综采工作面末采回撤期间“一通三防”技术的应用实践——以单家村煤矿835综放工作面为例

李 建,满孝虎

1.曲阜市应急救援保障服务中心,山东 济宁 272000;2.黔西市耳海矿业有限公司,贵州 毕节 551700

0 引言

835综采工作面位于单家村煤矿八采区,工作面主要布置有835一号进风斜巷、835二号进风斜巷、835进风顺槽作为进风巷。根据采掘工程平面图,工作面回采过程中需要通过835一号中间巷、835二号中间巷、835三号中间巷、835四号中间巷、835五号中间巷、835六号中间巷、835七号中间巷及835八号中间巷,8条中间巷均在工作面正上方。工作面标高-249.4～-371.6 m,走向长度367～371 m,倾向长度91.8～98 m,开采煤层为3层煤。通过地质资料分析,该工作面范围内3层煤赋存稳定,煤层的厚度为7.3 m,煤层走向21°,倾向111°,835工作面邻近738采空区,工作面瓦斯绝对涌出量0.16 m3/min,CO2绝对涌出量0.22 m3/min,煤尘具有爆炸性,爆炸性指数为38.33%,煤层自燃倾向性为II类自燃,最短发火期42 d。因工作面煤层倾向和走向坡度均较大,工作面推进进度缓慢,推采进度严格控制在不超过1.2 m/d,尤其是工作面末采回撤期间,受地质条件及设备装备等因素影响,推进速度放慢、工作面放顶煤回收不彻底、采空区漏风,加之揭露中间巷等因素叠加,导致工作面末采回撤期间的“一通三防”工作压力较大,工作面在用风、瓦斯防治以及防灭火等面临着巨大挑战[1]。面对上述因素,单家村煤矿结合矿井实际、工作面客观条件和技术监测数据,有步骤地将工作面末采期间划分为末采、创条件以及回撤共3个阶段,分别采取针对性的措施进行防治,同时将通风、瓦斯监测、防灭火等技术措施以及管理措施形成一个整体,从宏观上进行总体掌握和综合防治,有效预防了末采回撤期间的各类通防事故,也为综采工作面末采回撤期间的“一通三防”工作提供了宝贵经验。

1 工作面“一通三防”措施概况

835工作面采用走向长壁后退式采煤法,综合机械化放顶煤工艺,全部垮落法处理采空区。落煤使用MG200/500-AWD双滚筒采煤机割煤,割煤高度为(2.4±0.1) m,割煤截深为0.6 m。放顶煤利用液压支架摆动尾梁、伸缩尾梁插板放顶煤,放顶煤采用一循环一放煤。

工作面采用全风压通风,需要风量为545 m3/min,工作面配备瓦斯检查员检查工作面瓦斯情况,按要求每班对工作面风流、回风流、回风隅角检查2次,工作面沿线配电点检查1次,检查2次的地点时间间隔最长不得超过5 h。工作面进风顺槽及回风顺槽均安装辅助隔爆水棚,首排水棚距工作面60～200 m,并随工作面推进而移动。

工作面采用注氮和喷洒阻化剂共2种防灭火技术,注氮机型号PN-400型煤矿用变压吸附制氮装置,制氮量为400 m3/h。回风顺槽自开采线起向外预埋2路DN 50注氮管路,每隔6 m接1节,随工作面推进向前接延,埋入采空区的注氮管路每隔42 m交替掐接,工作面切眼外铺设DN 100的注氮专用管路,利用预埋管路向采空区内注入氮气进行防火处理。工作面采用3NB-150/7.5型卧式三缸往复单作用活塞泥浆泵,用Ø19 mm高压胶管从泥浆泵接至835工作面,工作面每隔20～30 m安设1个三通,三通接Ø19 mm高压胶管并与喷液枪相连喷洒防灭火阻化剂。

工作面回风顺槽煤壁以外10～15 m设置自然发火观测站,同时充分利用JSG-7型束管监测系统,进行预测预报工作,在工作面回风隅角安设束管探头,对工作面回风隅角的气体成分进行分析,1次/d,遇特殊情况时,每班分析1次或连续检测分析,束管探头悬挂在关门柱以里,随工作面推进外移[2]。发现有碳氢化合物、一氧化碳浓度有上升趋势时,及时查明原因进行处理。工作面在-450 m轨道大巷安设有2台KJ770-F5监控分站,其中甲烷传感器3个(T0、T1、T2),一氧化碳传感器、温度传感器、粉尘传感器各1个。

2 工作面末采期间“一通三防”管理

2.1 通风管理

工作面末采期间维持工作面原通风量不变,工作面出现自然发火征兆即CO气体持续升高情况时,适当降低工作面风量和风压。同时综采工作面每推进5 m,在上、下顺槽隅角处各打设隔离袋子墙1道,每班对上、下正巷的挡风帘进行维护,以减少采空区漏风。

