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特厚煤层下分层综放开采灾害预防措施

2019-08-08李瑞群陈苏社

陕西煤炭 2019年4期
关键词:水灾综放采空区

李瑞群,陈苏社

(神东煤炭集团大柳塔煤矿,陕西 神木 719315)

0 引言

大柳塔煤矿活鸡兔井1-2煤复合区煤层总厚度为9.63~10.35 m,平均厚度为10.0 m,煤层倾角1°~3°,埋深为76~106 m,煤层普氏系数约为3,且节理裂隙不发育、煤层韧性较好,煤层为易自燃煤层。该盘区上分层两翼共9个综采面已经进行了回采,回采煤厚为4 m,为了更加安全高效地开采下分层,提高煤炭资源回采率,创新了开采工艺,对下分层6 m厚的煤层采用综放的开采方法,综放面割煤高度为3.7 m,剩余的煤厚放顶回收。在开采过程中,下分层与上分层采空区之间只有1.5~3.2 m的煤厚作为顶板。存在发生顶板灾害、水灾和采空区自然发火灾害的安全隐患,针对这3种隐患,采取了针对性的灾害预防技术,有效地预防了灾害的发生,保证了下分层综放工作面的安全回采。

现以大柳塔煤矿活鸡兔井1-2煤复合区首采面12下202综放工作面为例,对3种可能发生的灾害的预防技术进行介绍。

1 12下202综放面开采条件及灾害辨识

1.1 12下202综放工作面开采条件

12下202综放工作面推进长度1 124.5 m,工作面长249.8 m,埋藏深度54~98 m,平均埋深74 m;1-2煤层总厚度约为10 m,上分层12上202综采工作面已于2005年之前全部采完,采高4 m,因此该工作面上覆为12上202综采工作面采空区。下分层6 m厚度采用综放开采工艺,综放面割煤高度为3.7 m,剩余的煤厚放顶回收,活鸡兔井12下202综放工作面巷道布置示意图如图1所示。

图1 活鸡兔井12下202综放工作面巷道布置示意图

1.2 可能发生的灾害辨识

根据12下202综放工作面布置示意图可以看出,工作面的回撤通道、回撤辅巷和切眼均在实体煤下,上分层为回采过的采空区,层间距只有1.5~3.2 m,回采过程中一旦层间距的顶煤冒落,可能形成冒顶事故[1]。同时由于上分层综采工作面开采后采空区存在低洼点,在开采过程中如果泄放水不及时,可能造成水灾事故。该区域煤层为易自燃煤层,煤层自然发火期只有30 d,如果控制不到位,在开采过程中极易发生采空区自然发火,造成火灾事故。因此12下202综放工作面在开采过程中存在发生顶板灾害、水灾和采空区自然发火灾害3个方面的重大隐患。

2 顶板灾害预防技术

根据以上对12下202综放工作面可能发生灾害的分析,下分层综放工作面与上分层的层间距只有1.47~3.14 m,在回采过程中一旦与上分层采空区割透,很可能发生冒顶,如果不能及时处理会造成顶板冒顶进一步扩大形成顶板事故,发生顶板冒漏情况示意图如图2所示。

图2 活鸡兔井12下202面顶板漏冒期间顶板结构示意图

为了避免顶板灾害事故的发生,当工作面在上分层采空区下回采时,采取以下技术措施预防灾害[2-3]。①工作面必须沿底板回采,尽可能保证工作面顶板具有一定厚度的实体煤层间距,工作面底板起伏采取适当割底措施,保证工作面底板的平整度;②工作面采高控制在3.6~3.8 m范围内,保证立柱的行程,避免压力大时支架活柱下缩采高低采煤机无法通过;若遇煤厚较小时,采高最低不得低于3.2 m;③工作面支架必须执行“跟机、迈步、擦顶”的移架方式,移架不得滞后煤机前滚筒(顶刀)3架;④支架接顶良好,初撑力足够,每台支架初撑力必须达到规定值252 bar;⑤两端头过渡架、排头架必须超前拉出;⑥工作面顶煤厚度采取挂牌管理,每隔5架挂一个牌板,每天早班每隔5架用锚索机打眼探一次顶煤,将采高、实体顶煤和虚体顶煤厚度标在牌板上,采煤机司机割煤时参照留设顶煤,避免割透漏顶;⑦过联巷的U型金属棚严禁提前回收,随工作面的推进逐架回收;⑧如果煤厚变小,按最低采高割煤还无法留设实体顶煤时,采取适当卧底的办法留设200~300 mm厚的实体层间距,保证顺利回采。

