厚煤层综放工作面停采撤架期间防灭火技术研究与应用

李 琳

(彬县水帘洞煤炭有限责任公司,陕西省咸阳市,713500)

★煤矿安全 ★

厚煤层综放工作面停采撤架期间防灭火技术研究与应用

李 琳

(彬县水帘洞煤炭有限责任公司,陕西省咸阳市,713500)

分析了厚煤层综放工作面回撤期间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间主要防治技术,认为快速撤离“三机”同时加强采空区灌浆堵漏是防治采空区煤炭自燃的关键。

厚煤层 综放工作面 撤架 防灭火技术

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

综采放顶煤技术在提高厚煤层的回采率和矿井高产高效方面起着非常大的作用。我国综采放顶煤产量约占总产量的1/3,然而,由于工作面设备多,工作面撤除时间长,往往会导致采空区遗煤自然发火,严重影响煤矿的安全生产。我国许多采用综采放顶煤生产的矿井都发生过工作面撤除期间采空区自然发火的事故,轻者会延误工作面安全撤除,严重者会烧毁设备,甚至造成人身伤亡事故。为此,综合防灭火技术是矿井火灾治理的关键,也是综放工作面安全生产收官的关键。

1 2802工作面概况

陕西省彬县水帘洞煤矿2802工作面位于矿井扩大区北翼,与下沟煤矿相接壤。工作面走向长度为530 m,倾向长度为165 m,煤层平均厚度为10.5 m,煤层倾角 3～5°,绝对瓦斯涌出量35 m3/min,采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤法进行开采,2802综放面是彬县水帘洞煤矿第3个综放工作面。工作面主要设备有:ZF6400/17/ 32支撑掩护式液压支架109架 (包括 ZFG6800/ 19/32端头支架6架),架前、架后2部,SGZ-730/400型刮板输送机,无链电牵引MG300/700型采煤机;截深 800 mm。运输巷道设备为SZZ730/160桥式转载机及 YBS-110A破碎机。工作面设备回撤总重量接近1万t。该工作面2008年9月开始初采,2009年4月回采结束。

2 综放面回撤期间煤自燃原因分析

水帘洞煤矿现开采的8#煤层,属Ⅱ类易燃煤层,煤层自然发火期1～3个月,最短28 d,在矿井生产过程中曾发生过自燃现象。2008年,在水帘洞煤矿2801综放工作面回撤期间 (停采后第10 d)工作面后部30 m范围就出现高温点,CO浓度达到0.05%,通过研究分析,认为水帘洞煤矿综采工作面回撤期间采空区容易发热、发火的主要原因有以下5个方面。

(1)综放工作面回采率低、采空区遗煤多、注浆效果较差、煤体长期处于干燥状态等。

(2)为了保证支架回撤安全,工作面临近回采结束时放顶煤量逐渐减少,工作面最后4、5刀基本不放顶煤,采空区大量的浮煤堆积氧化,导致煤炭氧化自燃。

(3)工作面临近回采结束时推进度减慢,加上工作面支架调整造成顶板破碎,进一步为采空区煤炭充分氧化提供了条件。

(4)支架回撤工艺落后,设备回撤周期长。

(5)火灾信息数据预报不准确,不能为提前采取措施提供可靠依据。

3 2802综放工作面停采撤架防灭火技术

3.1 停采撤架前的技术措施

(1)缩短撤面时间,提前施工撤架切眼。在工作面推进至停采线150 m时,沿停采线开掘施工撤架切眼。撤架切眼贯通后,沿切眼腰线向工作面方向垂直于煤壁打“标志钻孔”,钻孔孔深7.0 m,间距10 m,以防止工作面推进至切眼时出现高差。

(2)工作面末采期间的顶板管理。

铺网:工作面距停采线前15 m开始在顶板全长铺设金属网 (金属网规格1 m×4 m)。搭接度为200 mm,直到与切眼顶板金属网搭接。铺网结束后,及时移架,并打好护帮板,升起前立柱,且初撑力不低于24 MPa。

挂钢丝绳:距停采线前10 m处开始,工作面全长挂平行于工作面的钢丝绳 (钢丝绳可用旧钢丝绳,绳径为ø26 mm),绳两头用绳卡、连接环固定在进风巷和回风巷内顶板锚杆或锚索上,绳排距为600 mm。

移架:工作面自铺设顶网开始,严禁带压移架。支架立柱、顶梁必须成直线。必须割平顶底板,严禁留伞檐和割凹坑,严禁工作面底板出现凹坑、积水等现象。

(3)加快工作面推进度,提高回采率,减少采空区遗煤。根据水帘洞煤矿煤层自然发火情况,经实践验证工作面推进度每月大于67 m时,能使采空区任意位置停留于氧化自燃带中的时间小于最短自然发火期,满足防火的需要,2802工作面推进度每月不少于90 m。同时,提高放顶煤技术水平,提高回采率,减少采空区遗煤。

