Y型通风沿空留巷技术研究-淮南PPT课件

1 高瓦斯回采工作面Y型通风与沿空留巷技术 2007年5月 2 高瓦斯回采工作面Y型通风与沿空留巷技术 一 引言二 现阶段高瓦斯工作面的瓦斯治理方式三 沿空留巷Y型通风的优点四 高瓦斯工作面Y型通风沿空留巷关键技术五 研究工作思路六 需要解决的问题 3 一 引言 煤炭是我国的主体能源 煤炭工业是我国重要的基础产业 随着矿井开采深度的增加 煤层瓦斯含量 瓦斯压力随之增加 煤炭回采时瓦斯涌出量显著增加 地压显现加剧 地温热害严重 现阶段 我国在生产的采煤工作面绝大部分采用U型通风方式又称传统的通风方式 4 一 引言 U型通风与Y型通风比较 U型通风 采空区 Coal煤 5 图1U型通风示意图 上隅角瓦斯聚集区 一 引言 U型通风的问题在于 上隅角瓦斯聚集无法根本解决 通风路径长 风阻高 6 一 引言 7 采用U型通风方式具有下列优缺点 优点 结构简单 巷道施工维修量小 工作面漏风小 风流稳定 易于管理 缺点 上隅角瓦斯易积聚而易引起瓦斯超限 德国 澳大利亚等国外发达国家 高瓦斯采煤工作面一般均采用Y型通风方式 对高瓦斯采煤工作面来说 U型通风方式是一种传统而落后的通风方式 一 引言 8 上隅角瓦斯的聚集 图2U型通风工作面采空区流场几何模型 图3单一U型通风工作面增风采空区流场及瓦斯浓度场 一 引言 9 传统单一U通风方式 高位钻孔或高抽巷虽能抽放采空区瓦斯 但上隅角仍然存在瓦斯积聚问题 瓦斯时常超限 岩巷工程量大 一 引言 10 1980年 1997年瓦斯事故频繁发生 严重地制约着淮南矿区安全生产和生存发展 得天独厚的资源优势和区位优势难以发挥 1998年以后 淮南矿区研究并实施走向顶板高位抽放技术 大大降低了采煤工作面瓦斯威胁 但尚未从根本上解决上隅角瓦斯超限问题 由于瓦斯问题没有能够得到有效 科学的解决 也是造成近几年我国煤矿瓦斯事故频发的主要原因之一 一 引言 11 淮南矿区事故死亡人数统计 一 引言 12 2004年10月20日 河南新密市平陌镇的郑煤集团大平煤矿发生特大瓦斯爆炸事故 148名矿工遇难 200 年11月2 日 陕西铜川陈家山煤矿11 28特大瓦斯爆炸 死亡1 人 200 年 月 日 辽宁孙家湾煤矿发生特大瓦斯爆炸事故 4人死亡 13 长期以来 对高瓦斯采煤工作面的瓦斯治理做了很多试验研究 但是取得的效果并不理想 瓦斯没有从根本得到彻底治理 建设本质安全型矿井的历程还很长 淮南矿区为我国高瓦斯矿区的典型代表 已探明煤炭储量500亿吨 均为松软低透气性高瓦斯煤层 瓦斯蕴藏量5928亿m3 随着向深部开采 瓦斯治理的难度越来越大 一 引言 14 一 引言 淮南矿区跨越式大发展 必须从根本上解决瓦斯安全问题 瓦斯问题必须治本 15 二 现阶段高瓦斯工作面的瓦斯治理方式 高位抽放 存在的问题 巷道或钻孔施工的工作量大 受煤系地层覆岩结构影响 合理抽放的区域变化大 抽放瓦斯效果难以得到充分的保证 16 保护层开采邻近煤层卸压瓦斯抽放方法 二 现阶段高瓦斯工作面的瓦斯治理方式 保护层开采消除被保护层的突出危险高瓦斯被保护层布置底板抽放巷 被保护层卸压瓦斯抽放 17 采空区埋管抽放 二 现阶段高瓦斯工作面的瓦斯治理方式 存在的问题 由于埋管管径偏小 埋管抽放量小 