李剑虹(辽宁石油化工大学职业技术学院,辽宁抚顺113001)
摘 要:综合应用开采、掘进、通风、防灭火技术,解决大明一矿厚煤层分层开采煤炭自然发火问题。
关键词:分层开采;包顶;包帮;注白泥;注浆;均压通风
中图分类号:TD75+2.2 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)01-0007-02
厚煤层分层开采,一般多采用金属网假顶,当开采下分层时,上分层采空区遗煤极易造成煤炭的自燃,对开采层带来较大危害。严重时,需封闭采区,冻结煤炭,造成煤炭资源的损失,更为严重的是,对现场作业人员的人身安全造成极大的威胁。
1 问题提出
铁法煤业集团大明一矿共有可采煤层9层,即4-1、4-2、7-1、7-12、15-1、15-2、16-1、17-1、17-2层。其中15-、15-2、16-1层在浅部合为一层,厚度达12.75 m,深部逐渐分叉变薄。经鉴定,所有煤层均为长焰煤,均有自燃倾向,属Ⅱ类自燃煤层,自然发火期为3~6个月。煤层倾角10°~15°,较稳定,煤层厚度0.7~12.75 m,采用长壁式采煤方法。其中15-1、15-2、16-1层采用分层开采的方法,顶板管理为全部垮落法。采后顶板冒落,压实6个月以上,开始掘采下分层工作面。下分层工作面采用内错式分布。运、回顺槽与上分层运、回顺槽水平间距2~5 m,一般分2~4层回采。在回采第二、三层时,由于各种原因,会引起自然发火。严重时,在掘进过程中即发生煤炭自燃而被迫采取停掘处理。开采下分层工作面的自然发火率高达94.4%,其中一工作面设备被迫封闭在火区内,给回采、准备及工作面接续造成严重的问题。因此,分层开采煤层的防火问题作为一项重要课题被提出来。
2 煤炭自然发火原因分析
2.1 煤炭易自燃的地点
采空区易产生自然发火的地点为“两道一线”,即运、回顺巷道和停采线位置。统计数据表明,全矿近20年来共发生煤炭自燃39次,其中发生于采空区计32次。而发生于下分层的采空区计28次,占采空区煤炭自燃总数的87.5%,其中发生于上分层采空区采止线位置上的有19次,占67.9%,运输顺槽7次,占25.0%,回风顺槽2次,占7.1%。
2.2 煤炭自燃的原因
煤炭发生自燃必须具备以下几个条件:①具有自燃倾向性的煤层碎裂状态堆积存在;②有良好的供氧条件,维持煤氧化过程不断地发展;③煤氧化过程中生成的热量能够蓄积;④上述条件要维持足够长的时间。
由于采煤工作面采用U型通风后退式开采方法,为了维护采区运输、回风上山巷道,在采区上山巷道两侧留保护煤柱。因此,各分层工作面停采线始终处于回采工作面进风巷道始端与回风巷末端,即处于采场风流系统的始末端,此处由于通风压力较大,持续漏风时间较长(见图1)。
图1 上分层停采线通风状况示意图
另外,由于采区上山保护煤柱处于集中压力带内,在采区支承压力的作用下,容易出现片帮压裂。因此,此处易造成浮煤堆积即可燃物。
从图1可以看出,靠上分层停采线一侧的流线,风压等值线密度大。这说明,此处漏风量较多,漏风压差大。当漏风量适度时,停采线附近的浮煤就开始氧化、聚热,达到一定时间就会发生煤炭自燃。
从以上分析看,分层开采上分层采空区停采线位置既有可燃物(碎裂的煤炭)存在,又有漏风供氧和聚热的条件,当持续一定时间后,就会发生煤炭自燃。
3 综合防火技术的应用
根据大明一矿厚煤层开采工作面自燃特点及原因分析,在6个工作面采取针对性的预防措施。
(1)上分层停采线位置包顶、包帮并喷浆,注白泥,封堵漏风通道。在掘进第二分层时,运、回顺通上分层停采线处,掘进时尽量减小对顶板的破坏。
当掘进通过停采线100 m以后,在上分层停采线位置两侧各10 m进行包顶、包帮,即用木板或秫秸帘子将顶板及两帮包严,然后进行喷浆,喷涂厚度50~100 mm,喷涂后向包顶内注白泥。其主要作用就是封堵向上分层停采线的漏风通道,以防止漏风。
(2)分层开采不留顶煤,减少采空区遗煤。从开采第一分层开始,回采必须沿顶板回采。再有,铺金属网做假顶时,必须铺顶网,改变原来铺底网的回采工艺以减少网上浮煤,即减少遗留可燃物。
(3)采止线位置采后严格注浆,包裹浮煤避免煤炭氧化。采止线位置是煤炭自燃多发地段,采后注浆极为重要。工作面回撤后,封闭前利用两顺预留管对停采线铺浆、包裹碎煤。每隔一段时间(1~2个月)注浆一次,再对碎煤包裹,避免煤炭氧化、聚热。
