综放工作面回撤期间防灭火技术研究.docx

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综放工作面回撤期间防灭火技术研究

综放工作面回撤期间防灭火技术研究

1概况

1.1矿井概况

梁宝寺矿井位于山东省嘉祥县境内，井田东西宽约9km，南北长约11km，面积约95.275km2。

矿区交通方便，兖（州）新（乡）铁路经井田南部从嘉祥县城通过，该铁路从嘉祥县城向东56km至兖州，与京沪线相连；向西259km经菏泽至新乡与京广线接轨。

京九铁路从井田西南部的菏泽经过。

南部济宁机场已开航，可直达北京、广州等地。

济（南）荷（泽）高速公路从矿井北部通过。

区内有公路直达梁山、郓城、巨野、嘉祥、济宁等城市，交通十分便利。

矿区井田地层属华北型沉积，含煤地层为石炭二迭系。

主要含煤地层是下二迭统山西组和上石炭统太原组，其中山西组含煤3层，为矿井主采煤层。

矿井开拓方式为立井多水平分区式开拓。

主、副井、风井布置在工业广场内。

采煤方法为单一长壁式采煤法，后退式开采，全部冒落法管理顶板。

选择二套大功率，高强度的综采（综放）设备。

矿井通风方式为中央并列抽出式。

副井及主井进风，中央风井回风。

现在中央风井安设2台同等性能的BD-II-10-30型弯掠组合正交型对旋轴流式通风机，配备YBF型电机，功率2×560KW，转速为600r/min。

矿井实行分区通风，各采掘工作面、机电硐室、爆破材料库等均实行独立通风。

根据历年矿井瓦斯等级鉴定资料，矿井属于低瓦斯、低二氧化碳矿井。

开采的三煤层属于一类易自燃煤层。

三层煤煤尘爆炸指数为44.54%，属于煤尘爆炸危险性煤层。

1.23107综放工作面概况

3107综放工作面走向长1015m，倾向长81m，开采面积82215m2。

所采煤层为3煤，属于气煤，为低灰至中灰、特低硫、特低磷、高挥发份及发热量，富油、中等粘结性的气煤。

总厚度7.14～9.0m，平均7.9m。

煤层具有自然倾向性，自然发火期为3-6个月。

最短自燃发火期只有22天。

3107工作面轨顺巷道内布置有两路ф108mm的防尘管路和注浆管路，一路ф89mm压风管路，该巷道主要担负工作面进风和运料任务。

在距工作面80m处巷道下帮靠工作面侧设置移动变电站、泵站列车等设备。

运输顺槽内布置有防尘管路、排水管路及束管监测管路等管线，担负工作面回风和运煤任务，主要设备有转载机、胶带运输机等。

3107综放面于2006年2月20日生产，历时6个月多月的时间，工作面回采过程中，采空区曾经出现过5次CO异常情况，在采取措施进行处理后，消除了自燃高温点，确保了工作面的安全回采。

2项目研究的意义和必要性

梁宝寺煤矿是肥矿集团在济北矿区开采的第一座厚煤层矿井，在易燃厚煤层开采的防灭火技术方面，对肥矿集团来讲是一项空白，加之邻近矿区的煤层自燃发火频繁，矿井防灭火是一项极其重要的工作。

综放工作面开采在肥矿集团公司尚属首次，3107综放工作面是梁宝寺矿井第一个综放面，在推采过程中，工作面回风隅角及面后放煤通道多次出现一氧化碳浓度超限现象，采空区浮煤已发生自燃。

工作面回撤时，工作面机械设备多，搬出时间长等问题均增加了停采撤出期间防灭火工作的技术难度，既确保在尽可能短的时间内撤出所有设备，又保证在撤面期间不出现自燃发火事故，这是本项目研究的主要所在。

