易自燃特厚煤层综放工作面回采技术

易自燃特厚煤层综放工作面回采技术

1工作面自然长火焰煤采区铁法集团大兴矿28.06工作面位于大兴矿北部第二采区。采层为7#煤层，平均厚度10m，工作面长861m，斜长180m。边坡磨损和回采空间的“u”型通风。工作面绝对瓦斯约为40～60m3/min,为高瓦斯工作面,回采煤层为长焰煤,一级易自然发火煤层,其最短发火期为20d左右,并且火成岩侵入严重,采高大,采空区丢煤严重。该采区的7#煤层已经采过4个综放工作面,其中有2个综放工作面N2702、N2703因自然发火而封闭工作面,因此N2706工作面防治煤层自然发火任务相当重。工作面开采初期曾经出现采空区CO浓度高达1000×10-6,而且出现C2H4,甚至出现过C2H4、CO浓度急剧上涨的情况,虽然风流中CO浓度未超限,也未出现明火,后经处理得到控制,但仍给安全生产带来严重威胁。2自然退火的可能性通过已经采过的几个综放工作面防治煤层自然发火经验,认为综放工作面和其它采煤工作面相比有如下特点:1)工作面推进速度慢。综放工作面煤层比较厚,单位进尺产煤量大,即工作面产煤工序包括采煤机割煤和放顶煤2道工序,而放煤量为割煤量的2倍,所以,工作面推进速度比其它工作面要慢,这样,就增加了煤的自然发火的几率。2)采空区的空间大。由于综放工作面煤层比较厚,提高采、放工序后,采空区的空间大,漏风空间大,漏风量大,从而增加了自然发火的可能性。3)采空区遗煤量大。综放工作面回采率比其它工作面要低,因为放煤过程完全靠人为控制,放煤量取决于放煤工技术水平、工作经验和责任心,尽管用一些控制手段,但还是不能完全进行控制,因此,其回采率远远低于其它工作面,采空区遗失煤炭多,而且,采空区遗煤呈立体分布,满足了煤炭自然发火的条件。4)采空区自然发火位置的不确定性。通过上述分析,综放工作面采空区有较大的空间,遗失大量的煤炭,所以,其自然发火位置不确定,给预防和处理综放工作面采空区自然发火造成很大的困难。5)煤矿科学技术的发展,煤巷锚网、锚锁支护技术的使用,大大提高了掘进速度,降低了劳动强度,提高了支护质量,但同时也为预防煤的自然发火造成了负面影响,因为在回采过程中,两巷受悬臂梁作用,靠工作面外层巷道不易垮落,与开切眼形成漏风通道,为开切眼和两巷自然发火创造条件。3矿井内火炬气的影响分析利用采空区风火瓦斯耦合仿真软件,对大兴矿N2706综放工作面进行数值模拟,分析了流场的分布,划分自燃氧化横三区、纵三带的范围,对矿井内因火灾的防治提供指导,有利于矿井的安全生产和整体安全水平的提高。3.1“横复合材料”区域划分根据煤自燃的基本条件和采空区浮煤氧化环境,采空区遗煤自燃区域大体可划分为3个区,即散热不自燃区域、可能自燃氧化区域和窒息区域(简称“横三区”)。其划分通常有2种标准,即以采空区内的漏风速度、氧气浓度。以大兴矿N2706推进300m为例,研究划分“横三区”各个区域。N2706进风巷面积与回风巷面积为12m2,进风量1343m3/min,现根据风量的变化划分“横三区”。进风侧和工作面中部划分结果见表1和表2。从表1、表2可知,由工作面向采空区漏风是客观存在的,采空区可能氧化区域比较大,而且采空区进风侧位置自燃氧化带区域延伸较深。3.2采空区内通气分散研究考察采空区“纵三带”,可提高对综放支架上部煤层自然发火危险性的认识。