)定，使通風阻力和阻力分布比例等達到《煤礦井工開采通風技術(shù)條件》的規(guī)定；各采掘工作面、機電硐室實現(xiàn)獨立通風；井工礦各水平、盤區(qū)、采掘工作面、硐室均達到了《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的通風設(shè)計。

完成了礦井通風阻力測定、主要通風機性能測定、礦井通風能力核定。提出了技術(shù)改造設(shè)計方案、大膽應用了以三維扭曲正交彎掠組合葉片技術(shù)為主的BDK系列高效節(jié)能環(huán)保的主要通風機，使風機性能特性與礦井風網(wǎng)特性相匹配。礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化工程的順利實施，對高產(chǎn)高效礦井建設(shè)直到了關(guān)鍵性的作用。

4 瓦斯管理技術(shù)水平不斷提高，預防瓦斯災害發(fā)生

淺埋深煤層中瓦斯附著量比較小，瓦斯可通過地表裂隙等漏網(wǎng)通道通道釋放到大氣中。但是，也存在瓦斯含量較大的局部區(qū)域和高瓦斯礦井，按國家規(guī)定必須采取預抽的方法解決，綜采面用通風方法不能解決瓦斯超限問題的工作面，為徹底解決瓦斯超限的發(fā)生，采用以下治理瓦斯超限措施。

（1）進行采空區(qū)瓦斯抽放，利用抽放瓦斯解決綜采面及回風隅角瓦斯問題的工作面，抽放系統(tǒng)裝備能力按照工作面回采期限內(nèi)的最大瓦斯涌出量進行核定，并具備一定的富余系數(shù)。同時，加強綜采面上下兩順槽三角區(qū)頂板管理，上下兩順槽采取退錨等措施進行處理，對防治瓦斯超限有積極的作用。

（2）淺埋深煤層中的高瓦斯礦井，進行本煤層瓦斯抽采，抽采率要達到AQ1026行業(yè)標準。瓦斯礦井按高瓦斯管理，除執(zhí)行國家有關(guān)規(guī)定外，對通風能力大于生產(chǎn)能力1.3倍以上，通風系統(tǒng)合理。回風井不得兼作提升行人井。盤區(qū)及以上設(shè)專用回風巷，專用回風巷內(nèi)不得布置、電器設(shè)備或作為行人通道。瓦斯礦井內(nèi)的高瓦斯區(qū)，瓦斯涌出量達到應抽標準的，必須建立抽放系統(tǒng)進行抽放。采掘工作面執(zhí)行上限配風，按瓦斯量（瓦斯涌出不均衡系數(shù)KCH4取值不小于1.4）和適宜風速計算，取其最大值。

（3）綜采工作面回撤、安裝期間，回撤面實現(xiàn)獨立通風，生產(chǎn)工作面回風流不得串入回撤、安裝工作面。在瓦斯管理困難時段，即工作面回撤、安裝期間，施工通風設(shè)施時充分考慮回撤、安裝時大型設(shè)備及特種車輛的通行需要，工作面回風繞道安設(shè)自動風門；高瓦斯礦井及瓦斯礦井高瓦斯區(qū)、低氧區(qū)的礦井綜采面回撤時，必須從工作面回風側(cè)向進風側(cè)單向順序回撤，并對礦井總回風的瓦斯?jié)舛冗M行24 h集中連續(xù)監(jiān)測，超限報警，能切斷被監(jiān)控區(qū)域的全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的電源并閉鎖；形成了預測預報、防煤與瓦斯突出措施、效果檢驗和安全防護的“四位一體”綜合防突出體系。同時，在輔回撤通道每兩聯(lián)巷間設(shè)置風門，利用風門控制回撤工作面風量。瓦斯礦井其他工作面如果采用雙向回撤時，必須在新鮮風流中安設(shè)“雙風機雙電源”局部通風機，向回撤點供風。

（4）礦井定期對綜采面及其周圍區(qū)域瓦斯涌出量進行分析，根據(jù)分析結(jié)果采取增阻增壓措施。實施瓦斯抽采的綜采面，合理確定抽放半徑，提高抽放效果，降低回風隅角瓦斯涌出量。綜采面回風隅角要安裝使用瓦斯稀釋器，防止隅角有害氣體積聚。綜采面停產(chǎn)檢修時，煤機要停放在工作面進風側(cè)或靠工作面回風側(cè)50架范圍內(nèi)。同時，綜采面設(shè)置的各種傳感器、斷電儀等監(jiān)控系統(tǒng)運行可靠、靈敏，瓦斯超限報警時，能切斷工作面及其回風巷內(nèi)全部非本質(zhì)安全型設(shè)備電源。

5 加強采空區(qū)管理，提高回采率，減少遺煤，防治淺埋深煤層自然發(fā)火

針對礦區(qū)煤層淺埋藏、薄基巖、厚風積沙的開采條件、采掘面留頂煤、井上下漏風、自然發(fā)火嚴重的實際情況，建立了大斷面、低負壓、大風量礦井通風系統(tǒng)，堅持“快掘、快采、快撤、快閉、快注”原則，堅持少留頂煤、清理浮煤、撒布巖粉、井上下堵漏等綜合防治措施，針對不同煤層自然屬性，確定自燃標志性氣體、自然發(fā)火期、研究出了自燃危險區(qū)域判斷方法，建立自燃火災早期預測預報體系，提出綜合預防技術(shù)措施，完善防滅火手段。