3、项目实施

3.1工作面难点分析

3.1.13107综放面是首个综放采煤面，放顶煤经验不足，采空区丢失大量煤炭。

3.1.23107综放面在推进过程中，采空区一氧化碳、瓦斯含量一直较高，而且3107面后部采空区丢煤氧化仍在持续发展。

3.1.3工作面机械设备多，搬出时间长。

3.1.4工作面停采前推进速度缓慢，给停采线后部采空区丢煤造成氧化过程持续发展的条件，停采前工作面回风流中的一氧化碳浓度经常达到24PPm以上，防灭火形势不容乐观。

3.23107综放面停采撤面前的防灭火技术措施

停采前的防灭火准备是保证3107综放工作面安全停采撤面的基础，必须做好以下几个方面的工作。

⑴综采一队在距离停采线最后的100m范围内，尽量减少采空区丢煤，停采前50m放出一条宽5米的矸石带，特别是在工作面敷设铁丝网和钢丝绳前20m时，再放出一条宽5米的矸石带，距离停采线最后10m时，停止放顶煤开采。

⑵在距离停采线最后的50m范围内要常开放煤口喷雾、工作面架间喷雾等防尘设施，特别是后部运输机后煤矸要洒水湿透。

⑶停采后立即在工作面上下端头施工一道防火墙，防火墙可用加入阻化剂的袋装碎煤或袋装黄土施工，厚度不低于3m，防火墙外用塑料布封严密，减少采空区供氧条件。

⑷停采前50m开始，在工作面上下顺槽埋设4吋注浆管路，注浆管出口要用木垛掩护好，并高于底板0.5m以上。

停采后，对工作面上下两头进行注浆，破坏浮煤的蓄热环境。

同时上头在距停采线16-20m处埋管进行注浆。

⑸停采前必须密切监测3107工作面的气体，除正常的瓦斯检查外，防灭火专职检查人员对工作面上下隅角、架间、风流进行检测和取样化验分析，每天检测分析一次。

⑹在工作面下顺槽，停采线后部30m、20m留设两路束管抽气化验分析。

在工作面上顺槽，停采线后部40m、20m分别留设一路人工测气管，并对束管采取保护措施，防止束管被砸坏。

以便可靠的进行停采期间的气体预报。

上述束管均位于底板以上1.5m处，安设牢固整齐。

束管监测系统每天至少测定一组数据。

⑺各种防灭火材料和设备要备足备好。

⑻（在停采前，综采一队把支架的侧护板尽量收回，同时要保证支架的初撑力，防止顶板破碎，为防灭火钻孔的施工创造条件。

）

⑼在3107轨、皮顺联络巷分别安设两部局部通风机，实现双风机双电源，风机自动切换，风筒自动分风。

⑽在3107轨道顺槽联络巷处安装ZM-15/1.8D煤矿用注浆机，并与注浆管路连接。

闭后采用注凝胶进行堵漏。

⑾停采前30米，在工作面轨顺埋设3寸注氮管路，实行随采随注氮。

落实好注氮措施。

3.33107综放面停采期间的通风与防灭火方案

3.3.1通风方式选择、风量设计及瓦斯检查

工作面回撤时，通风系统与现系统一致，支架撤出初期保持现通风系统不变。

在满足稀释采面瓦斯、机电设备散热量的前提下，尽可能的减少采面风量，以减少向采空区漏风，停采后工作面供风量由原来的760m3/min，减少为500m3/min。

随着支架的撤出，采面风量将会逐步减少，全风压风量减少到300m3/min时，开启上下两头局部通风机。

开始撤出支架后，在工作面上下两侧均设点检查瓦斯，瓦检员在检查完其它地点后在撤支架处盯点检查，撤面单位在掩护支架处悬挂甲烷氧气两用检测报警仪。

工作面风量测风员每天至少测定一次。

3.3.2煤炭自燃的预测预报

利用红外测温技术、气样色谱分析和人工监测、环境监测传感器共同实现煤炭自燃的早期预报。

3.3.2.1早期预测预报指标气体

分析井下气体成分是检测和评价矿井中煤体热状态的主要途径之一。

参照兄弟煤矿煤样加温试验数据分析，煤炭自燃的临界温度为76-80℃，干裂温度为100-110℃，当煤温达到临界温度时，离出现明火大约还有3-5天，为此可确定发火早期预报的温度范围在70-110℃之间比较合适。