2.2 防灭火管理

2.2.1 喷洒阻化剂

提高工作面上下顺槽端头位置及架后浮煤喷洒阻燃剂的质量,重点对架后有浮煤的地点喷洒阻燃剂,对上顺槽端头内的采空区侧插管注入阻燃剂。喷洒及插注时,阻化剂与水的比例严格按照1：99的配比浓度执行。

2.2.2 预埋措施管路

距停采线42 m时,835综放工作面进、回风顺槽各埋设1路DN 50管路,6 m/节,随工作面推采不断向停采线延伸,直至工作面推采结束。

距停采线30 m时,从工作面上下顺槽各向工作面方向架后老塘侧埋设1路DN 20措施管30 m(20个支架),余管随工作面推采不断向下延伸至停采线,措施管架后部分每隔3 m打设1个10 mm的措施孔,措施孔末端封堵。

距停采线20 m时,在进、回风顺槽各埋设1路DN 50管路,6 m/节,随工作面推采不断向停采线延伸,直至工作面推采结束。

停采后撤面前在工作面之上沿工作面方向敷设预埋1路DN 100的措施管,架后敷设,敷设至工作面10～20 m。

2.2.3 完善注氮系统

当工作面回风流CO超过24 mg/m3,并且有逐步增高趋势时或每天的气体取样分析中乙烷达到3 mg/m3或有乙烯出现时,须立即注氮气。

工作面每周进行2次预防性注氮,每次时长不低于4 h。当工作面回风流中出现CO,并有逐步增高趋势时或工作面温度变化异常时,应连续注入氮气。

注氮管路投入使用前,须进行压力试验,确保密封不漏气。向采空区注氮气前,应先排出管路内空气,避免将空气注入采空区。注入氮气前,由专人检查管路,关闭分支阀门;注入氮气过程中,巡回检查管路,避免氮气泄露。按照MT/T 701—1997《煤矿用氮气放灭火技术规范》规定,向采空区注入的氮气浓度不可低于97%,氧气浓度不可大于3%。工作面注入氮气时应有专人在回风侧监测氧气浓度,每隔2 h检测并记录现场氧气浓度,当氧气浓度小于18%时,表明采空区氮气逸出过多,应立即通知制氮机停机。

注氮地点附近安设电话,保证能与制氮气机司机保持联系,注氮过程中每2 h应对氮气流量及纯度进行监测,并做好记录。

2.2.4 加强放煤管理

835综放工作面末采期间应加强放煤管理,工作面放煤须彻底,一直放到见煤层上部矸石为止。

2.3 瓦斯防治管理

安排瓦斯检查员每班对工作面沿线气体进行检查、测量,重点是工作面回风隅角。同时,利用地面束管系统,每天分析工作面回风隅角气体情况,发现异常,及时处理。

通防部门严格设点检查,建立瓦斯检查记录,安排专职瓦检员进行检查,1次/d。设点如下:工作面上隅角、工作面支架架后取最高点,并且每天进行气体分析比对,发现异常变化及时处理。

3 工作面创条件期间“一通三防”管理

工作面推采距停采线10 m时,开始创条件工作。回撤时先回撤上部,再回撤下部。

3.1 通风管理

工作面创条件推采期间继续维持原风量不变,工作面每推进5 m,在上、下正巷打设1道隔离袋子墙,袋子间应压实,使四周与顺槽顶、帮接触密实,不可留有空隙,以减少采空区漏风。

创条件结束,在工作面进风、回风顺槽关门柱以内,各打设1道隔离袋子墙,墙体厚度不可小于0.5 m,同时对隔离袋子墙及上下正巷遗煤及钻孔中压注阻化剂、泡沫剂,以降低遗煤氧化速度。

创条件期间,工作面上部在铺顶网的同时加铺1层风筒布,减少采空区漏风。

3.2 防灭火措施

3.2.1 埋设注氮管路

工作面创条件结束前,在工作面进风顺槽架前埋设2路DN 50注氮管路,1路末端在工作面上头,1路在切眼中部。工作面创条件开始后在工作面进风顺槽重新埋设1路DN 50注氮管路。创条件后工作面上头进风侧埋设1路措施管,在架后沿工作面走向预埋15个支架。

3.2.2 喷洒阻化剂

创条件结束后对工作面架后进行打孔并注入阻化剂,每3架打设1组,每组2个孔,通过施工的钻孔对工作面架后浮煤喷洒阻化剂,喷洒及插注时,阻化剂与水的比例严格按照1：99的配比浓度执行。

3.3 瓦斯防治措施

瓦斯检查员对工作面风流、回风流、回风隅角进行气体检测(重点是瓦斯、CO、CO2)和温度测量,并及时对测量结果进行分析。

通防部门对工作面回风隅角束管探头进行清理和调校,保证工作面气体的实时监控。严格落实气体分析制度,定期对工作面气体分析,做好气体监测工作,发现甲烷、CO、CO2超过预警值,立即采取处理措施[3]。

