鄭旺來

(江蘇煤礦安全監(jiān)察局徐州監(jiān)察分局,江蘇徐州221006)

摘　要:徐莊煤礦主采7、8煤層,8煤層在7煤層下方,層間距為0~20 m,兩煤層均為易燃煤層。

8煤歷次回采過程中,礦壓顯現(xiàn)、煤炭自然發(fā)火問題突出。8215工作面在設(shè)計及施工過程中,打破常規(guī),通過改變工作面推進(jìn)方向,改進(jìn)上、下巷的支護(hù)形式,實施綜合防滅火技術(shù),使工作面在火區(qū)及動壓下安全回采。

關(guān)鍵詞:火區(qū);動壓;巷道支護(hù);防滅火

中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)05-0019-03

　　煤炭自然發(fā)火是煤礦開采過程中嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。在煤炭自然發(fā)火嚴(yán)重的礦井,煤炭自然發(fā)火擾亂了礦井的采掘接續(xù),影響礦井的安全生產(chǎn),凍結(jié)大量的煤炭資源。為了使煤礦生產(chǎn)有序的接替,往往需要在火區(qū)的周圍進(jìn)行回采,由于回采動壓的影響,采掘工作面、采空區(qū)圍巖裂隙與火區(qū)溝通,形成漏風(fēng)通道,引起老火區(qū)的復(fù)燃,尤其是開采層間距較小的兩相鄰煤層的下部煤層時,由于煤層間距較小,采礦動壓顯現(xiàn)嚴(yán)重,頂板管理困難,工作面上、下兩巷變形嚴(yán)重,造成工作面外圍漏風(fēng)增大,推進(jìn)速度緩慢,對工作面安全生產(chǎn)十分不利。因此,如何確保受火區(qū)影響及動壓顯現(xiàn)突出的工作面安全回采是很多煤礦所關(guān)心的問題。

1　礦井概況

徐莊煤礦礦井生產(chǎn)能力150萬t/a,通風(fēng)方式為中央邊界式,通風(fēng)方法為抽出式通風(fēng)方法?？刹擅簩訛橄露瞪轿鹘M7、8煤層。7煤層厚4~7 m,平均厚5.25 m,煤層傾角5°~25°,為主采煤層。8煤層厚0.58~6.54 m,平均厚度為2~3 m,局部可采。7、8兩層煤間距0~20m,煤炭有自然發(fā)火傾向性,發(fā)火期3~6個月。歷史上煤炭最短發(fā)火期不足1個月,為Ⅰ級自然發(fā)火危險程度礦井。

8215采煤工作面開采8煤層,三面為未采區(qū),南部為8213采空區(qū),上覆蓋7213及7215采空區(qū),7213與7215采空區(qū)間30 m煤柱位于8215采煤工作面上方。8215材料道與8213采空區(qū)間的煤柱寬度為3 m左右。

8215采煤工作面外圍采空區(qū)已相互連通,且有8213、8211火區(qū)。外圍采空區(qū)雖已注漿,但仍不能遏制漏風(fēng),偶爾有CO涌出。8215采面直接頂為7、8層煤間的砂質(zhì)泥巖,厚度變化1.2~16 m,總體趨勢由西向東變厚。工作面巷道施工采用放炮掘進(jìn);采煤方法為傾斜走向長壁式采煤法;落煤采用MG475(200)煤機(jī)落煤,一次落煤高度2.7 m,截深0.6 m;采用自然跨落法管理頂板。8215采面南部的8煤鄰近采煤面已相繼回采了8211、8213兩個綜采工作面,其中8211工作面采至距設(shè)計停采線198 m時,由于7煤采空區(qū)煤炭自然發(fā)火,CO及煙霧涌入8211工作面材料道,8211工作面因此被迫停產(chǎn),工作面整套綜采設(shè)備被封閉,后來重新開掘巷道撤出支架,損失煤量6萬t。

8213工作面推進(jìn)約200 m后,上、下兩巷礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重,定型棚嚴(yán)重變形,尤其在工作面出口及超前50 m范圍內(nèi),巷道高度最低時不足0.6 m,斷面不到設(shè)計斷面的十分之一,很難組織正常的原煤生產(chǎn);后雖采取了打點柱、套棚等措施,但收效甚微;而后期由于直接頂極薄(局部僅有0.2 m),工作面頂板破碎,難以控制,常發(fā)生漏頂事故,同時工作面采空區(qū)煤炭氧化,回風(fēng)流中CO濃度超限,威脅工作面作業(yè)人員的安全,最終在工作面距設(shè)計停采線70 m時,強(qiáng)行收作,損失煤量4萬t,該工作面回采工期13個月,共生產(chǎn)原煤32萬t,平均月產(chǎn)2.5萬t,月推進(jìn)45 m。造成上述2個工作面未能采至設(shè)計停采線而收作的主要原因是:

