1、综放面快速回撤与瓦斯防治防灭火技术资料之三研究报告综采放顶煤工作面快速回撤与瓦斯防治、防灭火技术研 究 报 告华亭煤电股份有限公司砚北煤矿二九年十一月第一章 矿井概况砚北煤矿初设生产能力3.0Mt/a，井田面积14km2，走向长8Km，倾斜宽0.63.5Km。2003年开始矿井改扩建，2006年初矿井改扩建工程全部完工，400万吨/年工作面正式投入试生产，经改扩建后砚北煤矿年设计生产能力为600万吨。矿井采用斜井多水平上下山开拓，综合机械化放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。矿井中央并列式通风，即南排矸进风井为矿井主要进风井，主、副井辅助进风，南回风井回风，矿井通风方法为抽出式，矿井装有两台BDK
2、62C10No30型轴流式对旋通风机，其中一台工作，一台备用，其电机型号为BDK62C1030，额定转速为1400 r/min，电压等级为6KV，功率为2250KW，主扇一级叶片角度25；二级叶片角度30，矿井主扇目前为双电机运转，矿井总回风量在7000m3/min左右。矿井实行分区通风，各采掘工作面、机电硐室、爆破材料库等均实行独立通风。根据2008年矿井瓦斯等级鉴定资料，矿井属于低瓦斯矿井，瓦斯和二氧化碳绝对涌出量分别为0.181m3/t和0.274m3/t。开采的煤5层属于I类易自燃煤层,煤尘爆炸指数为31.82%，属于煤尘爆炸危险性煤层。煤层自燃发火期一般为36个月，最短为26天。第二
3、章 250205上综放面及回撤概况250205上综采放顶煤工作面是砚北煤矿改扩建后2502采区布置的首采工作面，250205上综放工作面走向长2100m，倾向长206.5m，开采面积441000 m2，设计年产量为400万吨。工作面通风方式为“U”型、上行通风方式，近水平特厚煤层条带式倾斜分层综采放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板。工作面月设计推进度为81.6m。250205上综放面采用的支架包括127副普通架、11副过渡架和2副端头架，共140副支架。最大控顶距6059mm,最小控顶距5259mm。所采煤5层总厚度22.740.9m，平均31m。250205上综放面运输顺槽内布置有1趟50mm
4、的防尘管路和1趟80mm注氮管路，该巷道主要担负工作面进风和运煤任务；250205上综放面回风顺槽内布置有1趟80mm的供水管路、1趟50mm的防尘管路和1趟100mm的瓦斯抽放管路，2趟束管监测管路（1趟预埋在工作面上隅角采空区，1趟在上隅角），该巷道主要担负工作面回风风和运料任务。250205上综放面于2006年3月10日开始回采，2008年6月26日之后一直单班生产，2008年8月24日回采结束开始回撤，9月30日，由于已回撤支架的工作面顶板冒落，致使工作面通风路线不畅，至2008年10月3日，工作面 CO浓度超限，停止回撤工作并对工作面实施了封闭，至此250205上综放面还需回撤的设备
5、有：普通架80付；过渡支架3付；后部刮板输送机中部槽83节；慢速绞车2台；调度回柱绞车2台及相应电气设备、开关等。10月6日至11月9日，在250205上运输顺槽开口施工了250205上综放面回撤通道，回撤通道包括1条措施巷和6条联络巷，每条联络巷与工作面煤壁之间留有4米煤柱，11月10日对回撤通道进行了封闭。在250205上工作面密闭后，采取了注氮、灌浆等防灭火措施，并利用束管24小时监测密闭内气体情况。 第三章 250205上综放面快速回撤与瓦斯防治、防灭火技术研究250205上综放面是华亭煤电股份有限公司既华亭煤矿250101工作面之后的第二个特大型综放面，华亭煤矿250101工作面回撤
6、时间长达3个月，工作面发火而封闭，砚北煤矿250205上综放面在回撤工作持续40天时工作面出现发火征兆，也对工作面进行了封闭，究其原因，主要是：1、工作面大型机械设备多，运输复杂，回撤时间长；2、综放面回撤时全负压通风，已回撤区域顶板管理难度大，大量的支护与维修工作严重制约着回撤速度；3、综放面采空区丢煤量大，采空区浮煤易氧化自燃（250205上综放面停采前单班生产58天，推进速度缓慢，给停采线后部采空区丢煤造成氧化过程持续发展的条件）；4、综放面在推采过程中，采空区瓦斯含量一直较高，在回撤时由于工作面风量大幅度降低，而且受注氮影响，容易造成局部瓦斯积聚，瓦斯防治亦成为难题。当前，砚北煤矿25
