王 洋
(沈陽(yáng)焦煤股份有限公司林盛煤礦遼寧沈陽(yáng)110122)
偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法是開(kāi)采急傾斜中厚煤層的較好的一種方法[1-5],這種采煤法不但取消了單體鉸接梁支護(hù)和采空區(qū)頂板管理,減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度,增強(qiáng)作業(yè)人員作業(yè)安全性,創(chuàng)造良好的勞動(dòng)條件,降低材料消耗,而且還可以一次采全高,大大減少煤炭的損失量,提高回采率。但是偽傾斜柔性掩護(hù)支架支護(hù)采煤法存在很多不利于自然發(fā)火防治的因素,防治自然發(fā)火工作困難:一是工作面遇地質(zhì)變化帶,變化帶頂煤冒落采空區(qū)無(wú)法回收;二是回順上幫煤柱及松散、破碎、氧化浮煤進(jìn)入采空區(qū);三是采空區(qū)漏風(fēng)大,特別工作面爆破期間、存貨造成工作面斷面小,增加采空區(qū)漏風(fēng);四是工作面遇地質(zhì)變化帶及臨近終采,推進(jìn)度慢等問(wèn)題,不利于自然發(fā)火防治。針對(duì)以上問(wèn)題,研究并制定采空區(qū)灌漿技術(shù)措施,通過(guò)實(shí)踐,確保了林盛煤礦-675下延區(qū)1204柔掩工作面安全回采。
-675 下延區(qū)1204 柔掩采煤工作面的地面標(biāo)高+32.7 m~+36.3 m,位置于蘇家屯原北樹(shù)林子舊址及水田地內(nèi)。井下標(biāo)高-731 m~-797 m,西鄰-675下延區(qū) 1202 采面,北鄰 1203 采面,南鄰-735 南石門(mén),東部為未采動(dòng)煤、巖層。工作面走向長(zhǎng)度521 m,偽傾斜長(zhǎng)度80 m~110 m。工作面煤層地質(zhì)資料:12 煤為復(fù)合煤層,分12-1和12-2煤,煤層層理、節(jié)理發(fā)育。12-1煤為黑色、粉狀,平均厚度0.6 m;12-2煤為黑色、粉狀,厚度3.1 m~2.7 m,局部火成巖侵入;12-1煤和12-2煤之間為厚 1.5 m 的泥巖;煤層傾向 108°~120°,煤層傾角∠42°~∠55°;種類為肥煤;1204 采面主要對(duì)開(kāi)采12-2煤層,工作面直接頂為厚度1.5 m 泥巖和平均厚度0.8 m 的12-1煤層混層,直接底為0.3 m 厚泥巖,基本底為平均厚度8 m 的細(xì)砂巖。該煤層均有自然發(fā)火傾向,屬Ⅱ類自然發(fā)火煤層,自然發(fā)火期74 d~88 d。
采煤工作面采空區(qū)遺煤氧化為自然發(fā)火的根本因素。采空區(qū)遺煤成因:主要來(lái)源于12-1煤層冒落采空區(qū),由于開(kāi)采的12 煤層為復(fù)合煤層,12-2煤層回采后,平均1.5 m厚直接頂及0.8 m厚度的12-1煤層垮落采空區(qū);其二是來(lái)源于遇地質(zhì)變化帶,斷層煤或煤層不能采全高的煤冒落采空區(qū);其三是回風(fēng)順槽上幫隔離煤柱進(jìn)入采空區(qū)后受壓力破碎氧化,以及回風(fēng)順槽原幫頂碎煤回收不凈進(jìn)入采空區(qū),這些幫頂松軟破碎煤,增大了與氧接觸的面積,更易氧化;其四是回風(fēng)順槽及運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)高頂,煤頂受壓力作用破碎氧化,進(jìn)入采空區(qū),將進(jìn)一步加劇氧化自燃。
采空區(qū)漏風(fēng)供氧是自然發(fā)火的重要因素。采空區(qū)漏風(fēng)存在多種原因:1.采空區(qū)冒落不嚴(yán),存在漏風(fēng)通道;2.偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重;3.工作面生產(chǎn)爆破落煤后,自滑跑槽出煤慢,工作面通風(fēng)斷面減小,局部通風(fēng)阻力增大,采空區(qū)漏風(fēng)增加;4.抽采治理瓦斯過(guò)程中,埋管、鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯,增加采空區(qū)的漏風(fēng),進(jìn)一步為采空區(qū)遺煤供氧。