在此范围内可选择的气体指标有一氧化碳、乙烷、丙烷和乙烯气体。

根据实验，在回风流中一氧化碳绝对涌出量大于或接近10ppm，回风隅角一氧化碳浓度大于100ppm就作为煤炭自燃的早期预报。

只需要检测到丙烷、乙烯等是否出现这个定性临界值也可以作出判断，并进行预报。

如果煤体温度达到30℃，可以初步判断出现煤炭低温氧化；如果煤体温度大于35℃可以判断已出现煤炭自燃隐患，即使一氧化碳浓度不是很高。

3.3.2.2温度监测

温度是表明煤炭自然发火的重要指标，温度监测是煤炭自然发火早期预测预报的最直接也是最准确的方法之一。

利用红外线测温仪测量工作面架间采空区侧的温度，工作面间隔一组支架设一个点，认真分析温度变化趋势，每天测一次，发现问题及时采取措施。

3.3.2.3取样化验分析与人工监测

每间隔5组支架选一个钻孔进行人工监测和取样化验分析，两天一个循环，对CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8、C2H4、O2气体进行取样化验分析与人工监测，如果出现隐患必须缩短测点间距和检查周期，为可靠预测预报采空区自然发火提供技术参数和发展趋势。

3.3.3防治自燃发火措施

3.3.3.1注浆

停采期间利用在工作面上下顺槽埋设的注浆管对3107采空区进行不间断注浆。

3.3.2采空区堵漏

漏风供氧是煤炭自然发火的必要条件，堵漏防灭火是煤矿井下防治煤炭自燃的有效手段和根本措施。

3.3.3.1停采后由通防区向上下两头防火墙后压注凝胶泥浆，注胶量不少于400m3，以减少采空区漏风。

3.3.3.2工作面上下端头防火墙外20cm各建一板闭，利用罗克休进行封堵，其两个作用，一是封堵周边减少漏风；二是防止有害气体从煤帮处溢出。

在工作面上头15米范围内采空区侧用罗克休等防灭火材料进行封堵。

以确保采空区堵漏效果。

3.3.3.3工作面采空区注浆封闭是工作面安全撤出的重要措施，实施工作面采空区防灭火钻孔是采空区注浆的关键。

①在工作面煤壁前敷设一路2吋水管（从上头供水），每20m出一个三通阀门。

②工作面备好两台锚杆钻机、风煤钻等。

所有钻孔施工完成后也要至少保留一台锚杆钻机，以备对异常地点进行应急处理。

③在工作面每个支架的间隙按前、中、后方式施工3个防火孔，后部孔在掩护梁位置，打到老空区，倾角40～45°，深度2.5～3m；中间孔打到柱顶梁上部及支架后浮煤，倾角30°左右，深度6～8m；前部打到支架后浮煤，倾角20～25°，深度10m左右，均下一寸套管，用快速水泥封孔，并用堵头封堵孔口。