抽放浓度不高埋管的位置和抽放参数的关系有待于进一步研究 18 1 矿井采掘规划与矿井采区开拓布局的革命 三 沿空留巷Y型通风的优点 19 三 沿空留巷Y型通风的优点 2 真正实现无煤柱开采 提高回采率 降低巷道准备费用 采用沿空留巷 可以完全取消区段煤柱 提高资源回收率 降低巷道掘进率 减少掘进费用 加快工作面的准备 改善巷道维护情况 减少维护费用 改善矿井生产条件 有利于生产的集中化 20 三 沿空留巷Y型通风的优点 3 实现无煤柱开采 没有煤柱影响区的应力集中 应力集中区煤与瓦斯突出危险威胁消除 有煤柱开采 21 三 沿空留巷Y型通风的优点 3 实现无煤柱开采 没有煤柱影响区的应力集中 煤与瓦斯突出危险威胁消除 无煤柱开采 22 三 沿空留巷Y型通风的优点 传统U型通风方式 无论采用高位钻孔 埋管抽放 还是利用高抽巷 都不能从根本上解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题 采用Y型通风方式 改变了采空区风流方向 从而改变了采空区瓦斯运移规律 同时利用倾向钻孔 埋管抽放 从根本上解决了上隅角瓦斯积聚和超限的问题 4 从根本上隅角瓦斯超限问题 23 5 解决抽放瓦斯钻孔布置层位问题 抽放瓦斯效果得到保证 三 沿空留巷Y型通风的优点 走向高位抽放有效区域受覆岩结构和关键层位置影响大 层位难以控制走向高抽巷或长钻孔工程量大 成本高 前期准备工作量大 24 5 解决抽放瓦斯钻孔布置层位问题 抽放瓦斯效果得到保证 三 沿空留巷Y型通风的优点 沿空留巷封闭性好 采空区积存大量瓦斯 瓦斯浓度高 倾向抽放瓦斯钻孔贯穿三带 实现抽放瓦斯浓度高 抽放瓦斯量大 倾向钻孔有效抽放瓦斯影响范围大 降低走向钻孔和高抽巷工程量 25 三 沿空留巷Y型通风的优点 26 三 沿空留巷Y型通风的优点 27 三 沿空留巷Y型通风的优点 28 三 沿空留巷Y型通风的优点 29 三 沿空留巷Y型通风的优点 沿空留巷对抽采钻孔的影响 30 三 沿空留巷Y型通风的优点 沿空掘巷时的压力释放 31 三 沿空留巷Y型通风的优点 瓦斯抽采巷道 抽放钻孔终孔位置应贯穿裂隙带 8 米 32 5 解决抽放瓦斯钻孔布置层位问题 抽放瓦斯效果得到保证 三 沿空留巷Y型通风的优点 沿空留巷Y型通风采空区瓦斯抽放系统布置图 33 6 优化布置近距离被保护层卸压瓦斯布置 工程量大大降低 沿空留巷Y型通风近距离被保护层卸压瓦斯抽放布置图 三 沿空留巷Y型通风的优点 34 7 沿空留巷位于采动卸压区 支护容易 便于维护 三 沿空留巷Y型通风的优点 浅部实测充填体载荷曲线 采动卸压区充填体支撑载荷显著降低 留巷维护容易 35 8 解决 型通风回风流温度高的难题 三 沿空留巷Y型通风的优点 采空区内的热量通过沿空巷道直接进入专用回风巷 机电设备和机械等产生的热量 通过进风流带入沿空巷道进入到专用回风巷 两巷进风 工作面人员全部位于进风流 作业环境改善 36 三 沿空留巷Y型通风的优点 9 倾向钻孔卸压抽放 替代高 低抽巷 经济效益显著 37 三 沿空留巷Y型通风的优点 沿空留巷Y型通风是传统采矿向现代采矿转变的标志之一 矿井开拓方式 通风方式 采煤工作面设计和采掘接替理念上的一次飞跃新型膏体充填材料和充填工艺 保证了留巷的长期稳定 安全 可靠 