7、0205上综放面需要回撤的设备数量还很大，显然， 250205上综放面剩余设备第二次回撤工作的成败主要在于如何进行快速回撤，以及在回撤过程采取如何的防灭火、瓦斯防治措施，也就是在进行快速回撤设备的同时，通过采用各种防治措施来防止回撤工作面的自燃发火与瓦斯事故，才能保证工作面的安全顺利回撤，并进行永久封闭。因此，研究砚北煤矿特大型综放面快速回撤及回撤期间防灭火、瓦斯防治技术意义十分重大。项目的成功，不但为砚北煤矿今后250206上综放面的回撤打下基础，而且为公司其他煤矿特大型综放面的回撤提供良好的借鉴。 第一节 250205上综放面快速回撤技术方案 一、250205上综放面回撤通道的施工砚北煤矿
8、250205上综放面采用“后退式全端面掩护支架法”回撤，全负压“U”型上行通风方式，为了确保回风流畅通，已回撤区域的顶板管理成为难题，需要进行大量的支护工作和维修工作。而作为2502采区的首采工作面，矿压冲击时有发生，这给支护与维修工作都带来很大的不安全因素，这些都严重制约着工作面的回撤速度。为解决这个问题，在250205上综放面运输顺槽距离工作面煤壁16米处开口施工回撤通道（见250205上综放面回撤通道示意图）。回撤通道全长167米，在回撤通道67米处垂直工作面煤壁施工1号联络巷，然后间隔20米分别施工2、3、4、5、6号联络巷，均与工作面相通，为工作面回撤过程形成全负压通风创造条件。25
9、0205上综放面回撤通道示意图二、250205上综放面快速回撤方案为了做好250205上综放面设备的快速回撤，根据250205上综放面的实际情况，拟定工作步骤如下：第一步，启封250205上综放面密闭；第二步，贯通250205上综放面回撤通道1-6号联络巷，第三步，进行250205上综放面设备的回撤。2009年6月1日，由集团公司救护大队依次启封了250205上综放面回撤通道、250205上综放面回风顺槽的密闭，6月2日贯通了250205上综放面回撤通道的1-6号联络巷，6月3日进行250205上综放面设备的回撤阶段，6月18日250205上综放面回撤工作结束，6月25日250205上综放面全
10、面封闭。在250205上综放面设备回撤前期，做了大量的准备工作，首先，针对支架的回撤，制定了支架的回撤方法与回撤工序，即采用“后退式全端面掩护支架法”回撤，回撤方向从工作面运输顺槽侧向回风顺槽侧回撤。回撤工序：（支架被压死时：架底松动爆破清除浮煤杂物）支架抽出转向装车运输下放后溜中部槽拆装前移掩护架放顶下一循环。其次，针对支架的装运，进行了任务分解，对支架的装车、解体、运输、组装等任务进行了明确的分工，落实了责任。第三，建立应急队伍，250205上综放面设备回撤前由应急队对支架运输沿线巷道断面尺寸、轨道铺设质量、提升绞车钢丝绳等全面进行检查，限期整改，确保支架提升运输安全。第四，前期准备工作到
11、位，支护材料、起吊设备、乳化液泵站、液压系统及电气设备、开关、运输车辆、局扇等按要求提前准备、检修到位。第五，组织召开250205上综放面回撤动员大会，宣贯回撤工作需要注意的事项以及安全方面的问题，调动职工的积极性。通过采取有力的组织措施和大量的准备工作，250205上综放面剩余设备按期完成回撤。第二节 250205上综放面回撤期间 瓦斯防治技术方案前面已经介绍，250205上综放面通风方式为“U”型、上行通风方式，在回撤时由于工作面风量在300-350 m3/min左右，而且受防火注氮的影响，容易造成250205上综放面局部尤其是上隅角瓦斯积聚，而且在支架回撤过程中，由于回撤通道1-6号联络
12、巷之间的距离为20米，在回撤区顶板冒落后有可能会造成小段盲巷，盲巷内也会出现瓦斯积聚。鉴于上述情况，采用改变通风方式和局扇风排瓦斯两种方法对250205上综放面回撤期间的瓦斯进行防治。一、采用下行通风方式在250205上综放面回撤通道贯通之后，在250205上回风顺槽口安设2道风门，同时打开8号联络巷风门和250205上综放面机头联络巷风门，这时250205上综放面会形成与以前相反的通风方式，由原来的上行通风变为下行通风，并形成全负压通风，通过在回撤通道各个联络巷设置风障（1号联络巷风障留设调节孔）将回撤工作面的风量控制在300-350 m3/min左右，随着回撤工作的进行，已回撤区会冒落，各