通过以上措施,有效避免了断面冒漏的发生。如果出现控制不到位的情况,发生漏顶,可采取降低煤机割煤高度、向下卧底、紧跟前滚筒拉架、拉超前架封堵漏冒口等措施进行处理。

3 水灾和采空区自然发火预防技术

3.1 水灾预防技术

12下202综放面防治水灾的主要水源为上分层12上202综采采空区和12上204综采采空区低凹区积水。巷道掘进期间严格执行“先探后掘”措施[4-5],采用西安煤科院研制的ZDY1200L型煤矿用履带式全液压坑道钻机,整体外形尺寸2540mm×1220mm×1620mm(长×宽×高),回顺掘锚机单巷施工时,每隔一定距离在负帮开掘钻机窝存放钻机。巷道掘进期间累计施工疏放水孔262个,实际累计泄水量92000m3;疏放水效果较为明显,实现了安全顺利掘进。工作面圈成后对上覆采空区低洼区域进一步补钻疏放水,累计补孔21个,累计泄水量不到50m3,最终实现了安全顺利回采。

为了预防水灾的发生,12下202综放工作面主要采取了以下水灾预防技术措施:①12下202工作面首先掘进12下202运顺,掘进时钻探分为2部分,其中探测上分层联巷钻孔设计为:每过上分层顺槽联巷5m向下一个上分层顺槽联巷施工2个泄放水钻孔,一个终孔位置为上分层联巷帮中部,另一个终孔位置为联巷底板(穿透底板);泄放老空水钻孔:每隔50m向上分层正帮底板施工一个80m泄放水钻孔,保证30m安全距离,遇到低凹积水处和水量较大点时根据实际情况及时增加泄放水钻孔,待积水泄完后再继续向前掘进。12下202运顺泄放水钻孔布置平面示意图如图3所示;②在水量特别大的区域,为了加快泄水速度,采取群孔对泵直排高效泄水技术;③在施工泄水孔之前,对下分层新掘的巷道顶底板高程进行实测,并结合上分层巷道底板实测高程,对泄水孔参数进一步核实和微调,提高泄水孔的精度;④下分层顺槽的联巷或调车硐室必须与上分层联巷错开施工,并且错距要大于10m以上,个别受条件限制时也不得小于5m;⑤在12下202工作面区域施工4个水仓,在12下202回撤通道两头附近低凹区域选择合适位置各施工1个,在12下202运顺和回顺中部低凹区域选择合适位置各施工1个,每个水仓仓容约100m3,每个水仓竣工后要及时安装排水系统;⑥排水系统保证完好可靠且能力足够,确保工作面涌水时能随时开启排水。

图3 12下202运顺泄放水钻孔布置平面示意图

3.2 采空区自然发火预防技术

活鸡兔井12下202综采工作面在回采过程中,为减少工作面向采空区漏风,杜绝采空区遗煤发生氧化自燃,采取了以下预防技术措施[6-7]。①加强工作面地表巡查与回填,采用机械回填与人工回填相结合的方式对地表裂隙进行回填,对二次裂隙及时组织村民进行二次回填,减少工作面漏风通道,图4为工作面地表回填前后对照图;②为了观测采空区气体,在202切眼地表裂隙处埋入1吋钢管设置气体观测点,及时观测采空区气体情况,掌握工作面采空区内浮煤氧化程度。12下202采空区气体地表采气化验表见表1;③加强12下204回顺联巷一般防火密闭施工质量,采用0.5m红砖墙+1.0m黄土+0.5m红砖墙+1.0m砼闭的封闭方式,并加强密闭施工监理,施工完毕后对每个联巷进行喷浆处理,杜绝联巷漏风;④回采时要尽可能降低工作面进风端风压,减少向采空区漏风,缩短工作面采空区“三带”长度,由于活井为压入式通风,故将工作面控风设施施工在进风巷12下202运顺,同时在进风巷12下204回顺施工行车风门,并且合理配风,工作面配风量为1562m3/min;⑤综放开采尽量多放顶煤,多回收煤炭资源,减少采空区自然发火的物质基础;⑥每个打透采空区的探放水孔及时全部安装U型返水管,确保采空区不漏风;⑦加强束管监测和人工检测管理工作,发现问题及时采取措施;⑧工作面回采期间每日对工作面岩粉撒布情况进行检查,确保工作面按要求撒布岩粉,增加采空区遗煤灰分,降低采空区遗煤氧化自燃的可能性;⑨回采前提前完善注浆系统,工作面回采后通过12下204回顺联巷一般防火密闭预留措施孔对12下202采空区进行注浆,在第17#联巷、第14#联巷注浆共计10650m3;⑩加快推进速度,实现“快掘、快采、快撤、快闭”,以快治火,该面原计划回采5.0个月,加快推进速度后,实际回采3.4个月,比计划提前1.6个月采完。通过以上措施的采取,杜绝了火灾事故的发生。

a-12下202工作面地表回填前;b-12下202工作面地表回填后图4 工作面地表回填前后对照图

表1 12下202采空区气体地表采气化验表

4 结语

针对特厚硬煤下分层综放工作面存在的顶板灾害、水灾和采空区自然发火灾害3个方面的安全隐患,分别采取了具有针对性的灾害预防措施,有效避免了灾害的发生。

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