建立了沿空留巷Y型通风的必备基础条件带来了高瓦斯煤层采煤工作面瓦斯综合治理方法的突破加快了实现向本质安全型高产高效矿井的目标前进的步伐 38 四 高瓦斯工作面Y型通风沿空留巷关键技术 关键技术 沿空留巷工作面矿压显现规律研究 膏体材料与充填工艺关键技术 瓦斯治理技术 受多次采动影响的巷道支护技术 39 4 1 沿空留巷矿压显现规律研究 研究的主要内容充填支护体的强度以及变形规律的研究 沿空留巷的充填支护体对错动离层带区 二次破断区和微破裂区形成及发展规律的影响 煤体与顶板岩层及支护三者间相互作用规律 沿空留巷的支护的匹配研究 沿空留巷巷道顶板理论的研究 要求 建立大采矿的概念 多专业学科的协同配合研究 40 图顶板破坏示意图 41 图沿空留巷的受力状况 煤帮支承应力 冒落带岩层 裂隙带岩层 42 图充填体与顶板相互作用力学模型 43 4 2 充填膏体材料与充填工艺研究 主要研究内容 膏体材料制备研究 组成 结构与性能关系 三轴压缩应力 应变特性 单轴抗压应力 应变特性 凝结时间与强度发展规律 泵送性能 44 充填工艺系统设计 模板与支护工艺 泵送工艺 材料输送工艺 材料制备工艺 45 蹋落度16 21cmV10 50 65mlV140 165 185ml相对应力泌水率 30 40 流变性能 膏体充填材料性能 46 可根据现场实际情况要求调整 凝结时间 初凝 3 0 4 0h终凝 5 0 6 0h 47 可根据现场不同要求调整 抗压强度 抗压强度 1d 0 5 3Mpa 3d 2 5 5 6Mpa 7d 5 5 8 7Mpa 28d 11 4 15 8Mpa 48 应力应变试验 应力应变曲线 单轴抗压应力 应变 49 1 优良的泵送性能和自密实性能 膏体材料的性能优势 50 测强后试件 抗压强度试验 2 较高的强度和适宜的强度发展速度 51 C10膏体材料应力应变曲线 28d C10膏体材料应力应变曲线 3d 一般砂浆应力应变曲线 3 良好的可压缩性 4 较高的残余强度 52 7d试压后存放至28d试件 28天再压情况 试压后留存试件 5 良好的强度恢复性能 53 充填设备 德国普茨迈斯特BSM E混凝土泵 54 德国普茨迈斯特BSM1002 E混凝土泵 充填设备 55 德国普茨迈斯特BSM1002 E混凝土泵 充填设备 56 德国普茨迈斯特BSM1002 E混凝土泵 充填设备 57 充填工艺 充填操作工艺流程 替棚清理 支模 搅拌输送 充填清洗 拆模 下一循环 58 综采工作面也可采用模板支架自动前移 充填工艺 59 充填系统 1 泵送系统矿井混凝土沿空留巷巷帮充填 依靠的是一套完整的机械化自动化程度很高的充填系统 充填工艺 60 2 输送系统有完善的输送料系统 德国BSM系列混凝土输送泵及高压输送管道 一般均采用单轨吊方式布置于顺槽中 距工作面很近 随采煤工作面的推进而移动 管道阻力小 选用耐高压输送管道及耐高压的密封圈卡箍连接 混凝土泵送系统可以在高压区连续工作 留巷充填影响因素少 操作工艺极为可靠 充填工艺 61 3 上料系统建立机械化的泵送系统 自制皮带机上料 下料 上料由机械进行 由于充填系统的工作是连续的 上料系统必须保证连续 各矿在使用中必须解决 最大限度地减小工人的劳动强度 充填工艺 62 充填工艺 63 