采用Gambit进行建模,建模参数为:巷道及工作面高度为3m,宽度为4m,采空区及顶板高度为25m,工作面长180m,采空区延伸100m,进风巷风量为1343m3/min。通过仿真发现,采空区在纵向方向存在通风散热带、氧化带及不易氧化自燃带。考察发现:综放工作面上部2～8m范围的氧气浓度为10%～18%,为氧化带;支架以上0～2m范围内氧气含量为19%,此空间为通风散热带。4防消防技术4.1运顺自身注氮通过仿真系统为注氮系统选择参数。综放面回采过程中采空区防火注氮为开区注氮,采空区进风侧埋管,以2台N2流量为1000m3/h制氮机连续注氮,由运顺预先向采空区每推进30m埋入1趟ϕ108mm钢管,随着工作面推进进入采空区20m开始注氮,进入70m停止,保持2趟ϕ108mm钢管持续向采空区20～70m范围的漏风带和氧化带内注N2。采空区开放式注N2流量越大,防火的效果就越好,反之就越差,但受采空区漏风风流、风压影响,流失性强,停止注氮后其防灭火作用易消失,因此采空区开区注N2防火的关键是N2流量和氮气出口位置的合理选择,并且应保持持续稳定地输送N2。4.2角点炭角角点炭角综放面回采期间采空区自然发火是由于采空区氧化带内残存的浮煤在连续供氧的条件、持续的储热环境下造成的,而工作面前三角点隅角、后三角点隅角是采空区漏风供氧的主要通道。工作面回采过程中在工作面前、后三角点架后同时采取充填河砂、砌筑挡风墙等封堵措施,对采空区漏风通道进行封堵,是减少采空区漏风最有效的方法,通过采取充填河砂封堵措施,不但可以改变采空区氧化带的范围和供氧条件,使氧化带提前进入窒息带,而且在进行水砂充填过程中大量的水对采空区浮煤起到湿润降温的作用,破坏浮煤的持续储热环境,从而有效防止自然发火事故发生。1b充填反渗透膜段综放面开采前,预先由运回顺向开切眼前三角点、开切眼内各埋设1趟ϕ108mm充填管路,工作面回采老顶初次来压(30～50m)冒落后,利用预先埋设的管路向开切眼存在的1条近似三角形断面的空间内充填河砂,封堵漏风通道,并且对附近的浮煤湿润降温。工作面回采期间,根据采空区自然发火危害程度,结合回采推进速度,工作面每推进10～40m,对前、后三角点架后采空区进行1次水砂充填封堵。对于火成岩侵入区段可以根据侵入的范围在架间埋管,一般推进5～10m开始充填。2角点未开洞角进行填充工作面回采结束后和节日放长假期间,采空区氧化带不能及时推入窒息带内,其浮煤继续发生氧化反应产生CO释放热量,如果持续蓄热达到自然发火期就会发生自燃,为防止该区域浮煤自燃,除了对工作面前、后三角点隅角进行封堵充填河砂外,还应在工作面与采空区之间形成一道砂墙,隔绝或减少向采空区漏风,人为强制减小氧化带范围将其变成窒息带,是最有效最实用的防灭火措施。回采结束后,利用了铺设的铁网作为外沙门子插管进行充填,能够取得较好的效果。工作面收尾期间,当推进至采止线15m时开始进行铺网,工作面回采结束后,保证铁网的端头正好落入采空区被浮货压住,利用铺设的铁网及网上拦截的破碎浮货做为外砂门子,然后往里插设ϕ108mm铁管,向采空区充填河砂。不但可以在撤除支架时减少人工清货、保证现场施工安全,而且省略了钉沙门子堵漏这一施工程序,并增加了严密性,防止了充填河砂时跑砂现象。