火區及動壓下煤層開采技術的應用

鄭旺來

(江蘇煤礦安全監察局徐州監察分局,江蘇徐州221006)

摘　要:徐莊煤礦主采7、8煤層,8煤層在7煤層下方,層間距為0~ 20 m ,兩煤層均為易燃煤層。

8煤曆次回采過程中,礦壓顯現、煤炭自然發火問題突出。8215工作麵在設計及施工過程中,打破常規,通過改變工作麵推進方向,改進上、下巷的支護形式,實施綜合防滅火技術,使工作麵在火區及動壓下安全回采。

關鍵詞:火區;動壓;巷道支護;防滅火

中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006) 05-0019-03

　　煤炭自然發火是煤礦開采過程中嚴重的自然災害之一。在煤炭自然發火嚴重的礦井,煤炭自然發火擾亂了礦井的采掘接續,影響礦井的安全生產,凍結大量的煤炭資源。為了使煤礦生產有序的接替,往往需要在火區的周圍進行回采,由於回采動壓的影響,采掘工作麵、采空區圍岩裂隙與火區溝通,形成漏風通道,引起老火區的複燃,尤其是開采層間距較小的兩相鄰煤層的下部煤層時,由於煤層間距較小,采礦動壓顯現嚴重,頂板管理困難,工作麵上、下兩巷變形嚴重,造成工作麵外圍漏風增大,推進速度緩慢,對工作麵安全生產十分不利。因此,如何確保受火區影響及動壓顯現突出的工作麵安全回采是很多煤礦所關心的問題。

1　礦井概況

徐莊煤礦礦井生產能力150萬t/a,通風方式為中央邊界式,通風方法為抽出式通風方法。可采煤層為下二迭係山西組7、8煤層。7煤層厚4~ 7 m ,平均厚 5.25 m ,煤層傾角5°~25°,為主采煤層。8煤層厚0.58~ 6.54 m ,平均厚度為2~ 3 m ,局部可采。7、8兩層煤間距0~ 20m ,煤炭有自然發火傾向性,發火期3~6個月。曆史上煤炭最短發火期不足1個月,為Ⅰ級自然發火危險程度礦井。

8215采煤工作麵開采8煤層,三麵為未采區,南部為8213采空區,上覆蓋7213及7215采空區,7213與7215采空區間 30 m 煤柱位於8215采煤工作麵上方。8215材料道與8213采空區間的煤柱寬度為 3 m 左右。

8215采煤工作麵外圍采空區已相互連通,且有8213、8211火區。外圍采空區雖已注漿,但仍不能遏製漏風,偶爾有CO湧出。8215采麵直接頂為7、8層煤間的砂質泥岩,厚度變化1.2~ 16 m ,總體趨勢由西向東變厚。工作麵巷道施工采用放炮掘進;采煤方法為傾斜走向長壁式采煤法;落煤采用MG475(200)煤機落煤,一次落煤高度 2.7 m ,截深 0.6 m ;采用自然跨落法管理頂板。8215采麵南部的8煤鄰近采煤麵已相繼回采了8211、8213兩個綜采工作麵,其中8211工作麵采至距設計停采線 198 m 時,由於7煤采空區煤炭自然發火,CO及煙霧湧入8211工作麵材料道,8211工作麵因此被迫停產,工作麵整套綜采設備被封閉,後來重新開掘巷道撤出支架,損失煤量6萬t。

8213工作麵推進約 200 m 後,上、下兩巷礦壓顯現嚴重,定型棚嚴重變形,尤其在工作麵出口及超前 50 m 範圍內,巷道高度最低時不足 0.6 m ,斷麵不到設計斷麵的十分之一,很難組織正常的原煤生產;後雖采取了打點柱、套棚等措施,但收效甚微;而後期由於直接頂極薄(局部僅有 0.2 m ),工作麵頂板破碎,難以控製,常發生漏頂02manbetx.com ,同時工作麵采空區煤炭氧化,回風流中CO濃度超限,威脅工作麵作業人員的安全,最終在工作麵距設計停采線 70 m 時,強行收作,損失煤量4萬t,該工作麵回采工期13個月,共生產原煤32萬t,平均月產2.5萬t,月推進 45 m 。造成上述2個工作麵未能采至設計停采線而收作的主要原因是:

(1)采區內7、8煤層間距東部較大,西部較小,而這2個工作麵均采取了自東往西回采的推進方向,造成較薄的西部頂板在回采後期極難控製。

(2)工作麵上、下巷均采用常規11號礦用工字鋼定型棚支護,回采期間兩巷壓力較大,工字鋼架棚支護滿足不了實際需要的強度,從而造成兩道嚴重變形,不具備組織正常生產的條件。

