易自燃煤层开拓开采防灭火技术对策分析.doc

易自燃煤层开拓开采防灭火技术对策分析1基本概况义马煤业(集团)公司所属义马煤田内开采有5对容易自燃煤层的矿井，即千秋、常村、跃进、杨村、耿村，井田总面积为68.73km2。设计能力810万t，占全公司的61.64%。所开采的侏罗纪中统长焰煤，呈立方节理、块状产出、风化后易破碎成小块，容易发生自燃，自然发火期1530d，最短为7d，燃点一般为300308。煤层均具有爆炸危险性，爆炸指数为44.7%51.8%。矿井均采用斜井多水平上、下山开拓或立井斜井多水平单翼上、下山混合式开拓(千秋煤矿)。采煤方法为走向长壁后退式，自然跨落法管理顶板。采煤工艺为综合机械化普通分层开采或放顶煤，以及炮采放顶煤等。2开拓开采与自然发火的关系开拓方式和采煤技术的变革与煤层自然发火的防治是相互联系、相互制约的。义马矿区开采历年的实践表明，开拓方式、采煤技术的变革与煤层自然发火防治技术的发展是息息相关的，不同的巷道布置、采煤技术对煤层自然发火的影响是不同的，巷道布置不当、工作面设计不合理、采煤方法落后、回收率低、推进速度慢、矿压显现明显、采空区跨落不严不实的采煤技术，伴生煤层自然发火的几率就越高，反之，则较低。因开拓开采原因而导致煤层自然发火的主要情形有：采区设计、巷道布置不合理；工作面上、下巷布置层位不当；采煤方法不合适；工作面推进速度慢；开采顺序不当；矿压显现明显、巷道压力大等。为有效防止因开拓开采原因而造成煤层自然发火，针对以上煤层自然发火的主要情形采取有效的防治对策。3防灭火技术对策分析3.1从工程设计入手合理布置巷道(1)合理确定巷道位置。开采有自燃倾向性的煤层，尤其是自燃倾向性较严重的厚煤层，主要进、回风巷；采区进、回风巷和一些服务时间较长的区段进、回风巷道，在布置巷道时，应根据围岩岩性、矿压大小和支护方式等因素，综合权衡后合理确定其位置。主要进、回风巷首先考虑布置于煤层底板岩性较好的岩层中，其距煤层的距离应超过回采动压的影响范围，一般为20m。若沿煤层顶板布置时，应充分考虑巷道的服务期限、煤层硬度、开采深度、顶板岩性等因素后，合理确定相邻巷道之间留设煤柱的合理尺寸，采区内主要巷道间的煤柱尺寸一般为4050m。(2)确定巷道的断面形状及大小、支护方式。对于生产集中或矿压显现强烈的巷道一般选用断面积较大的半圆拱型(或梯形)和耐压性较好的锚网、锚索、并架设“U”型钢(或工字钢)复合支护方式和工艺。并对巷道周边煤体暴露面和冒落、空隙区喷浆、充填隋性材料封闭隔氧堵漏，降低其自然发火的可能性。(3)专用回风巷工程。各个采区的回风巷应按照煤矿安全规程的规定，至少布置一条贯穿全区的专用回风巷，各个区段应通过回风石门或局部联络小立井与其连通，这样可减少井下发生煤层自燃灾变时灾害的波及范围，又可提高矿井防抗煤层自燃灾害的能力。3.2工作面优化布置义马矿区通过多年来对不同工作面的布置方式和开采方法对煤层自然发火影响规律的摸索、实践得出：区段巷道采用分掘分采布置时，各分层的巷道应布置在顶分层采空区的压实区内(即应力均衡稳定医)，并尽可能的远离顶分层原工作面的煤柱。巷道的支护应采用锚网、锚索和架棚等承压能力大、有利于应力重新合理分布的主动型复合支护，以大幅减弱巷道周边煤柱的支撑应力而使流变位移量减小，并保持巷道的有效通风断面而使风压消耗和风流通过较均匀、流畅，对防止巷道周边碎煤体、区段煤柱和停采线附近的煤炭自燃都有一定的预防作用。“两巷”均避开应力集中区而布置，护巷煤柱的尺寸一般为58m，分层开采法的开切眼一般内错布置于顶分层切眼以里2030m，停采切眼一般内错终止于顶分层里侧3050m。