柔掩工作面自滑跑槽溜煤,生產(chǎn)受限,影響回采速度。遇地質(zhì)變化帶或臨近終采,工作面回采推進(jìn)速度慢。為采空區(qū)遺煤的氧化、聚熱、升溫、自燃的發(fā)生提供了充裕的時(shí)間。
系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的風(fēng)門(mén),行人行車運(yùn)料通過(guò)時(shí),工作面風(fēng)量、風(fēng)壓受到一定影響。另外,工作面采空區(qū)相鄰巷道,受采動(dòng)壓力破壞,產(chǎn)生裂隙帶漏風(fēng),不利于自然發(fā)火管理。
采空區(qū)灌漿的作用是隔絕氧氣,將河沙灌入采空區(qū)后,其中的河沙沉淀,充填于煤、巖碎塊的縫隙之間,并將碎煤包裹起來(lái)。這樣,不僅增加了采空區(qū)的密實(shí)程度,減少了漏風(fēng),而且又防止了碎煤氧化;地下水進(jìn)入采空區(qū)后,增加碎煤的濕潤(rùn),并吸熱降溫,從而抑制煤的氧化進(jìn)程。
-675 下延區(qū)1204 采煤工作面通風(fēng)方式從傳統(tǒng)的U 型通風(fēng)方式改為E 型通風(fēng)方式,工作面掘送中間順槽,分工作面上部和工作面下部生產(chǎn)。通風(fēng)系統(tǒng)為下順槽和中間順槽為入風(fēng)順槽,上順槽為回風(fēng)順槽的“兩入一回”的上行通風(fēng)方式。中順上部和下部采面交替生產(chǎn),保證采面月回采推進(jìn)80 m~90 m,使采空區(qū)遺煤提前進(jìn)入窒息帶。
(1)自開(kāi)切眼擺柔掩支架起,每擺一組支架,收凈支架后幫頂松散煤和木頭、拌子、簾子。每組支架至少有兩根短架子,保證支架后煤回收質(zhì)量。
(2)運(yùn)回順槽進(jìn)入采空區(qū)之前,提前回收凈掘進(jìn)期間出現(xiàn)的局部高頂處的松散煤,接頂剎實(shí)并用白泥充填滿。
(3)上口擺架子前,超前3架棚拆幫,將回順上幫、頂?shù)乃缮⒚菏諆?;每擺一組支架后,回收鐵棚的同時(shí),二次對(duì)回順上幫和頂板冒落的松散煤回收,包括木頭、拌子、簾子一并收凈。采面抓頂板開(kāi)采,每班爆破前,回收凈柔掩支架后浮煤(以支架下半部間隙無(wú)碎煤無(wú)準(zhǔn))。工作面下口長(zhǎng)壁段回收放頂后,將空區(qū)碎煤收凈,減少遺煤進(jìn)入采空區(qū)。
(1)回風(fēng)順槽預(yù)埋灌漿管或在-735 m 水平的12煤層底板巷向采空區(qū)頂板打鉆孔,采煤工作面每推進(jìn)50 m 時(shí),利用地面灌漿系統(tǒng)向采空區(qū)內(nèi)灌漿注沙,充填采空區(qū)冒落不嚴(yán)的空間,形成隔離帶,阻隔漏風(fēng)通道,同時(shí)對(duì)采空區(qū)煤矸進(jìn)行濕潤(rùn)降溫,每次采空區(qū)灌漿結(jié)束后,測(cè)量空區(qū)溫度平均下降2℃~4℃,灌漿前后各采空區(qū)埋管CO濃度在0.002%左右下降到0.0 013%左右,采空區(qū)灌漿CO濃度明顯降低。灌漿系統(tǒng)如圖1。
圖1 采空區(qū)灌漿系統(tǒng)示意圖
(2)采面下口每推進(jìn)50 m,在運(yùn)順下幫到柔掩支架尾的長(zhǎng)壁段采空區(qū)一側(cè)打不小于1.5 m寬的防火墻,進(jìn)一步減少向采空區(qū)漏風(fēng)供氧。