3顶部灌溉,自然历史地面受火成岩侵入等地质构造影响,采面中部易出现岩石区,不但影响推进度,而且是自然发火已发生地点,由于残留采空区内大量煤炭,呈现立体分布,必须采取顶部浇灌的方式防火。因此可以利用工程钻机利用运回顺硐室施工穿层目标钻孔,下入护壁套管,使用充填系统对构造岩石区采空区上部充填河沙。4.3注浆管出口留空区自然退火隐患选择在回风顺槽铺设管路,同时向采空区预埋注浆管,出口留在采空区易出现自然发火隐患处,主要是在回采工作面开切眼后三角点、停采线、火成岩侵入及运回顺采空区空间等处。4.4喷洒液在工作面的形成，以控制漏风技术在工作面停止推进时,可沿工作面支架进行架间喷浆、下隅角空间喷浆。4.5采空区内循环冲击下的采空区充填通风系统的稳定是采空区流场稳定分布的基础,采区隅角堵漏、充填河砂等措施是有效控制漏风强度措施,但因工作面火成岩的侵入影响,采区侵入区段爆破落岩,其冲击作用对于采空区影响较大,因此采空区立体充填泡沫,因其较好的张性,可在冲击波过后基本恢复,具有较好的控制漏风作用。风量的稳定也是采空区防火的主要因素,因此在回采时期应减少风量调整,并加强主要关联通风设施的管理是减少采空区流场扰动因素的主要控制技术措施。4.6提高抽放效果,降低瓦斯抽放量大兴矿为高瓦斯突出矿井,回采工作面最高绝对瓦斯涌出量高达120m3/min,多年来不断总结经验、探索方法,形成了一整套成熟实用技术,在治理瓦斯和防治自然发火上,采取了以抽为主、风排为辅、分源治理的工作指导方针,通过引进大功率抽放设备、大直径抽放管路,进行抽放系统改造,提高系统抽采能力,合理选择抽放方法,提高瓦斯抽放效果,既从根本上解决了瓦斯超限问题,又防止了因抽采方法不当或抽采量过大引起自然发火,同时减少了工作面配风量,实现了以风防火。高瓦斯煤层工作面回采时,传统的观点认为,以风定产就得加大风量处理瓦斯,然而大风量虽然能充分稀释工作面瓦斯,但是会造成采空区漏风量加大、加深,将采空区深部瓦斯扫出。而且大量漏风稀释采空区瓦斯,使得采空区高浓度瓦斯区减小、低浓度瓦斯区增大,抽采效果降低。同时漏风深、漏风量大,对防采空区自燃发火非常有害。因此,对于大兴矿高瓦斯突出易自然发火矿井,合理选择通风方法,同时合理调整工作面配风量、稳定通风系统、均压通风是有效治理瓦斯、防止自然发火事故的关键。4.7采空区浮煤冷却回采工作面采空区的易发火段为工作面前半部分,在采取有效地控制漏风措施后,还需不强采取采空区浮煤冷却措施,方便易行的方法为注水,并且通过高位注水,可以使得采空区内立体分布的遗煤充分得到湿润冷却。1两井管网注浆通过在运顺开凿钻场,使用坑道钻机,施工斜交高位钻孔,下入注水套管,使用聚氨酯胶封孔,利用井下供水系统直接向采空区注水来实现。钻孔随工作面推进滞后在采空区冒落角处断裂,随工作面同步相对稳定的推移,使得落矿煤能够及时的水冷湿润。2采空区冒落煤地层钻孔具备条件的采煤工作面可以实施顶板近水平长钻孔,下入注水套管,使用聚氨酯胶封孔,利用井下供水系统直接向采空区注水来实现。钻孔随工作面推进滞后在采空区冒落角处断裂,随工作面同步相对稳定的推移,使得落矿煤能够及时的水冷湿润。优点:范围广,使用时间长。3顶板瓦斯道浇注顶板瓦斯道是主要截留上隅角瓦斯涌出的措施,需要大流量高负压的强抽,因此对于煤层底板瓦斯是防控火灾的重点,并且不同位的多重瓦斯道注水更便于注水防火的分布。根据顶板瓦斯道走势,可以在回顺实施斜交钻孔,目标位瓦斯