复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采综合防灭火技术研究

1、第14卷第7期中国2004年7月China安全Safety科学Science学报Vol.14No.7JournalJul.2004复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采综合防灭火技术研究戴广龙1,2教授(1中国矿业大学能源学院2)学科分类与代码:62013010【摘要】,提,并阐述了预测、预报、预防的实施方法。该方法应用于,综合防灭火技术取得了较好经济和社会效益。复杂难采煤层;简易放顶煤开采;综合防灭火StudyonComprehensiveFirePreventingandExtinguishingTechniqueofSimpleCuttingTopCoalDroppingofComplicat

2、edandDifficultCuttingCoalBedwithHighGasDAIGuang2Long1,2,Prof.(1SchoolofEnergy,ChinaUniversityofMining2DepartmentofResourceExploitation&ManagementEngineering,AnhuiUniversityofScience&Technology)Classificationandcodeofdisciplines:620.3010Basedontheanalysisofself2ignitioncharacteristicsattheworkingface

3、inHuainanmine,afirepreventionandfullyAbstract:preparedextinguishmentsystemincludingfirepredictionandforecastwasestablished,andtheirimplementationmethodsde2scribed.ThesystemhasbeensuccessfullypracticedatseveralworkingfacesinHuainanminewithsatisfactorysocialandeconomicbenefit.Complicatedanddifficultcu

4、ttingcoalbedSimplecuttingoftopcoaldroppingKeywords:Comprehensivefirepreventionandextinguishment1引言淮南矿业集团老区矿井中C13煤层为高瓦斯突出煤层,瓦斯涌出量大(瓦斯涌出量25m3/min),有些边角块段,煤层赋存复杂,煤层厚,走向、倾向短,使用分层开采不合理,多数采用7型钢梁简易放顶煤法和悬移支架放顶煤法,即复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采是一项高产高效的回采方法,由于开采的特殊性,其开采过程中的煤层自燃不同于传统的炮采和分层开采,并且C13煤层易自然发火,自然发火期36个月。复杂难采高瓦斯煤层

5、简易放顶煤开采方法的开防和有效的灭火四道防线1,即综合防灭火技术,保证了复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面的安全生产,取得了较好的经济和社会效益。2自然发火特点淮南矿业集团老区矿井中C13煤层,由于煤层赋存复杂,地压大,煤层厚,走向、倾向短,采用了7型钢梁简易放顶煤法或悬移支架放顶法采煤方法。这类工作面,开采难度大,工艺复杂;煤层瓦斯涌出量大;工作面推进速度慢;四周有的是煤体,有的是采空区,有的与其他煤层采空区相连,巷道和采空区自然发火严重。因此,从时空上分析复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面自然发火有如下特点:(1)工作面开切眼和停采线发火严重。由于开切眼和停采线丢煤多,易与其他采空

6、区沟通,漏风适宜煤炭自燃。采成功,将直接影响该技术在淮南矿区的推广与应用。为了确保复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面安全回采,笔者在防止煤炭自燃方面,建立了预测、预报、预第七期戴广龙:复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采综合防灭火技术研究(2)工作面上下风巷自然发火严重。由于工作面上下75化试验研究,优选出适合于该煤层的自然指标气体,并确定温度、气体成份等与煤炭自燃危险程度之间的关系。淮南C13煤层低温氧化过程之有规律地出现CO、C2H4两种气体,且气体生成量随煤温增加而增大,具有较好的规律性,如图1所示。但在煤层本底气体和煤样低温氧化过程中前从煤样袋中抽取的气样中分析均有C2H6,故C2H6

7、不宜作指标气体。可采用CO和C2H4两种气体作为预报煤炭自然发火的指标气体。C2H4风巷沿底施工,煤层厚,易压疏,掘进过程中易搭“凉棚”;与相邻阶段易沟通形成漏风而引起巷道周边煤炭自然发火。(3)地质构造带附近易发生煤炭自然发火。(4)从时间分析,由于煤层赋存复杂,开采难度大,工艺复杂,煤层瓦斯涌出量大,工作面推进速度慢,工作面采空区、开切眼、停采线和下风巷存在时间大于自然发火期。因此,从以上时间和空间分析,工作面采空区、开切眼、停采线遗煤和下风巷是防火的重点。3自然发火综合防治技术,工作面,、合防灭火体系。煤温工作面上部工作面下部工作面中部607060浓度(10-6)825煤温1101201