在上下头端头支架以外向后部各打5个防火钻孔，钻孔采用扇形布置，钻孔倾角30～35°，钻孔长度10～12m，钻孔布置见图1。

将破碎煤体堵漏剂利用阻化泵、井下移动注浆机对支架后浮煤进行堵漏，单孔注胶量为1～3m3。

图1

3107工作面钻孔布置图

3.3.3.4加强监测监控系统的管理，确保系统灵敏可靠。

在3107面回风流中安装一氧化碳传感器、温度传感器和甲烷传感器，连续监测回风流中的气体和温度变化，调度监测监控中心保证监测系统正常可靠。

3.3.3.5注氮

注氮可以有效地降低采空区的氧气浓度，从而达到防止煤炭自然发火的目的，特别是在自燃发生后，其作用更为重要。

检修维护好注氮机，一旦出现回风流中一氧化碳浓度有较快的上升趋势时，把注氮机的氮气出口与上下顺槽注浆系统管路连接并实施向采空区注氮。

注氮的压力和流量：

注氮压力保持在0.8Mpa以上，氮气纯度达到98%以上，氮气流量400m3/h。

在注氮时，为保证采面安全，上下头撤除面内必须悬挂便携式两用仪。

一旦氧气低于18%，能使工人安全撤离。

上下两巷立即设置警戒牌，防止人员进入造成缺氧窒息事故。

3.3.3.6加强阻化剂喷洒工作。

工作面上下端头在建防火墙以前，采空区、浮矸、煤帮等必须进行阻化剂喷洒，建好防火墙以后对墙体及煤帮也要进行阻化剂喷洒。

撤架以前对工作面进行阻化剂喷洒，撤架以后再喷洒一次。

3.3.3.7工作面回撤期间，在现场备好两台KHY-50/38型防灭火钻机，备好电源，以便对温度和气体异常地点进行重点压注凝胶。

另外，在撤出支架过程中，在现场备好100m高压管路，以备对随时出现的异常地点进行应急降温处理。

3.4组织措施

3.4.1针对3107面的现场条件，多次召开专业会议，研究制定了《3107综放面停采撤出期间防灭火方案》。

3.4.2采煤队和撤面施工部门等单位要协助维护好工作面安装的注浆管路、束管、各种传感器、注胶泵、煤电钻、钻机及其开关等，进一步强化3107综放面轨顺、皮顺联络巷风门的管理，严禁随意敞风门，保证通风系统稳定。

3.4.3精心组织，合理安排，保障工作面快速撤出，回采结束后，确保在40天内回撤完毕，工作面回撤结束后在5天内完成封闭。

3.4.4为保障工作面按期快速撤出，绘制了《3107工作面撤出和防火工作网络图》，将撤面和防火的所有工作合理组织穿插，落实施工单位和计划工期，调度室严格按网络图考核撤面和防火工作进度。

3.4.5撤出工作面设备期间，在调度室设防火办公室，每天召开防火会议，分析指标气体变化趋势，协调防火工作，考核各项防火措施的兑现情况，矿分管领导靠前指挥，生产科室和区队干部分班盯岗。

由于组织得力，措施到位，在把有害气体浓度控制在正常范围的前提下，用35天时间完成了工作面撤出工作，5天时间完成了工作面封闭工作。

在回撤期间没有发生自燃发火事故。

3.5封闭

3.5.1封闭时先在停采线上下两头施工3m沙袋墙后，再施工永久闭墙，采取“双墙夹黄土”的密闭方法，永久密闭厚度不低于750mm。

永久密闭要接出注浆管、观察管、泄压管、注胶管和监测束管，封闭结束后对3107停采线大量注浆。

3.5.2封闭结束后对3107停采线进行均压调风处理，制定专项措施，在3107轨、皮顺各建风门一组，拆除皮顺联络巷的风门，减少停采线上下两头的压差。

4、效果评价

通过采取综放工作面回撤期间防灭火技术措施，梁宝寺矿井成功回采回撤了3107、3105、3101等3个综放工作面，并为综采工作面回采防灭火技术提供了思路，从矿井投产自今，杜绝了各类自燃发火事故的发生。

本项目的研究成功为今后综放面同类问题的出现提供经验，也为其他矿区解决同类问题提供了思路和借鉴经验，具有非常良好的推广和使用价值。

*****花絮：

综采放顶煤开采顶煤破碎机理研究

冯国才 于政喜 张清和 

【摘要】：

本文以岩石力学关于岩石变形破坏的基本原理为基础,研究了在支承压力作用下顶煤破碎机理.分析了完整煤体的剪切破坏、煤体（含弱面）沿弱面和穿过弱面的剪切破坏的强度特性和破坏准则.并以梅河三井等五个综放工作面为例,运用现场统计观测资料和实验室相似材料模拟实验数据,描速了弱面状态参数与综放工作面地压落煤效果之间的关系.