(3)8煤比7煤氧化性更強,更容易著火,同時7、8煤層間距較小,8煤回采後使得8煤與7煤采空區相溝通,采空區漏風引起7煤及8煤采空區遺煤自然發火。

2　8215工作麵安全回采對策與實施

2.1　優化生產係統改變支護方式

(1)改變工作麵傳統推進方向。根據8211、8213綜采工作麵的回采實踐,8215工作麵的推進方向改為自東向西推進,回采時直接頂逐漸變厚,雖然切眼及回采初期直接頂較薄,但由於掘進、安裝時間短,控頂時間相對較短,受采動影響小。此方案對回采後期的頂板管理十分有利。

(2)改進支護方式。8211、8213工作麵兩巷均采用單一的工字鋼金屬支架支護,開掘巷道時即出現頂板下沉,生產中由於受到采動壓力的影響,巷道變形加劇,兩幫內移、頂板下沉、底鼓,嚴重製約工作麵的生產。而推進速度慢,又加大了工作麵管理的難度,使工作麵冒頂現象時有發生,采空區遺煤自然發火,對工作麵的安全生產造成威脅,鑒於這兩方麵的經驗教訓,結合徐莊礦在使用錨網、錨索支護方取得的經驗,根據7、8煤層間距的變化分別采取不同的支護方式:①當7、8煤層間距大於 5 m 時,采用“錨網+鋼筋帶+錨索”的支護方式。頂板采用Ф 20 mm 、長 2 m 的高強度螺絞鋼樹脂錨杆,樹脂藥卷為K2355型,每孔兩支,錨固長度 1 m ,錨杆間、排距 800 mm × 800 mm ,中間錨杆垂直頂板,兩個肩窩的錨杆向兩幫煤體傾斜15°。鋼筋帶采用Ф 12 mm 的圓鋼焊製,鋪設範圍為頂板,排距 800 mm 。錨索采用Ф 15.24 mm 的1860型低鬆弛鋼絞線,長度為 5.3 m ,錨固長度 2 m ,采用K2350樹脂藥卷,每眼3支。錨索每排兩根,間距 1.5 m ,並利用 2 m 長的12#槽鋼護頂,槽鋼排距為 3 m 。兩幫錨杆Ф 33mm ,長 800 mm ,排距均為 800 mm ,兩幫中間錨杆垂直煤幫,最上、最下的錨杆分別向上、向下傾斜10°。頂錨杆的初錨力不低於50 kN,幫錨杆的初錨力不低於30 kN,錨索的初錨力不低於100 kN。②當7、8煤的層間距在2~ 5 m 時,采用“架棚+錨網”聯合支護式。架棚的規格為梁長 3.4 m ,中高 2.4m ,中間加一顆點柱,棚距為 800 mm ,錨杆的間排距為 800 mm × 800 mm ,錨杆打在兩棚之間,頂、幫錨杆同上。③當7、8煤的層間距< 2 m 時,仍采用架棚支護方式,同時中間布置一排點柱,支架由過去的梯形改為拱形,棚距為 600 mm ,施工時頂部兩肩窩必須用半圓木接實。

2.2　搶先正規循環加快推進速度

(1)加大配套設備的功率。一般的綜采工作麵設備配置為:MG300煤機、SGZ-764/264底部敞開式刮板輸送機,為保障8215工作麵的高效回采,該麵在設備選型上選用了功率和生產能力較高的配套設備,煤機型號為:MG475(200),功率400 kW,生產能力850 t/h,工作麵刮板輸送機型號為:SGZ-764 t/h,功率400 kW,生產能力600 t/h。

(2)完善包機製,提高開機率。機電管理是保證綜采工作麵正常生產的重要手段。為了保證設備檢修質量,從提高機電檢修隊伍素質入手,成立了以機電技術員為首的設備檢修管理小組。通過建立設備檢修管理製度,規範設備運行記錄,使每台設備的使用、檢修情況及02manbetx.com 03manbetx 都記錄在案,故障搶修變為超前預防檢修,降低了設備故障率,縮短了設備檢修時間,實現煤機開機率46%,創礦曆史最好水平。

(3)推行激勵機製,調動職工積極性。製定“超產嘉獎”經濟政策,實行多勞多得的分配原則,有效提高了職工的出勤率、工時利用率和工作積極性。

(4)強化技術管理,杜絕頂板02manbetx.com 。①8215工作麵開采初期,7、8煤層間距小,頂板壓力大,頂板

破碎,頂板管理困難,采取了支架頂梁上沿鋪設金屬網的辦法,取得了較好的效果,開采期間沒有發生冒頂02manbetx.com ;②根據上下兩巷超前壓力顯現情況及時加大兩巷超前支護長度,上巷支護長度為50~ 100 m ,下巷支護長度為30~ 50 m 。為提高支柱的初撐力,減少頂板下沉,采取了支柱下麵放底梁的方法,有效地控製了頂板下沉,確保了上、下巷的回采高度。