8、10浓度(10-6)3.1自然发火的预测预报首先,对淮南矿区C13煤层进行煤层本底气体和低温氧注:通风量Q=200ml/min1-某工作面上部煤样(Q=200ml/min)2-某工作面下部煤样(Q=200ml/min)3-某工作面中部煤样(Q=240ml/min)图1C13煤层低温氧化生产的CO和C2H4浓度与煤温关系在开采过程中,采用温度计和红外测温仪对工作面上隅角、工作面回风流、密闭墙和钻孔的温度进行动态观测;通过束管检测系统或人工取样对工作面上隅角、工作面回风流、密闭墙和钻孔等处气体成份进行动态预测,为预报提供基础数据。再者,在预测的基础上,对预测的温度、气体成份等数据

9、进行分析研究,为煤炭自燃的危险程度进行预报。点后,在8号点前设一调节窗降低8号点能位,同时在7,8号点密闭墙处各接一水柱计,观测采空区的压差。3.2均压防火技术调整放顶煤工作面的局部通风系统,最大限度地减少向采空区、停采线和开切眼漏风,从而有效地控制了采空区、停采线和开切眼遗煤氧化;及时封闭采空区的联络巷、溜煤眼;工作面区域内的风门一律实现闭锁。定期测风测压,保持系统的稳定性,实现工作面推进过程中的动态均压控制。例如,李二矿悬移支架放顶煤工作面局部通风系统及能位测试布置如图2所示。各测点相对于1号测点能位分布如图3所示,从图3可看出,4号测点能位和7号点基本相同,而8号点能位高于7,4,5号测

10、点。为此,将7号点前调节窗移至1号测图2李二矿悬移支架放顶煤工作面能位测试测点布置示意图3.3回采巷道自燃防治回采巷道的煤炭自然发火与其所处的漏风环境密切相关,在煤矿实际开采过程中,回采巷道所处的漏风环境不外乎两种情况:76中国安全科学ChinaSafetyScience学报第14卷Journal2004年3.5提高放煤率,提高回采率,保证适当的回采速度由于煤层较硬,坚固系数较大,往往顶煤冒落滞后于老塘扑出的矸石;顶煤冒落块度大、煤矸混杂,造成顶煤不易放出,从而影响了回采率和回采速度。这对防火极其不利。为了解决顶煤冒落问题,提高回采率,在工作面对顶煤进行注水2,如图4所示,破坏顶煤物理结构,使

11、顶煤破碎,以减小冒落煤的块度,减小煤矸混杂程度,提高回采率和毛煤质量,其回采率在85d图3李二矿悬移支架放顶煤工作面各测点相对于1号测点的能位图一是由于工作面上下区段顶、底区已回采,回采巷道四周存在已采区,形成从回采巷道向采空区(采巷道)的漏风,、片邦等情况时洞,引起松散煤炭的氧化。针对巷道顶煤自然发火,在掘进巷道时为减少顶煤的下沉冒落及松散离层。采取了提高支护质量及时支护的措施和巷道水泥沙浆喷涂、注凝胶隔离等综合措施。一是在掘进过程中杜绝或减少冒落孔洞的形成,加强掘进巷道的管理,不“搭凉棚”。如果冒落孔洞较小,范围不大时,用黄泥、砂浆等不燃性材料密封、填实。二是与采空区相连的巷道邦,首先在整

12、条巷道邦加背板,然后在背板上喷2030mm厚的水泥砂浆,封堵漏风,隔绝空气与采空区遗煤接触,防止遗煤氧化。工作面前方15m附近,由于受超前压力的影响,水泥浆壁而被破坏。采用喷涂快速凝胶等方法,来封堵漏风。图4注水孔布置示意图4结论通过以上实践,针对复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面的自然发火,必须根据其具体条件,采用综合防治技术。(1)构筑以预测、预报、预防为主,充分的灭火准备为辅的综合防治体系,预测是基础,预防是中心,预报以弥补预防之不足,充分的灭火准备则可大大减少火灾的损失。(2)煤低温自热氧化,其温度升高,同时伴随气体产生。所以,利用标志气体和温度进行预测预报,准确可靠。但要根据不同