(3)工作面開(kāi)采前,封閉1204 采煤工作面空區(qū)的鄰近巷道,將-735 斜下石門(mén)、-800 m 水平 12 煤北底板巷、-800 北風(fēng)道封閉。開(kāi)采期間,加強(qiáng)采面系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)門(mén)、密閉檢修維護(hù),保證密閉質(zhì)量和風(fēng)門(mén)設(shè)施靈敏可靠,通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、空區(qū)內(nèi)外壓力均衡。
(4)保持采煤工作面暢通,爆破前清凈浮煤,每次爆破時(shí)控制炸藥量,爆破后及時(shí)溜完煤,再進(jìn)行下一循環(huán)爆破,預(yù)防工作面斷面減小,采空區(qū)漏風(fēng)增加。
掛籃施工是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的重要施工方法,在該連續(xù)梁橋的施工中,掛籃是重要的施工裝置,其對(duì)鐵路連續(xù)梁橋施工的影響主要體現(xiàn)在其穩(wěn)定性不足時(shí),會(huì)導(dǎo)致連續(xù)梁構(gòu)造尺寸產(chǎn)生誤差。因此,在控制掛籃施工對(duì)連續(xù)梁橋的影響時(shí),通常需要減弱掛籃的預(yù)壓,從而減小因扣件松動(dòng)產(chǎn)生的誤差,并檢測(cè)掛籃的變形值,減小掛籃的變形。
(5)加強(qiáng)采前抽放瓦斯,采時(shí)以高位鉆孔抽放為主,取消埋管抽放,在瓦斯?jié)舛瓤刂圃谝?guī)定的安全范圍內(nèi),盡可能少抽。
(1)自1204 開(kāi)切眼擺架子起,開(kāi)始對(duì)每組支架后幫頂噴灑濃度20%阻化劑,濕潤(rùn)煤矸。工作面開(kāi)采期間,在回順每20 m 預(yù)埋2 寸注白泥鐵管,進(jìn)入采空區(qū)后,利用注漿泵交替向采空區(qū)注白泥,對(duì)采空區(qū)煤矸濕潤(rùn),充填采空區(qū)煤矸空隙;上尾巷每次回收后,用插管注白泥和濃度為20%的阻化劑濕潤(rùn)覆蓋上尾以里采空區(qū)的煤矸;利用抽放鉆場(chǎng)的防火鉆孔和報(bào)廢的抽放鉆孔,向采空區(qū)注白泥,覆蓋濕潤(rùn)采空區(qū)煤矸;上尾架子頭以外,根據(jù)條件每2 m~5 m向上幫、煤頂打鉆孔,向上幫和煤頂注白泥,進(jìn)行提前預(yù)防,施工示意圖如圖2和圖3所示。
圖2 采空區(qū)埋管注白泥示意圖
圖3 上口尾巷上幫向12-1煤層打鉆注白泥布置圖
(2)采取采空區(qū)注氮?dú)獯胧T诓擅汗ぷ髅嫦驴谶\(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽預(yù)埋4 寸注氮鐵管,當(dāng)埋管進(jìn)入采區(qū)氧化帶之后,利用西風(fēng)井地面DM-1000型的制氮機(jī)向井下1204 采空區(qū)注氮(氮?dú)鉂舛炔坏陀?7%)。注氮管每70 m~80 m 一埋,保證埋管于氧化帶,降低采空區(qū)氧含量,縮小采空區(qū)氧化帶范圍。注氮系統(tǒng)如圖4所示。
圖4 1204采煤工作面注氮防滅火系統(tǒng)示意圖
(3)加強(qiáng)防火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作
采煤工作面開(kāi)切眼上口、下口、開(kāi)切眼中順口及回風(fēng)順槽每30 m埋設(shè)一檢測(cè)管,如圖5所示,進(jìn)入采空區(qū)后,專職防火員每天檢查,并取樣化驗(yàn)分析。防火員每天對(duì)采煤工作面回風(fēng)、上隅角以外10 m處、上隅角、上尾巷以里1.2 m、瓦斯抽放管路與鉆孔內(nèi)、以及上尾往下5 m、10 m、15 m、20 m處的柔掩支架后采空區(qū)各點(diǎn)、包括與采空區(qū)連通的密閉內(nèi)進(jìn)行全面防火檢查,檢查內(nèi)容為:CH4、CO2、CO 濃度及溫度等自然發(fā)火標(biāo)志氣體,同時(shí)取氣樣進(jìn)行色譜儀化驗(yàn)分析,瓦檢員每班至少進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)防火檢查,發(fā)現(xiàn)隱患問(wèn)題,及時(shí)記錄,并向相關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。