2.3　實施綜合防滅火技術

(1)封堵8215外圍采空區漏風通道。現場調查發現,8215外圍采空區由於注漿及注凝膠後水的疏幹,大部分密閉牆漏風,為此對所有的密閉漏風點進行了補注凝膠、注粉煤灰堵漏風處理。

(2)建立8215外圍采空區均壓防滅火係統。利用SF6示蹤檢測出8215外圍采空區的進出風點,並對各進出風點進行壓能測定,摸清了8215外圍采空區內部漏風規律。根據采空區內部漏風調查結果,建造調節風門進行調節,重新建立起了8215外圍采空區開區動態均壓係統。並根據井下情況變化,及時調整和維護均壓防滅火係統。

(3)加強煤炭自燃預測預報,及時處理煤炭自燃隱患。在8215工作麵掘進、安裝、回采過程中查火人員先後3次發現8215材料道巷道預留頂煤,工作麵切眼遺煤出現自燃預兆,為煤炭自燃的處理贏得了時間。①8215材料道逆斷層附近巷道預留頂煤煤炭自燃出現明火,采用放落頂煤並用木板封閉冒落空洞,向冒落空洞內插管注凝膠 300 m3 ,填實冒落空洞的方法,消滅了該處煤炭自燃。②8215工作麵回采推進 20 m 左右,采空區內切眼遺煤出現煤炭自然發火預兆,77架架頂CO濃度為100×10-6,工作麵上隅角溫度為 32℃ ,利用工作麵尾巷預埋直徑為 50 mm 的鋼管向采空區注MEA-1高分子材料防滅火劑 300 m3 ,消滅了煤炭自然發火現象。③工作麵下隅角建築阻燃防火牆。隨著工作麵的推進,每隔 20 m 在工作麵下隅角建築阻燃防火牆。方法為:將高分子防滅火劑、煤、水按一定比例混合,然後裝入編織袋紮好袋口壘起,填實工作麵下隅角。有效地阻止了采空區遺煤自燃。

2.4　對策實施效果

(1)工作麵在生產期間上隅角的CO濃度始終維持在10×10-6以下,沒有出現煤炭自燃現象。(2)工作麵實現了快速高效推進,平均月產原煤8.2萬t,平均工效24.7 t/工,實現了高產高效。

(3)錨網、錨索段共施工 60 m ,錨網、架棚段共施工 650 m ,拱形支架扶棚段共施工 80 m ,在掘進及回采過程中支護效果良好;實踐表明,采用拱形支架頂板下沉量要比梯形支架小 300 mm 以上,拱形支架比梯形支架支護效果好。

3　結論及建議

(1)采區內的回采順序不論7煤、8煤都應采用由深部向淺部的回采方式。這種回采方式老空區處於回采工作麵下方,易實施無煤柱開采,有利於巷道支護,且可以預先通過下巷向采空區預打注漿孔,一旦采空區出現異常現象,有條件注漿滅火;如果7煤采用無煤柱開采,有利於8煤的頂板管理和防滅火工作。

(2)鑒於8煤頂、底板動壓大的特點,巷道支護方式應優先選擇錨杆、錨索、噴漿、金屬架棚等聯合支護方式,且根據不同的層間距選擇不同的支護方式。

(3)對8煤回煤係統,其推進方向應是由層間距薄的地方向層間距厚的地方推進,即切眼布置在層間距較薄的地方。

(4)在進行生產係統設計時,對工作麵的防滅火係統必須全盤考慮,既考慮利於封閉又要盡量減少漏風源,在切眼附近盡量避免開掘不相關的巷道。

(5)在掘進過程中,對斷層處預留頂煤的處理要十分謹慎,應采取噴漿注凝膠或高分子材料的方法處理,這樣既能有效地防止煤炭自燃,也有利於回采,決不可草率采取放煤的方法處理,因放煤既不能將斷層帶的煤放淨,又極易使8煤與7煤采空區相溝通,給防火帶來極大的困難。

　　作者簡介:鄭旺來(1964-),男,高級工程師,安徽宿鬆人,1988年畢業於淮南礦業學院采礦係礦山通風與安全專業,現在江蘇煤礦安全監察局徐州監察分局工作,曾發表論文6篇。

(收稿日期: 2005-11-04 ;責任編輯:郭瑞年)

·國外煤礦安全信息·

在卸壓條件下含甲烷煤炭自燃原因之一03manbetx 含甲烷煤炭卸壓過程和煤層周圍應變情況能夠得出其結構自發破壞使煤炭自燃的機械方麵原因。當煤炭瞬時卸壓造成自應力狀態。在煤層形成過程階段,這種應力變形狀態是雙向應力狀態。提出觀察岩層本身活動性的觀點(卸壓時煤岩的每一個介質都發生特殊的狀態),增補了過去的傳統機械論。氣體向煤炭作用的根源認為是在裂隙中和物體破裂處集中的產物,這就說明甲烷、煤塵和氧混合體是自燃的原因之一。

摘自《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.7