4 工作面回撤期间“一通三防”管理

4.1 通风管理

在工作面停采后至回撤风机开启前调整工作面风量,下调工作面风量,但不可低于原风量的一半。

工作面支架由回风顺槽向进顺槽方向回撤。回撤前在回风顺槽煤壁外打设袋子墙密闭,回风顺槽回撤后立即打设835回风顺槽密闭,工作面停采线与835回风联络巷平齐,支架回撤过程中顶板垮落后的835工作面和835回风斜巷均被分割成独立迎头,需要开启风机进行分别供风。同时,为调整、装运液压支架及煤机配件,需要将原六号中间巷密闭打开,留出足够车场距离,因此,3组局部通风机分别向835工作面、835回风斜巷(原835八号中间巷密闭处)、835进风二号上山上平台供风。3组回撤风机均安装在835一号进风斜巷,风机距一号运联巷风门距离不小于10 m。

835工作面回撤前,通防部门根据用风地点瓦斯涌出量、作业人员数量、局部通风机吸风量、二氧化碳涌出量及风速进行验算,确定所需风量,选择符合要求的风机,在指定位置(835一号进风斜巷)提前安设6台风机安设风机对3处回撤用风地点供风,首先对835进风二号斜巷上平台绞车硐室和835工作面回撤点供风,回撤至原835八号中间巷处,因支架回撤工作面顶板垮落,835回风斜巷形成盲巷,此时再使用局部通风机对835回风斜巷回撤供风。

工作面回撤液压支架时,通防部门安排专职人员负责检查维护风筒,保证风筒到回撤处的距离不超过5 m,严禁损坏、刮扯风筒,严禁回撤的材料挤压风筒。安排测风员定期对现场风量进行测定,确保现场风量满足撤面需要。

回撤期间指定专人管理局部通风机,避免无计划停风。局部通风机因故停止运转时,应立即停止回撤工作,将施工人员撤至新鲜风流处,并严格按照《煤矿安全规程》第176条执行,恢复供风后须由瓦斯检查员检查现场瓦斯浓度,若检测结果符合规程规定,施工人员方可进入继续回撤作业。

4.2 防灭火管理

工作面回撤后在正对二号中间巷架后埋设2路DN 50埋管,2路埋管埋没3 m,从采空区接至二号中间巷。

工作面下部回撤后在正对一号中间巷埋设2路DN 50埋管,1路埋至架后采空区内,1路沿工作面方向埋设,下沿3 m。

工作面支架回撤前,由通防部门对835综放工作面全面架后进行插管压注、架后喷洒阻化剂。撤面期间每抽1架,均需要对采空区及架后进行洒水处理。

撤面期间瓦斯检查员每班进行2次全面巡回检查,对检查点数据及时进行分析,发现异常,及时汇报处理。

撤面期间应对2个回撤地点加强局部通风管理,保证风量风压稳定,满足撤面需要,严禁擅自停风机。

835回风顺槽回撤前,由施工单位在回风顺槽上头距煤壁3 m处打设1道袋子墙,回风顺槽回撤后在回风顺槽与回风联络巷交叉点向上6 m处打设1道袋子墙,并对打设的袋子墙进行喷浆加固,喷浆厚度为5 m,巷道周边掏槽处理。

工作面回撤结束后须在45 d内对工作面进行永久性封闭,同时进行灌浆、压注防灭火或封堵性材料。对密闭及附近10 m范围内存在漏风的地点、巷道进行喷浆封闭,并在密闭外设置警示牌板、施工说明牌板及检查牌板,对密闭距回风口大于2 m的地方须设置栅栏。

4.3 瓦斯防治管理

瓦斯检查员对回撤地点瓦斯进行检查,每班不少于2次,检查地点设置:回撤迎头风流;回撤迎头回风流;瓦检员将每次检查结果告知施工人员及带班人员,出现异常立即采取处理措施。

当回撤工作面回风巷风流中甲烷浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%时,须停止作业,撤出人员,采取措施,进行处理。当回撤迎头风流中甲烷浓度达到1.5%时,须停止作业,切断电源,撤出人员,进行处理。当巷道内出现瓦斯积聚,附近20 m内须停止作业,撤出人员,切断电源,进行处理。

5 结束语

单家村煤矿835工作面通过综合采用技术、管理、组织等措施,有效地确保了综采工作面回撤期间的“一通三防”安全工作,并提供了宝贵的实践经验,尤其是对大倾角煤层、工作面揭露中间巷、推采进度缓慢等特殊复杂情况下工作面的通风、瓦斯防治以及防灭火措施的综合运用具有较强的指导和参考意义。