【作者单位】：

沈阳煤炭科学研究所沈阳煤炭科学研究所沈阳煤炭科学研究所

【关键词】：

综放开采剪切破坏弱面冒落角顶煤

【DOI】：

CNKI:

SUN:

FXKY.0.1992-03-012

【正文快照】：

l顶煤变形破坏特征1.1实验室申岩石试件的变形破坏综述从微观结构上讲,岩石是由按一定规律粘结在一起的矿物颗粒组成的。

其中包含着大量的裂隙、孔隙和细微裂缝等。

它的变形破坏遵循格里菲斯的微裂扩展机理。

通过对岩石试件压缩试验的试件变形、体积膨胀和微震活动现象等

*****花絮：

本文根据王庄矿综放面沿空掘巷矿压观测数据,由矿压理论总结分析综放面沿空掘进巷道的矿压显现规律

【作者单位】：

焦作工学院!

河南焦作454159焦作大学!

河南焦作454150潞安矿务局!

山西长治046000潞安矿务局!

山西长治046000潞安矿务局!

山西长治046000

【关键词】：

综采放顶煤沿空掘巷无煤柱开采矿压规律

【基金】：

煤炭部重点科研计划项目!

（编号94-36-1）

【分类号】：

TD322.3

【DOI】：

CNKI:

SUN:

KSYL.0.2000-01-011

【正文快照】：

潞安局王庄矿主采3#煤层,年产400万t以上,主要由两个年产200万t的综放面完成,该矿综放面一直采用宽15m以上的大煤柱护巷,区段煤柱损失率6.5～8.5%;而采用窄煤柱沿空掘巷可使区段煤柱损失率降到2%以下,同时因煤柱尺寸的减小还可提高工作面端头的放煤效果

综放面矿压显现特点与沿空掘巷可行性

马其华 郭忠平 樊克恭 秦忠诚 

【摘要】：

通过对我国煤矿部分综放面及顺槽矿压观测分析和相似模拟实验分析，揭示了综放采场矿压显现的特点，探讨了留小煤柱沿空掘巷的可行性。

【作者单位】：

山东矿业学院

【关键词】：

综放面矿压显现沿空掘巷相似模拟

【分类号】：

TD353

【DOI】：

CNKI:

SUN:

KSYL.0.1997-Z1-050

【正文快照】：

综放面矿压显现特点与沿空掘巷可行性山东矿业学院马其华郭忠平樊克恭秦忠诚摘要通过对我国煤矿部分综放面及顺槽矿压观测分析和相似模拟实验分析，揭示了综放采场矿压显现的特点，探讨了留小煤柱沿空掘巷的可行性。

关键词综放面矿压显现沿空掘巷相似模拟１引言综采放顶煤与

重型综放工作面无预回撤通道快速撤出技术--《煤炭科学技术》2008年05期

本文献来源中国知网

　　安家岭二号井工矿重型综放工作面,因架型体积大、吨位重,借鉴神华集团开采经验,采用预回撤通道法进行工作面快速撤出。

但在该矿B902综放面使用该方法时,回撤通道被整体压垮、液压支架被压死。

针对预回撤通道法存在的问题,通过对工作面矿压显现规律及合理终采位置的分析研究,B902综放面采用采煤机扩帮法制造回撤通道法进行工作面撤出。

实践表明,结合无轨胶轮辅助运输技术,重型综放工作面无预回撤通道可以实现快速撤出。

【作者单位】：

平朔煤炭工业公司安家岭二号井工矿山西朔州036800（吴吉南;刘保宽）;平朔煤炭工业公司山西朔州036800（冯学武）

【关键词】：

综放面;重型装备;无预回撤通道;快速撤除

【分类号】：

TD355

【DOI】：

CNKI:

SUN:

MTKJ.0.2008-05-008

【正文快照】：

　　1矿井概况安家岭二号井工矿井田位于宁武煤田北端,介于平朔安家岭露天矿矿坑与安太堡露天矿矿坑之间,井田面积13.77km2,矿井核定生产能力为1000万t/a。

主采4号、9号、11号煤,煤层赋存稳定,构造简单。

矿井采用主斜井、副斜井、回风斜井3条斜巷开拓,大巷东西向布置、单翼开采,综