特厚煤层综放工作面co

特厚煤层综放工作面co

中国煤矿业的自燃现象非常严重。在采矿过程中，除了释放大量热量、燃烧资源和设备外，煤层还释放大量有害气体，直接威胁矿山工人的安全。在开采近地煤层群时,工作面漏风一般较严重,均(增)压防灭火技术在预防和扑灭井下火灾中能有效控制火势的蔓延,减少采空区的漏风,使火区贫氧窒息而被广泛应用。五虎山煤矿近年来通过结合自身的地质、经济及技术条件,对受老火区影响的回采工作面采取适合本矿井特点的均(增)压防灭火技术,既经济又可靠,有效地保障了矿井的安全生产。1工作面布置情况五虎山煤矿设计生产能力1.5Mt/a,主要可采煤层共有14层,其中1#、2#、4#、6#、7#煤层已回采完毕,现主要开采煤层是太原组的9#、10#和12#煤层。9#煤层厚3.3m,10#煤层厚2.3m,两煤层平均间距2.0m;12#煤层厚5.4m,12#与10#煤层平均间距22.8m;12#煤层下部还有13#上、13#及15#煤层。矿井开拓方式为斜井片盘式开拓,盘区上、下山开采,矿井现在布置2个盘区,分别为9#和12#煤层盘区,盘区内均布置有胶带上山、轨道上山、回风上山、集中回风巷和回风斜井。矿井共有5个井筒,分别为主斜井、副斜井、反斜井3个进风井和9#、12#煤层回风斜井,矿井通风方式为分列抽出式。开采顺序由上至下,采煤方法为走向长壁后退式采煤法,全部垮落法控制顶板。五虎山煤矿所采煤层属于中等变质程度烟煤(焦煤、1/3焦煤和肥煤),目前所采的9#、10#煤层原煤硫分均大于3%,12#煤层原煤硫分大于2%,自燃倾向性为Ⅱ类,属于自燃煤层,9#、10#和12#煤层最短自然发火期分别为51、53和55d。1201工作面位于12#煤层盘区回风上山北翼,距停采线500m范围内上部为901、1001工作面的采空区。1201工作面采用走向长壁采煤,顶板一次性全部垮落的采煤方法,采用综合机械化采煤工艺。目前该工作面推进528m,剩余走向长度532m,901工作面已经采完且进行了密闭,1001工作面已推进到停采线;靠近煤层露头、埋深浅的上部9#煤层内布置有一采区916、918、920工作面掘进巷道,因曾经发生瓦斯爆炸事故而废弃。1201工作面距地表垂深平均为140m,其所对应的地表为10#与11#火区。具体位置情况如图1所示。2co、ch4体积分数2012年4月28日,1201工作面正常回采期间,矿井供电系统瞬间闪络,造成9#煤层主通风机停运6min后才重新启动;停运期间,发现1201工作面回风巷CO传感器有异常变化,恢复通风后,在1201尾巷出口处测得CO体积分数为7.0×10-4,采煤工作面机尾联络巷往里CO体积分数为1.0×10-3。2012年4月29日零点班,1201工作面测得风量情况:进风巷1358m3/min,回风巷610m3/min,尾巷996m3/min,得到外部向工作面漏风248m3/min。工作面上隅角CH4体积分数为0.1%,回风巷CH4体积分数为0.14%,尾巷CH4体积分数为0.68%。气样分析结果:1201工作面尾巷,CO体积分数为3.009×10-3,C2H6体积分数为3.07×10-4,C2H4体积分数为1.6×10-5,CH4体积分数为0.78%;上隅角处无CO和C2H4,C2H6体积分数为3.0×10-6,CH4体积分数为0.14%。5月1日在1201工作面上隅角沙袋密闭内采集气样分析,CO体积分数高达2.1094×10-2,C2H4体积分数为1.51×10-4。3co边界分析3.1工作面采空区高温火区经分析,1201工作面尾巷CO可能来自上部火区(11#、12#火区)或一采区的916、918、920工作面废弃的掘进巷道区域内,理由如下:1)工作面上部存在高温异常区域。1201工作面上部为10#、11#火区,工作面与火区之间垂距约140m。10#、11#火区近年来经过治理,但火区范围和火势不明确,可能逐渐向下发展。2)五虎山煤矿开采的倾斜煤层群煤层露头露出地表,目前采高距离地表埋深浅。靠近煤层露头、埋深浅的上部9#煤层内布置有一采区916、918、920工作面掘进巷道,因曾经发生瓦斯爆炸事故而废弃,未进行填充,所在区域可能存在大范围高温火区。3)通风负压大,地面漏风严重。由于煤层埋深浅,9#号煤层主通风机负压在2700Pa以上,12#号煤层主通风机负压在2200Pa以上,工作面漏风量大。实测数据表明,1201工作面最大漏风量达到250m3/min。4)根据气体成分及其变化情况判断气体来源于上部高温异常区域。调整1001工作面和1201工作面通风系统各自独立后,经连续监测和取样分析,只有1201工作面尾巷、上隅角沙袋密闭内的CO、CO2、C2H4等气体浓度体现出火区气体特征,而先前1001工作面和1201工作面采空区内铺设的束管都没有监测到CO、C2H4等气体的异常。