(2)安裝 KJ428 火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì) 1204 采空區(qū)CH4、CO2、CO、O2、C2H2、C2H4、C2H6的氣體成份以及溫度監(jiān)測(cè),進(jìn)行了采空區(qū)自然發(fā)火三帶劃分。三帶劃分確保了自然發(fā)火預(yù)防措施事半功倍。
為了對(duì)比分析采空區(qū)防滅火的效果,通過(guò)在1204工作面的進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)順槽內(nèi)埋設(shè)束管,監(jiān)測(cè)隨著工作面的推進(jìn),氧氣濃度的變化。
采取措施前氧氣濃度變化如圖6所示。
圖6 采取措施前O2濃度變化
從圖6中可以得知,隨著工作面的推進(jìn),采空區(qū)垮落的頂板比較松散,漏風(fēng)較大,氧氣濃度下降較快,氧氣濃度急劇下降。同時(shí),1204工作面回風(fēng)順槽內(nèi)的O2濃度比進(jìn)風(fēng)順槽O2濃度降低的快。當(dāng)回風(fēng)順槽O 濃度在18%時(shí),工作面推進(jìn)了18 m,當(dāng)推進(jìn)到120 m 時(shí),進(jìn)入了窒息帶。在回風(fēng)順槽一側(cè),因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)順槽漏風(fēng)的存在,測(cè)點(diǎn)在達(dá)到26 m時(shí)O2才開(kāi)始下降,達(dá)到135 m時(shí)進(jìn)入窒息帶,氧化帶的寬度為22 m~125 m。
采取措施后采空區(qū)O2濃度變化如圖7所示。
圖7 采取措施后O2濃度變化
從圖7中可以得知,采取防滅火措施之后,采空區(qū)內(nèi)部的O2濃度快速降低。當(dāng)工作面推進(jìn)到15 m時(shí),在回風(fēng)順槽內(nèi)得到的氧氣濃度由20.8%降低到了18%,進(jìn)入到氧化帶;進(jìn)風(fēng)順槽在推進(jìn)到20 m時(shí)才進(jìn)入?;仫L(fēng)順槽內(nèi)的測(cè)點(diǎn)到達(dá)采空區(qū)83 m 時(shí),進(jìn)入到窒息帶,而當(dāng)工作面推進(jìn)到98 m 時(shí),進(jìn)風(fēng)順槽采進(jìn)入到窒息帶。采區(qū)措施之后,氧化帶的寬度變?yōu)?8 m~88 m。說(shuō)明了采用措施以后,氧化帶寬度減小,對(duì)煤自然的防治起到了較好的效果。
通過(guò)該套綜合防治煤炭自然發(fā)火技術(shù)措施實(shí)施,林盛煤礦-675 下延區(qū)1204 柔掩工作面自然發(fā)火得到有效預(yù)防,杜絕自然發(fā)火隱患發(fā)生,工作面已安全終采、回收、灌漿封閉。
通過(guò)上述分析主要得到以下結(jié)論:
(1)詳細(xì)分析了林盛礦采空區(qū)自然發(fā)火是多種因素復(fù)合作用的結(jié)果,主要受采空區(qū)遺煤、采空區(qū)漏風(fēng)、工作面推進(jìn)緩慢和通風(fēng)方式等影響。
(2)根據(jù)煤自然發(fā)火原因制定了綜合防滅火方案,同時(shí)改變了通風(fēng)方式、減少采空區(qū)遺煤以及減少漏風(fēng)等方法,成功抑制了采空區(qū)煤炭的氧化,效果明顯。為以后偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤工作面的煤炭自然發(fā)火防治積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。