(4)提高采空区灌浆质量。为了提高灌浆效果,在工作面正常推采期间,坚持向采空区灌注3相泡沫,末采期间,在采空区回风侧60 m、40 m、20 m预埋注浆管,向采空区灌注三相泡沫,通过三相泡沫将黄泥浆托起附着于采空区浮煤表面,湿润煤体从而增强其阻化性,起到遏制煤体氧化的目的。

(5)加强采空区堵漏,控制采空区进风。具体措施为:工作面回采过程中,每隔6 m在上下隅角垒砌土袋墙,墙后灌注凝胶,同时在两巷超前支护段打钻孔,向采空区两端头灌注胶体,充填空洞,减少采空区漏风;工作面停采后对支架后部及上下隅角采用凝胶进行大范围喷封,控制采空区漏风;工作面停采后沿回撤通道方向每隔5 m向采空区打钻孔灌注胶体,在支架后部沿采空区边沿每隔10 m安装管路,向采空区边沿煤体灌注胶体,这样在工作面支架后部沿采空区边沿形成一道横向隔离带,控制采空区漏风和浮煤氧化。

(6)加强人工巡检和监测监控,为火灾防治提供可靠依据。在工作面推进至距停采线60～55 m、30～25 m及10～5 m时,在回风侧采空区埋设束管监测点 (共3个),束管沿回风巷外帮中位以上铺设,每天定时采气样进行分析,监测采空区浮煤自热情况。定期检测关键部位 CO、O2、CO2、CH4和温度变化,根据各种环境参数的变化及时调节工作面风量,增强防火安全系数。回撤期间在回风隅角、回风端头支架后利用红外测温技术、气样色谱分析和人工监测、环境监测传感器,每隔5个支架设置检测点,每班检测次数不少于2次,并将检测结果做好详细记录。

3.2 撤架期间矿井火灾防治技术

(1)停采后采空区注浆。在工作面推进至距撤架巷约30 m前,提前在撤面切眼内向工作面后部采空区施工一排钻孔,钻孔间距10 m,终孔位置至煤层顶板,距架后 (切顶线)4 m,钻孔总数为13个。钻孔角度约10～15°,孔深16 m,埋设6分注浆管,埋管长度为13 m,预埋管前端为花管。工作面推过预埋管出口15 m后开始向采空区灌注水玻璃。

(2)停采后向采空区灌注惰性气体。末采期间,在采空区进风侧80 m、50 m、25 m预埋注氮管,分别向采空区注入氮气,以降低采空区氧气浓度。

(3)改进设备回撤工艺,最大限度地缩短工作面回撤周期。提前对支架进行检修,确保支架各部位油缸动作灵活,提前对锈蚀部位喷洒松动剂,进行人工松动,保证了支架的顺利回撤;结合实际,实现采煤机、刮板输送机和转载机三机设备多通道回撤,缩短回撤时间。在2802工作面回撤期间,从运输巷撤除了后刮板输送机、转载机,缩短了设备回撤时间;设备回撤期间,按巷道布局将人员分成若干个运输小组,进行设备接力运输,分段由安检员、救护队员进行环节疏通和监护,干部现场指挥,确保了设备回撤及运输安全,加快了回撤进度。

(4)加强监测。在工作面距离停采线100 m以内时,加强监测自燃指标气体 (CO、O2、CO2、C2H6和C2H4)的变化情况,以便掌握采空区浮煤氧化升温的发展状况。

(5)工作面上下端头封堵。末采和停采期间上下两巷每隔3 m垒设矸石墙及时封堵,防止向采空区漏风,减少氧化升温带宽度。工作面停采后立即在上下两巷砌矸石墙,墙体用水泥砂浆喷浆处理,喷浆厚度不少于100 mm,喷浆长度不少于10 m。

4 应用效果

在2802工作面回撤过程中由于采取的防火措施得当,落实到位,回撤组织协调有力,用3 d时间完成了工作面三机回撤,9 d时间完成了工作面支架回撤,2 d时间完成了采空区密闭,回撤到密闭仅用了15 d时间,密闭前工作面各种环境参数均控制在规程要求的范围之内。利用上述综放工作面回撤期间防灭火技术措施,实现综放工作面的成功回撤,杜绝了瓦斯、火灾事故的发生。

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(责任编辑 梁子荣)

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)

TD752

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李琳 (1967-),男,山东肥城人,本科,高级工程师,现任彬县水帘洞煤炭有限责任公司总工程师。