5)通风系统相互影响,9#煤层主要通风机停风后,1201工作面尾巷CO浓度异常。1001工作面和1201工作面原通风系统未完全独立,1201工作面尾巷风流经1201工作面的尾巷与9#煤层联络巷回至9#煤层集中回风巷。在9#煤层主通风机停风,原有通风平衡状态被打破后,1201采空区漏风情况改变,导致尾巷内CO浓度短时间内急剧上升。6)2012年4月27日,1201工作面顶板周期来压,可能形成了新的地面漏风通道。在通风系统未发生改变的情况下,能维持通风平衡。而在28日9#煤层风机停风后再恢复通风,该通风平衡被打破,又建立新的平衡,造成高温异常区域内地面漏风量显著增加,为高温异常区域供给充足的新鲜风流,促进煤氧复合产生大量的CO气体并被带到1201工作面采空区,使采空区、尾巷中的CO浓度严重超限。3.2排查co排放行为901采空区、1001采空区和1201采空区都是CO可能来源,需要进行排查。901和1001采空区和原一采区的采空区间有隔离煤柱,1201工作面目前距离1001开切眼32m。1)排查CO来自1001采空区的可能性:1001工作面回风巷、采空区束管监测系统都未检测到CO异常,基本与1001工作面正常回采时一致,可排除1001采空区为CO来源的可能性。2)排查CO来自901采空区的可能性:在901工作面的运输巷和回风巷的密闭内检测气体成分,均没有发现CO气体,因为9#煤层与10#煤层间距平均只有2m,901与1001工作面采空区是相通的,所以可同时排除901和1001工作面采空区为CO来源的可能性。3)排查CO来自1201采空区的可能性:4月25日,在1201工作面尾巷施工了1道密闭,没有发现CO气体,可基本排除施工沙袋期间尾巷CO浓度超限的可能性;1201工作面正常回采期间,工作面回风巷、上隅角、尾巷和采空区束管监测系统等一直未发现CO浓度超限现象;1201工作面尾巷CO浓度急剧异常是因为4月28日9#煤层主通风机(1201工作面存在角联通风,工作面回风为12#煤层通风系统,而其尾巷则为9#煤层通风系统)发生停风后,通风系统发生变化,才发现CO浓度超限;根据矿方在1201采用增压通风下,恢复了1001工作面负压通风1d、在这一天时间内观测到1001工作面没有出现CO气体,可以确定1001工作面与1201工作面的采空区还没有连通。综合考虑上述因素,可排除CO浓度急剧增加是1201工作面采空区浮煤自燃所引起的。4治理计划4.1工作面扩散漏风量减少,防止采空区浮煤主导型清洁煤的形成均(增)压防灭火的实质是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施,改变漏风区域的压力分布,降低漏风压差,使漏风量减少或趋近于零,以消除煤炭自燃的供氧条件,从而达到惰化火区、抑制遗煤自燃或熄灭火源的目的。在工作面进、回风巷中安设调节风门和在进风巷安设增压风机后,工作面的风压升高,采空区内的漏风量及漏风方向随调压情况改变,工作面与漏风口间的压力差变小或压差逆转,从而使得工作面扩散漏风量减少,氧化带宽度变窄,减少或杜绝了有毒有害气体的涌出。显然,这对抑制采空区遗煤自燃和有毒有害气体的涌出是相当有利的,可以保证工作面的安全生产。1201采煤工作面离地表近,受负压影响大,工作面尾巷和上隅角CO浓度超限正是受上部老采空区严重漏风造成的,采用注浆、注胶进行堵漏风,治理效果不确定,且人力物力花费高,而利用均(增)压系统进行防止有毒有害气体泄漏到回采工作面、防止采空区浮煤自燃,具有工艺简单、安全性好、投入少、作用明显等特点。鉴于此,根据1201工作面有毒有害气体超限特点,采用均(增)压方案治理1201工作面采空区浮煤自燃和CO浓度超限问题。4.2工作面回采系统在1201工作面实施均(增)压措施,即在1201工作面进风巷增设2道调节密闭和安设增压局部风机(3×22kW局部通风机4台,2台运行,2台备用);在回风巷增设2道联锁调节风门。工作面采取均(增)压防止有毒有害气体涌入回采工作面及防止工作面采空区自燃的通风系统如图2所示。使用均(增)压防灭火方法,在采空区氧化带漏风量减少的同时,工作面的风量也将减少。因此,需要测定进、回风量,在确定工作面风量有富余的前提下,在停采线附近设置调节风窗,其风窗调节口大小不断通过实测确定,尽可能减少进、回风巷风量差,减少采空区的漏风量,调节后确保工作面的供风符合有关规定。工作面实施均(增)压后一直到工作面安全回采结束,工作面的回风量稳定在650m3/min,进风量为673m3/min,采空区的漏风量控制在20m3/min左右;在工作面上隅角、尾巷内几乎监测不到CO气