工作面的参数应充分考虑煤层自然发火期、回采速度和局部全负压通风网络后合理选择，具体情况见表1。对布置参数较大的工作面，虽然在煤层的自然发火期内根本回采不完，但若“两巷”布置位置、支护方式和参数合理、局部通风网络简单，风压消耗合适，掘进和回采过程中制定并坚持按要求实施针对性较强的综合防火措施，煤层自燃灾害是可以控制或消除的。3.3选择合适的采煤方法合适的采煤方法指回收率高、推进速度快、采空区塌实度好、推进方式有利于减少采空区漏风等，因此，选择适合于不同煤层赋存条件的采煤方法，可减少或消除采空区的遗煤自然发火。炮采(放)工艺由于推进速度慢，采空区浮煤有较好的漏风供氧条件，所以自然发火机率较大。综采工艺回采速度快，生产集中，在相同的条件下，碎煤体不仅暴露触氧时间短，而且面积较小，所以自然发火机率较小。合理的顶板管理方法对防止煤炭自燃也有一定的保障作用。自然垮落法管理顶板时，顶板岩性松软，容易跨落，碎胀比较大，其抑漏防火效果较好；反之，则碎涨系数较小，采空区塌落不密实，漏风量较大，浮煤堆积较疏松，极易造成自然发火。若采用全部充填法控顶时，只有充填非常密实饱满时，防火效果才有保证；否则，自然发火的可能性将加大。义马煤田煤层的直接顶板为细至中粒砂岩，泥质胶结。老顶为灰黑色致密状的，具有滑感、性脆的呈水平层里的碳质泥岩，回采后容易垮落。因此，义煤公司矿井采煤工作面的主要回采方法为走向长壁后退式综合机械化分层或一次采全厚，自然跨落法管理顶板。对一些走向较短的边角煤层采用走向长壁后退式炮采(放)工艺开采。实践证明：走向长壁后退式综合机械化采煤法对有效防止采空区遗煤发火很有利，尤其是是分层综采法，采空区遗煤发火的机率较低。3.4加快采煤工作面的推进速度义马矿区煤层自然发火期1530d，最短7d，工作面推进速度极为关键，若工作面停滞不前或推进速度缓慢，采空区浮煤体氧化产生的热量相对散失较少，容易发生蓄积升温而加快氧化过程，并造成参与氧化的浮煤量增大，可能随着工作面的推移而向前移动，煤层发生自燃机率升高。因此要求综放面推进速度不低于40m/月，综采工作面不低于60m/月，炮放工作面不低于35m/月，炮采工作面不低于30m/月。3.5坚持正常开采顺序正常的开采顺序，不仅可保证煤层的完整性，而且有利于采空区的封闭，这对防止破碎煤体的漏风自燃有一定的促进作用。因此，煤层群或厚煤层分层开采时，应先采上分层后采下分层；开采急倾斜煤层时，应先采上区段后采下区段，以提高矿井防、抗自然发火的基础能力。3.6采用大断面主动型复合支护控制矿山压力显现选用切合现场矿压实际的支护方式和参数，控制矿山压力集中显现，不仅有利于巷道的维护，而且可以减轻煤体内部裂隙网的发育程度、深度和煤体的破碎粒度，以防止漏风供氧诱发煤的自燃。义马矿区主要矿井生产采区矿山压力集中显现最严重的常村矿、千秋矿、耿村矿，在巷道支护改革之前，采用工字钢棚被动支护时，煤体破碎、流变严重，巷道断面收缩量高达60%80%，风阻和风压随之增大，风流撞击巷道顶、帮破碎煤壁的强度加大后，向周边煤壁内的漏风量也随之增大，造成自然发火现象十分普遍。2000年全面推广拱型大断面(815m2)普及锚网、锚索喷浆并架设剐性支护棚等主动型复合支护，矿山压力显现强度得到控制后，巷道周边煤体的流变、破碎位移量减小，裂隙发育程度降低，巷道空间和风流的流畅性得以保证，风压消耗适中，向巷道周围松碎煤体的扩散漏风强度明显降低，自然发火危害得到有效控制。4结束语(1)合理的开拓系统，从采区设计的源头上控制和消除了煤层自然发火的危险性。(2)优化工作面布置、合适的采煤方法、适宜的工作面推进速