(1)采區(qū)內(nèi)7、8煤層間距東部較大,西部較小,而這2個工作面均采取了自東往西回采的推進(jìn)方向,造成較薄的西部頂板在回采后期極難控制。

(2)工作面上、下巷均采用常規(guī)11號礦用工字鋼定型棚支護(hù),回采期間兩巷壓力較大,工字鋼架棚支護(hù)滿足不了實際需要的強(qiáng)度,從而造成兩道嚴(yán)重變形,不具備組織正常生產(chǎn)的條件。

(3)8煤比7煤氧化性更強(qiáng),更容易著火,同時7、8煤層間距較小,8煤回采后使得8煤與7煤采空區(qū)相溝通,采空區(qū)漏風(fēng)引起7煤及8煤采空區(qū)遺煤自然發(fā)火。

2　8215工作面安全回采對策與實施

2.1　優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)改變支護(hù)方式

(1)改變工作面?zhèn)鹘y(tǒng)推進(jìn)方向。根據(jù)8211、8213綜采工作面的回采實踐,8215工作面的推進(jìn)方向改為自東向西推進(jìn),回采時直接頂逐漸變厚,雖然切眼及回采初期直接頂較薄,但由于掘進(jìn)、安裝時間短,控頂時間相對較短,受采動影響小。此方案對回采后期的頂板管理十分有利。

(2)改進(jìn)支護(hù)方式。8211、8213工作面兩巷均采用單一的工字鋼金屬支架支護(hù),開掘巷道時即出現(xiàn)頂板下沉,生產(chǎn)中由于受到采動壓力的影響,巷道變形加劇,兩幫內(nèi)移、頂板下沉、底鼓,嚴(yán)重制約工作面的生產(chǎn)。而推進(jìn)速度慢,又加大了工作面管理的難度,使工作面冒頂現(xiàn)象時有發(fā)生,采空區(qū)遺煤自然發(fā)火,對工作面的安全生產(chǎn)造成威脅,鑒于這兩方面的經(jīng)驗教訓(xùn),結(jié)合徐莊礦在使用錨網(wǎng)、錨索支護(hù)方取得的經(jīng)驗,根據(jù)7、8煤層間距的變化分別采取不同的支護(hù)方式:①當(dāng)7、8煤層間距大于5 m時,采用“錨網(wǎng)+鋼筋帶+錨索”的支護(hù)方式。頂板采用Ф20 mm、長2 m的高強(qiáng)度螺絞鋼樹脂錨桿,樹脂藥卷為K2355型,每孔兩支,錨固長度1 m,錨桿間、排距800 mm×800 mm,中間錨桿垂直頂板,兩個肩窩的錨桿向兩幫煤體傾斜15°。鋼筋帶采用Ф12 mm的圓鋼焊制,鋪設(shè)范圍為頂板,排距800 mm。錨索采用Ф15.24 mm的1860型低松弛鋼絞線,長度為5.3 m,錨固長度2 m,采用K2350樹脂藥卷,每眼3支。錨索每排兩根,間距1.5 m,并利用2 m長的12#槽鋼護(hù)頂,槽鋼排距為3 m。兩幫錨桿Ф33mm,長800 mm,排距均為800 mm,兩幫中間錨桿垂直煤幫,最上、最下的錨桿分別向上、向下傾斜10°。頂錨桿的初錨力不低于50 kN,幫錨桿的初錨力不低于30 kN,錨索的初錨力不低于100 kN。②當(dāng)7、8煤的層間距在2~5 m時,采用“架棚+錨網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)式。架棚的規(guī)格為梁長3.4 m,中高2.4m,中間加一顆點柱,棚距為800 mm,錨桿的間排距為800 mm×800 mm,錨桿打在兩棚之間,頂、幫錨桿同上。③當(dāng)7、8煤的層間距<2 m時,仍采用架棚支護(hù)方式,同時中間布置一排點柱,支架由過去的梯形改為拱形,棚距為600 mm,施工時頂部兩肩窩必須用半圓木接實。