（1）優(yōu)化采煤方法，合理選擇支架，加大采高，不留頂?shù)酌夯驕p小留設(shè)厚度，提高資源回采率，及時清理巷道、兩隅角、架前、皮帶下浮煤，防止煤炭遺留采空區(qū)，有效預防了采空區(qū)等的煤炭自燃。

（2）優(yōu)化回采面通風系統(tǒng)，合理調(diào)配風量，在進風隅角設(shè)置風筒布材質(zhì)的擋風簾、回風隅角設(shè)置風筒布材質(zhì)的導風簾，均衡采空區(qū)風壓，減小采空區(qū)漏風。在保證安全均衡穩(wěn)產(chǎn)的前提下，在采空區(qū)遺煤升溫前，加快工作面推進速度，將其甩入采空區(qū)窒息帶。

（3）將采空區(qū)灌漿、注氮、噴灑阻化劑、撒布巖粉等措施落到實處，綜采工作面實行隨采隨注進行注氮，工作面永久封閉后待采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度降到5%以下時，停止注氮。

（4）及時進行地表堵漏工作，防止地表裂隙漏風，消除采空區(qū)遺煤自然發(fā)火隱患。定期對密閉進行檢查，對受損的密閉及時進行噴漿等措施進行維護，防止漏風。

（5）不間斷的進行氣體監(jiān)測，對防火墻、回風巷及其它可能發(fā)熱的地點進行檢測，充分利用束管連續(xù)監(jiān)測和人工定期檢測方法，特別是在季節(jié)和氣溫變化較大時，加強對工作面有害氣體的檢測，實時開展防火預測預報工作。增設(shè)注氮機，實施注氮工作。

（6）確定礦井自然發(fā)火“三帶”分布情況，對煤層自然發(fā)火“三帶”分布規(guī)律進行了研究；開展了近距離煤層群開采防火技術(shù)研究的階段性工作；推廣應用紅外束管監(jiān)測系統(tǒng)，束管監(jiān)測距離較遠的礦井裝備紅外束管監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)采空區(qū)連續(xù)監(jiān)測。

6 建立健全防治粉塵機制，完善綜合防塵管理具體辦法

完成了礦區(qū)主要塵源點采樣562個，測定全塵濃度、呼吸性粉塵濃度、分散度、SiO2含量、煤塵爆炸性指數(shù)等。通過主要塵源點的參數(shù)測試、分析、總結(jié)、評估，提出了礦區(qū)主要塵源點控制技術(shù)措施，完善了綜合防塵管理實施辦法，出臺了粉塵內(nèi)部管理標準和符合現(xiàn)場實際的管理制度。實施了礦井綜采面、連采面、輔運大巷、膠運大巷、回風大巷粉塵治理工程。在巖巷、半煤巖巷掘進工作面試驗“長壓短抽“通風方式，使用礦用除塵風機除塵，有效解決了巖巷、半煤巖巷掘進巷道粉塵濃度超標問題。使用HBKO1/600型干式除塵系統(tǒng)，取得了良好效果，全塵降塵率達76.7%～83.5%。綜采工作面積極推廣架間自動化噴霧裝置和回風防塵濾網(wǎng)，掘進面推廣使用機組負壓除塵裝置，連采機除塵器除塵，主運輸膠帶機大巷轉(zhuǎn)載點封閉底皮帶降塵技術(shù)、觸控式自動噴霧和底皮帶振動式自動噴霧；采掘機組試用高壓外噴霧、防塵劑，降低粉塵濃度，保護職工健康、杜絕煤塵事故起到了積極作用，粉塵濃度得到有效控制。為煤礦安全主產(chǎn)和保護礦工身體健康做出了較大貢獻。

7 監(jiān)測監(jiān)控智能化，實現(xiàn)監(jiān)控監(jiān)控24 h自動監(jiān)測

煤礦采掘工作面、硐室、回風大巷均按《規(guī)程》要求上齊了通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，提高了自動化程度和管理水平。同時實現(xiàn)了安全監(jiān)控24 h實時在線監(jiān)測，對監(jiān)測到的瓦斯、一氧化碳等超限信息，風機開停異常等信息能夠及時上傳，實現(xiàn)報警自動斷電。規(guī)范了安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸接口。提高了安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、規(guī)范性、準確性和穩(wěn)定性，及時消滅現(xiàn)場“一通三防”事故隱患，為確保礦井安全生產(chǎn)提供了有力保障。

隨著煤礦開采強度的不斷增大，礦井“一通三防”會存在很大隱患。在實際生產(chǎn)中嚴格按照要求強化通風系統(tǒng)的管理，要不斷優(yōu)化通風系統(tǒng)、降低通風阻力。此外，先進技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)及應用也至關(guān)重要，為礦井“一通三防”工作提供技術(shù)支持，確保礦井開采安全。

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