13、个联络巷会被冒落的煤体相继封堵，在此过程中，回撤工作面的风量依次靠1、2、3、4、5、6号联络巷的风障控制，也就是在1号联络巷被封堵后后立即在2号联络巷风障设调节孔，2号联络巷被封堵后在3号联络巷风障设调节孔，依次类推。250205上综放面下行通风示意图下行通风时250205上综放面的风流路线为：南进风井106车场1502轨道下山+860车场2502辅运大巷8号联络巷250205上回风顺槽250205上回撤工作面回撤通道250205上运输顺槽250205上机头联络巷2502采区回风大巷二水平回风上山1187回风大巷、石门南回风井地面。下行通风时工作面风流方向与瓦斯自然流动方向相反，工作面上隅角
14、积聚的瓦斯会被风流冲散、稀释并带走，这样工作面上隅角就不容易积聚瓦斯。二、局扇风排瓦斯在8号联络巷安装1台FBDNO6.3/2*15kw局扇，采用600mm抗静电阻燃风筒沿250205上综放面回风顺槽、工作面煤壁接至回撤通道1号联络巷处，风筒出口为掩护架后部6米范围，如果回撤支架位置还没有到达2号联络巷而1号联络巷已经被已回撤区顶板冒落封堵时，支架回撤区会成为瓦斯积聚区，这时利用风筒供风来排除积聚的瓦斯，确保回撤工作安全进行。局扇风排瓦斯示意图第三节 250205上综放面回撤期间 防灭火技术方案砚北煤矿所采煤5层属I类易自燃煤层，据考察煤层氧化自热期为1015天，易自然发火期为37-40天，最
15、短自然发火期为26天。250205上工作面正常生产期间的“三带”测定结果为：0-12米为通风散热带，12-44米为氧化带，44米之后为窒息带。在工作面封闭期间，可视为窒息区，但在密闭启封形成全负压通风之后，工作面采空区会形成新的“三带”。通过分析，250205上综放面回撤期间易自然发火的地点主要包括：工作面上隅角及架后浮煤，“氧化带”，架顶松动区以及已回撤冒落区。针对这些不同的地点，采取喷洒阻化剂、注氮、注“三相泡沫”、灌浆、钻孔注水等不同的防灭火措施，来确保工作面的安全回撤。一、确定合理的风量为减小工作面“氧化带”，在工作面回撤期间风量分配要合理。通过计算， 250205上综放面回撤期间设计
16、风量为227.43m3/min，考虑回撤通道各个联络巷风障的漏风，正常以300-350 m3/min为宜。二、250205上综放面回撤期间防灭火技术方案1、工作面上隅角及架后浮煤喷洒阻化剂对工作面上隅角及架后浮煤进行喷洒阻化剂，阻化剂选用20的GaCL2溶液，利用CMB-36-6阻化多用途加压泵或者喷雾器人工进行喷洒，要求阻化剂雾化程度好，每班沿工作面上隅角至下部回撤处架后的浮煤（包括外露煤体表层）喷洒一遍阻化剂，喷洒阻化剂量以湿透浮煤表层为准。2、注氮在工作面采空区沿回风顺槽预埋2趟直径为89mm，壁厚5mm的厚壁地质钢管，埋管深度在10-40米之间，用于注氮、注“三相泡沫”、灌浆。利用二水
17、平制氮装置（制氮硐室与五五联络巷各1套）和注氮管路系统，对250205上综放面采空区进行连续性注氮。在工作人员开始回撤作业之前，瓦斯检查员要对作业区域进行气体检查，只有在有害气体的浓度小于煤矿安全规程中的数值，且氧气浓度不小于18的情况下，方可进入作业，否则，要采取加大风量、减小注氮量、改变注氮方式等手段进行处理。在正常回撤过程中，要设专职瓦斯检查员在现场经常检查，确保作业人员的人身安全，并根据气体情况的变化，进一步确定合理的注氮流量。3、注“三相泡沫”3.1 在250205上综放面每隔10付支架撤出一付支架，在撤出支架的地方设置钻场，向采空区施工65mm注浆钻孔，钻孔倾角为1015，深度为1