2.2　搶先正規(guī)循環(huán)加快推進(jìn)速度

(1)加大配套設(shè)備的功率。一般的綜采工作面設(shè)備配置為:MG300煤機(jī)、SGZ-764/264底部敞開式刮板輸送機(jī),為保障8215工作面的高效回采,該面在設(shè)備選型上選用了功率和生產(chǎn)能力較高的配套設(shè)備,煤機(jī)型號為:MG475(200),功率400 kW,生產(chǎn)能力850 t/h,工作面刮板輸送機(jī)型號為:SGZ-764 t/h,功率400 kW,生產(chǎn)能力600 t/h。

(2)完善包機(jī)制,提高開機(jī)率。機(jī)電管理是保證綜采工作面正常生產(chǎn)的重要手段。為了保證設(shè)備檢修質(zhì)量,從提高機(jī)電檢修隊伍素質(zhì)入手,成立了以機(jī)電技術(shù)員為首的設(shè)備檢修管理小組。通過建立設(shè)備檢修管理制度,規(guī)范設(shè)備運(yùn)行記錄,使每臺設(shè)備的使用、檢修情況及事故分析都記錄在案,故障搶修變?yōu)槌邦A(yù)防檢修,降低了設(shè)備故障率,縮短了設(shè)備檢修時間,實現(xiàn)煤機(jī)開機(jī)率46%,創(chuàng)礦歷史最好水平。

(3)推行激勵機(jī)制,調(diào)動職工積極性。制定“超產(chǎn)嘉獎”經(jīng)濟(jì)政策,實行多勞多得的分配原則,有效提高了職工的出勤率、工時利用率和工作積極性。

(4)強(qiáng)化技術(shù)管理,杜絕頂板事故。①8215工作面開采初期,7、8煤層間距小,頂板壓力大,頂板

破碎,頂板管理困難,采取了支架頂梁上沿鋪設(shè)金屬網(wǎng)的辦法,取得了較好的效果,開采期間沒有發(fā)生冒頂事故;②根據(jù)上下兩巷超前壓力顯現(xiàn)情況及時加大兩巷超前支護(hù)長度,上巷支護(hù)長度為50~100 m,下巷支護(hù)長度為30~50 m。為提高支柱的初撐力,減少頂板下沉,采取了支柱下面放底梁的方法,有效地控制了頂板下沉,確保了上、下巷的回采高度。

2.3　實施綜合防滅火技術(shù)

(1)封堵8215外圍采空區(qū)漏風(fēng)通道?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),8215外圍采空區(qū)由于注漿及注凝膠后水的疏干,大部分密閉墻漏風(fēng),為此對所有的密閉漏風(fēng)點進(jìn)行了補(bǔ)注凝膠、注粉煤灰堵漏風(fēng)處理。

(2)建立8215外圍采空區(qū)均壓防滅火系統(tǒng)。利用SF6示蹤檢測出8215外圍采空區(qū)的進(jìn)出風(fēng)點,并對各進(jìn)出風(fēng)點進(jìn)行壓能測定,摸清了8215外圍采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)規(guī)律。根據(jù)采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)調(diào)查結(jié)果,建造調(diào)節(jié)風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié),重新建立起了8215外圍采空區(qū)開區(qū)動態(tài)均壓系統(tǒng)。并根據(jù)井下情況變化,及時調(diào)整和維護(hù)均壓防滅火系統(tǒng)。

(3)加強(qiáng)煤炭自燃預(yù)測預(yù)報,及時處理煤炭自燃隱患。在8215工作面掘進(jìn)、安裝、回采過程中查火人員先后3次發(fā)現(xiàn)8215材料道巷道預(yù)留頂煤,工作面切眼遺煤出現(xiàn)自燃預(yù)兆,為煤炭自燃的處理贏得了時間。①8215材料道逆斷層附近巷道預(yù)留頂煤煤炭自燃出現(xiàn)明火,采用放落頂煤并用木板封閉冒落空洞,向冒落空洞內(nèi)插管注凝膠300 m3,填實冒落空洞的方法,消滅了該處煤炭自燃。②8215工作面回采推進(jìn)20 m左右,采空區(qū)內(nèi)切眼遺煤出現(xiàn)煤炭自然發(fā)火預(yù)兆,77架架頂CO濃度為100×10-6,工作面上隅角溫度為32℃,利用工作面尾巷預(yù)埋直徑為50 mm的鋼管向采空區(qū)注MEA-1高分子材料防滅火劑300 m3,消滅了煤炭自然發(fā)火現(xiàn)象。③工作面下隅角建筑阻燃防火墻。隨著工作面的推進(jìn),每隔20 m在工作面下隅角建筑阻燃防火墻。方法為:將高分子防滅火劑、煤、水按一定比例混合,然后裝入編織袋扎好袋口壘起,填實工作面下隅角。有效地阻止了采空區(qū)遺煤自燃。