国外充填技术的应用 用普茨迈斯特BSM1002泵输送建筑材料进行密封和注浆 注浆使巷道加固 建造防爆密封 建造混凝土通道墙体减少矿山火灾减少空气泄露减少变形 延长通道寿命提高采矿速度加强了通道和开采面结合处的控制减少了木材的消耗 64 德国充填风送系统 65 德国使用现场的照片 66 德国使用现场的照片 67 德国使用现场的照片 外锚内架壁后充填 68 泵送膏体在支架后充填采空区 煤层 上方地层 采空区 充填站 竖井 封闭的管道输送系统 充填泵 69 长壁开采面配充填管道的截面图 带分配系统的长壁开采面 充填物 Source DMT 70 新庄孜矿留巷现场照片 71 4 3 Y型通风瓦斯治理与煤自燃发火研究 主要研究内容 理论研究 Y型通风采煤工作面瓦斯涌出量预测方法研究 正确预测Y型通风采煤工作面的瓦斯涌出量 试验采煤工作面采区通风系统调整与风流控制模拟预测研究 Y型通风采煤工作面能位分布特征与采空区漏风规律研究 Y型通风采煤工作面采空区滤流场 瓦斯浓度场 温度场的研究 包括现场实验研究和数值模拟分析研究 72 采煤工作面采区通风系统调整与风流控制模拟预测技术 Y型通风方式采空区煤炭自燃控制技术 二进一回Y型通风采空区瓦斯浓度场 温度场分布与新型瓦斯治理技术 Y型通风采空区瓦斯与煤自燃综合治理技术的有效性 经济性和合理性分析 主要研究内容 技术研究 4 3 瓦斯治理与煤自燃发火研究 73 Y型通风方式试验采煤工作面煤层瓦斯赋存规律与瓦斯涌出量预测方法 沿空留巷Y型通风瓦斯抽放方法与合理布置Y型通风采煤工作面能位分布特征与采空区漏风规律及治理方法 采空区瓦斯抽放与煤炭自燃控制技术与方法 二进一回Y型通风采空区煤炭自燃三带与瓦斯煤自燃综合治理技术与措施 4 3 Y型通风瓦斯治理与煤自燃发火研究 主要研究内容 工程化研究 74 试验采区通风系统调整与风流控制研究 试验采煤工作面瓦斯涌出量预测研究 Y型通风采空区瓦斯与煤自燃综合治理研究 型通风采煤工作面能位分布特征与采空区漏风规律研究Y型通风采空区瓦斯浓度场 温度场分布数值模拟研究二进一回通风方式不同进风比条件下采煤工作面瓦斯涌出规律及关键影响因素分析Y型通风采空区瓦斯浓度场的实际考察研究 确定合理的采空区瓦斯抽放方式和抽放区域采区通风系统调整与风流控制试验采煤工作面瓦斯涌出量预测研究研究顶板倾斜钻孔 巷道 抽放采空区瓦斯的效果和合理的抽放方式试验研究大直径埋管抽放采空区瓦斯的效果和合理的抽放工艺Y型通风采空区煤炭自燃三带及采空区瓦斯抽放与防火关系研究 Y型通风瓦斯与煤自燃综合治理技术研究 关键技术 75 4 4沿空留巷矿压显现规律及支护技术研究 沿空留巷工作面矿压显现规律研究适应于工作面矿压显现规律的巷道支护技术充填体的强度及变形特征受多次采动影响下的留巷支护技术底鼓防治及快速卧底修复技术 76 五 研究工作思路 材料设计系列化 原材料更大量使用工业废弃物 工艺系统进一步完善 膏体材料与充填工艺 77 提出科学的Y型通风采煤工作面瓦斯涌出量预测方法 正确预测Y型通风采煤工作面的瓦斯涌出量 针对试验工作面瓦斯涌出和煤炭自燃情况 提出并实施安全可靠 科学合理的瓦斯和煤自燃综合治理技术 替代顶板高抽巷 提高采空区瓦斯抽放率 实现Y型通风向瓦斯工作面的安全开采 五 研究工作思路 Y型通风沿空留巷