18、218米（支架尾梁以里不得小于10米），每个钻场内施工5个钻孔，钻孔呈扇形布置（图3）。钻孔施工完后，连接注浆管路向钻孔内注“三相泡沫”。3.2 在支架间施工防灭火钻孔，钻孔倾角1527，深度为1618米（支架尾梁以里不得小于10米），钻孔间距为5米（每隔3付支架施工一个钻孔），如图4所示。钻孔施工完后，连接注浆管路向钻孔内注“三相泡沫”。3.3注“三相泡沫”注意事项（1）黄泥浆的水土比例为4：1左右,制浆之前要用过滤筛对黄泥进行筛选,过滤筛筛孔直径不能超过810mm；（2）发泡器放置位置距离灌注地点在2030米之间最佳；（3）注三相泡沫前应先检查整套管路系统是否连接好，包括注浆管道、搅拌器和
19、发泡器装置、气体管路和注发泡剂装置；（4）发泡剂定量添加泵使用前要预先向抽取发泡剂的1寸胶管里灌满水,然后再开泵；（5）井下有人专门负责注三相泡沫，当开始注浆后，井上负责人应电话通知井下负责人员，井下负责人员要随时注意管路中的浆液。如果是以氮气为气相，那么在注浆前就可以打开氮气管路；如果是注压缩空气，当浆液快要到达发泡器（离发泡器约10米左右）时，打开气体阀门，让空气进入管道，切记不能打开的过早；（6）每次灌注之前都要从发泡器观察孔观察发泡效果，确保泥浆全部形成细密的泡沫；（7）每次灌注时要求按照以上灌注时间进行连续不间断的灌注；（8）井上浆液的配制、发泡剂及注发泡剂泵的维护应有专人负责；井下
20、注三相泡沫、发泡器的维护应有专人负责；（9）当下浆受堵时，井下和井上负责人员应该及时通知。首先关掉注发泡剂泵的电源开关并停止注浆液和气体；然后检查管路和发泡器是否受堵；清理和维修完毕后，恢复正常工作；（10）当停止注三相泡沫时，应立即关掉注发泡剂泵的电源开关，以免浪费发泡剂4、钻孔注水对工作面回撤过程出现的局部高温点（超过30），及时采取打钻注水措施。具体的施工方法为：利用煤电钻向高温区湿式打孔，边打孔边注意孔内出水温度，发现出水温度较高时，停止打孔，插管进行注水直至水温降低。当高温点在打钻注水的过程中不出现好转时，要在该区周围10米内以1.5米的间距施工钻孔，寻找高温点源，直至消除高温为止。
21、5、250205上综放面已回撤冒落区的防火方案随着工作面支架的回撤，已回撤区会逐渐冒落，为防止该区发火，在回撤之前沿250205上综放面煤壁上部敷设1趟DN100管路，与回风顺槽的灌浆管路接通，管路一直要敷设到250205上综放面回撤前已冒落的位置，管路出口1米钻数个15mm的孔。在已回撤区冒落并封堵1号联络巷后，立即在回撤通道侧的1号联络巷内施工密闭，然后对冒落区采取注“三相泡沫”或灌浆。6、 煤炭自燃的预测预报利用红外测温技术、气样色谱分析和人工监测实现煤炭自燃的早期预报。试验数据分析，煤炭自燃的临界温度为76-80，干裂温度为100-110，当煤温达到临界温度时，离出现明火大约还有3-5
22、天，为此可确定发火早期预报的温度范围在70-110之间比较合适。在此范围内可选择的气体指标有一氧化碳、乙烷、丙烷和乙烯气体。根据实验，回风流中一氧化碳浓度大于100ppm就作为煤炭自燃的早期预报。只需要检测到丙烷、乙烯等是否出现这个定性临界值也可以作出判断，并进行预报。如果煤体温度达到30，可以初步判断出现煤炭低温氧化；如果煤体温度大于35可以判断已出现煤炭自燃隐患，即使一氧化碳浓度不是很高。温度是表明煤炭自然发火的重要指标，温度监测是煤炭自然发火早期预测预报的最直接也是最准确的方法之一。利用红外线测温仪测量工作面架间采空区侧的温度，工作面间隔一组支架设一个点，认真分析温度变化趋势，每天测一次
23、，发现问题及时采取措施。每间隔10副支架选一个钻孔进行人工监测和取样化验分析，两天一个循环，对CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8、C2H4、O2气体进行取样化验分析与人工监测，如果出现隐患必须缩短测点间距和检查周期，为可靠预测预报250205上综放面自然发火提供技术依据。第四章 结 论综放面快速回撤与瓦斯防治、防灭火技术的研究与应用在砚北煤矿250205上综放面的回撤工作中取得了良好效果，通过有力组织、精心策划，该项目的实施非常成功。从2009年6月3日至6月18日完成了250205上综放面的回撤工作。该项目的实施，创造的经济效益是显而易见的，快速回撤缩短了回撤时间，也节约了瓦斯防治和防灭火工作大量的人力、物力，同时，瓦斯防治与防灭火技术的实施，为快速回撤提供前提条件。总之，该项目的实施取得了显著的社会经济效益，为矿井的安全生产提供了有力的保障。