2.4　對策實施效果

(1)工作面在生產(chǎn)期間上隅角的CO濃度始終維持在10×10-6以下,沒有出現(xiàn)煤炭自燃現(xiàn)象。(2)工作面實現(xiàn)了快速高效推進(jìn),平均月產(chǎn)原煤8.2萬t,平均工效24.7 t/工,實現(xiàn)了高產(chǎn)高效。

(3)錨網(wǎng)、錨索段共施工60 m,錨網(wǎng)、架棚段共施工650 m,拱形支架扶棚段共施工80 m,在掘進(jìn)及回采過程中支護(hù)效果良好;實踐表明,采用拱形支架頂板下沉量要比梯形支架小300 mm以上,拱形支架比梯形支架支護(hù)效果好。

3　結(jié)論及建議

(1)采區(qū)內(nèi)的回采順序不論7煤、8煤都應(yīng)采用由深部向淺部的回采方式。這種回采方式老空區(qū)處于回采工作面下方,易實施無煤柱開采,有利于巷道支護(hù),且可以預(yù)先通過下巷向采空區(qū)預(yù)打注漿孔,一旦采空區(qū)出現(xiàn)異常現(xiàn)象,有條件注漿滅火;如果7煤采用無煤柱開采,有利于8煤的頂板管理和防滅火工作。

(2)鑒于8煤頂、底板動壓大的特點,巷道支護(hù)方式應(yīng)優(yōu)先選擇錨桿、錨索、噴漿、金屬架棚等聯(lián)合支護(hù)方式,且根據(jù)不同的層間距選擇不同的支護(hù)方式。

(3)對8煤回煤系統(tǒng),其推進(jìn)方向應(yīng)是由層間距薄的地方向?qū)娱g距厚的地方推進(jìn),即切眼布置在層間距較薄的地方。

(4)在進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計時,對工作面的防滅火系統(tǒng)必須全盤考慮,既考慮利于封閉又要盡量減少漏風(fēng)源,在切眼附近盡量避免開掘不相關(guān)的巷道。

(5)在掘進(jìn)過程中,對斷層處預(yù)留頂煤的處理要十分謹(jǐn)慎,應(yīng)采取噴漿注凝膠或高分子材料的方法處理,這樣既能有效地防止煤炭自燃,也有利于回采,決不可草率采取放煤的方法處理,因放煤既不能將斷層帶的煤放凈,又極易使8煤與7煤采空區(qū)相溝通,給防火帶來極大的困難。

　　作者簡介:鄭旺來(1964-),男,高級工程師,安徽宿松人,1988年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院采礦系礦山通風(fēng)與安全專業(yè),現(xiàn)在江蘇煤礦安全監(jiān)察局徐州監(jiān)察分局工作,曾發(fā)表論文6篇。

(收稿日期:2005-11-04;責(zé)任編輯:郭瑞年)

·國外煤礦安全信息·

在卸壓條件下含甲烷煤炭自燃原因之一分析含甲烷煤炭卸壓過程和煤層周圍應(yīng)變情況能夠得出其結(jié)構(gòu)自發(fā)破壞使煤炭自燃的機(jī)械方面原因。當(dāng)煤炭瞬時卸壓造成自應(yīng)力狀態(tài)。在煤層形成過程階段,這種應(yīng)力變形狀態(tài)是雙向應(yīng)力狀態(tài)。提出觀察巖層本身活動性的觀點(卸壓時煤巖的每一個介質(zhì)都發(fā)生特殊的狀態(tài)),增補(bǔ)了過去的傳統(tǒng)機(jī)械論。氣體向煤炭作用的根源認(rèn)為是在裂隙中和物體破裂處集中的產(chǎn)物,這就說明甲烷、煤塵和氧混合體是自燃的原因之一。

摘自《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.7