13、的煤,优选出适合于本煤层的标志气体,确定标志气体与温度的关系。(3)采用均压技术,注浆堵漏是减少漏风、防止煤炭自燃的既经济又可靠方法。(4)采用顶煤注水,提高放煤率,从而提高回采率,减少采空区遗煤,从根本上减少了采空区煤炭自然发火的危险性;采用适当的回采速度,使采空区遗煤存在时间小于其自然发火期。(收稿:2004年3月;作者地址:江苏省徐州市;中国矿业3.4堵漏与注浆(1)水泥沙浆喷涂堵漏,对巷道易发火地点及采后封闭墙进行喷涂水泥沙浆。喷涂厚度一般不少于30mm,喷涂质量直接影响其防漏风效果。(2)压注凝胶堵漏,采用泥浆泵将凝胶压注到煤体内或压注到两层密闭堵之间。凝胶具有良好的固水和降温吸热作

14、用。(3)黄泥灌浆是一种我国煤矿应用比较成熟的常规防灭火技术,它在开采有自然发火煤层时得到广泛的使用,有许多经验可借鉴。但是,复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面,跟底回采放顶煤,顶板管理采用全部跨落法管理顶板。因此,如何将泥浆灌到采空区的顶部,保证灌浆的质量是一个难题。为了解决这一问题,一是采用常规的注浆方式,即随采随注和工作面洒浆;一是利用顶板走向瓦斯抽放钻孔向工作面上部采空区注浆,提高注浆效果。大学能源学院;邮编:221008)参考文献1张国枢,戴广龙.煤炭自燃理论与防治实践M.北京:煤炭工业出版,2002.3:14152戴广龙,唐永志.王永等简易放顶煤工作面煤层注水试验J.煤炭科学技

15、术,2003,31(5):1315安全科学技术人才交流园地本期论文作者简介蔡果湖南公安高等专科学校交通管理系主任、交通安全管理研究所所长,教授,注册科技咨询师,专业技术三级警监,1956,出版道路交通安全论等专著两部;主编出版道路交通工程学、道路交通管理教程等专业书籍5部;在中国安全科学学报等国内外刊物和学术会议上发表发展我国可持续发展城市道路交通的思考等论文40余篇,其中多篇获省部级自然科学优秀论文奖。戴广龙徽霍邱人,年毕业于淮,硕士学位,现为中国矿业大学在读博士生。1987年毕业后留校任教至今。曾任安徽煤炭劳动学会矿井通风专业委员会委员。近年主持和参加“高瓦斯低透性煤层强化增透技术研究”、

16、“无煤柱阶段连续开采综放工作面瓦斯和自燃、综合治理研究”“、矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术研究”等项目的科研工作,获省部级科技进步奖1项。现主要从事安全技术及工程学科的教学与科研工作,研究方向为矿井通风与防灭火。第一作者发表论文20余篇,参加编写高校教材1部,合著著作1部。姚海波博士研究生。1971年9月生于吉林省公主岭市,1991年7月毕业于长春地质学校,同年进入吉林省地勘局区域地质调查所工作;1992年9月1995年7月在长春地质学院水文地质工程地质系进修学习;1999年9月考入南京大学地球科学系,主修地质工程专业,获得19992000年度优秀研究生奖学金,并获2002届南京大学优秀

17、毕业生称号;2002年9月至今,就读于北京交通大学土建学院岩土工程专业,主修隧道工程。从入学至今完成和在作的项目有“风火山隧道浅埋暗挖法三维数值分析”和“北京地铁五号线崇文门车站浅埋暗挖法施工关键技术研究”。刘素霞硕士研究生。河北省沧州市人,1979年生。2002年毕业于江苏大学生物与环境工程学院安全工程专业,后考取该校环境工程专业硕士研究生,师从陈万金教授。研究方向为安全与环境经济技术理论研究,主要从事安全投入方面的研究。连续多年获得各类奖学金,参与了“江苏省工业企业安全生产投入情况调查”的调研和安全投入统计分析工作,目前参加“镇江市非公有制企业安全生产情况调查”工作,并主持江苏大学学生科研项目“安全投资统计分析方法研究”。已发表论文4