51101工作面均压技术方案.docx
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51101工作面均压技术方案
一、矿井及工作面基本情况
㈠、矿井概况
山西离柳焦煤集团有限公司兑镇煤矿位于霍西煤田汾孝矿区西部,地理位置位于山西省孝义市兑镇村西南,东北距孝义市城区22km,行政区划属兑镇镇管辖,隶属山西离柳焦煤集团有限公司。
井田南北长约4.225km,东西宽约3.10km,井田面积8.0115km2。
山西离柳焦煤集团有限公司兑镇煤矿始建于1978年6月,于1988年11月正式投产,原设计能力90万吨/年,2007年1月28日山西省煤炭工业局晋煤行发[2007]110号文批准进行机械化升级改造,矿井生产能力由90万吨/年提升到120万吨/年。
2009年11月山西省煤炭工业厅以晋煤重组办发[2009]70号文批复山西离柳焦煤集团丈八井为单独保留矿井,重组整合后矿井名称为山西离柳焦煤集团有限公司兑镇煤矿,矿井生产能力为120万吨/年,属地方国有煤矿。
井田位于吕梁山区,为侵蚀低山丘陵地貌。
井田内主要开采煤层为9、10、11号煤层。
其中10号、11号煤层为合并层。
9#煤层厚度1.35~2.01m,平均1.59m,9#煤层大部分已被小煤窑破坏。
10#和11#煤层上距9#煤层0.50~1.80m,煤层厚度6.09~9.91m,为井田稳定可采煤层。
各煤层特征如表1-1所示。
表1-1煤层特征表
煤层编号
厚度(m)
层间距(m)
顶板岩性
底板岩性
9
1.35—2.01
1.59
0.50—1.800.9
K2灰岩
泥岩
10、11
6.09—9.91
8.01
泥岩
铝土泥岩
矿井开拓方式为斜井单水平双翼分区式。
拥有主斜井、副斜井、人行斜井、进风斜井4个进风井及1个回风立井。
矿井采用中央分列式通风方式,机械抽出式通风方法。
回风井井口安装2台FBCDZ-10-№27型矿用对旋轴流式通风机,电机功率2×315kW,其中1台工作,1台备用。
据山西离柳焦煤集团有限公司离柳焦发〔2016〕206号文的批复,兑镇煤矿瓦斯相对涌出量为0.82m3/t,瓦斯绝对涌出量为2.08m3/min,二氧化碳相对涌出量为2.29m3/t,二氧化碳绝对涌出量5.83m3/min,属低瓦斯矿井。
据2016年6月由山西省煤炭工业局综合测试中心煤层煤样的检验报告,10+11号煤层具有煤尘爆炸危险性。
煤层属自燃煤层,自燃倾向性等级为Ⅱ级。
矿井排水系统为矿井井下设有3个水仓,容积3000m3,安装有3台MD28043×5型离心式水泵,1台工作,1台备用,1台检修;配有排水管2趟,工作面涌水通过采区排水系统排到采区水仓,由采区水仓排水到大巷,经大巷水沟排至中央水仓,再通过水泵排到地面水处理厂;地面有1000m3和200m3两个静压水池直接向井下供水,静压水由静压水管路向各工作面供水。
井下大巷及运输机转载点装有防尘洒水设施。
矿井供电电源来自兑镇110kv变电站供矿区35kv变电所双回路供电,井下6kv供电电源来自离柳焦煤集团35kv变电所,双回路供至五采区变电所。
矿井安全监控系统为KJ-90NB型监控系统,并建有井上下通讯系统。
矿井现有一采一备两个综采放顶煤回采工作面,一个掘进工作面。
㈡、工作面概况
1)工作面位置及井上下关系
51103工作面位置及井上下关系如表1-3所示。
表1-351103综采工作面位置及井上下关系一览表
概
况
煤层名称
10#+11#
水平名称
+820m
采区名称
五采区
工作面名称
51103
工作面标高(m)
+826~+837
地面相对位置
地面无任何建筑物
井下位置及
四邻采掘情况
该工作面北接五采区三条矿井大巷(五采区集中材料巷、五采区集中回风巷、五采区集中皮带巷),南距矿界保安煤柱线20m,西临已规划的51102工作面,东临已规划的51104工作面。
回采对地表影响
回采造成地表裂缝、塌陷,影响土地耕种。
做好地表水进入井下的防治水工作
工作面长度(m)
170(净)
顺槽长度(m)
800
面积(m2)
136000
2)煤层
采煤工作面开采煤层情况如表1-4所示。
表1-4工作面开采煤层情况一览表
地层年代
煤层
编号
煤层
厚度
(m)
层
间
距
(m)
倾
角
稳定性
煤层结构
容
重
t∕m3
顶底板
岩性
普氏系数f
系
统
组
顶板
底板
石炭系
上统
太原组
9#
1.18
0.7
0-3°
稳定
简单
1.4
石灰岩
泥岩
f﹦1.5~2
石炭系
上统
太原组
10#+11#
6.99
0-3°
稳定
复杂
1.46
泥岩
泥岩
f﹦1.5~2
3)煤层顶、底板
工作面地层情况如图1-1所示。
开采煤层顶底板情况如表1-5所示。
表1-5开采煤层顶底板情况一览表
顶底板名称
岩石名称
平均厚度(m)
岩性特征
基本顶
K2石灰岩
6.47
坚硬、裂隙溶洞发育
直接顶
9#底板
0.7
煤层稳定结构复杂
底板
铝土泥岩
4.0
灰白色,遇水膨胀
(详见附图:
煤层柱状图)
4)地质构造
由地质精查报告和已掘巷道证实,该区域內的煤层成单斜构造(西高东低),小型波状起伏较为发育。
图1-1工作面地层综合柱状图
㈢、采煤方法
1)采煤方法与巷道布置
采用走向长壁后退式综采放顶煤的采煤方法。
工作面巷道布置如图1-2所示。
图1-251103工作面巷道布置示意图
2)采煤工艺
机头斜切进刀(机头向机尾方向进刀,进刀完成后,再由进刀段开始向机头推移前刮板输送机)→拉机头端头支架(3#→2#→1#)→拉后溜机头段(包括过渡槽,保证后溜平直)→割三角煤(从进刀段向机头方向割煤并追机前移中间支架,伸出端头支架伸缩梁)→正向割煤→追机拉中间支架→放顶煤→(割通机尾后,机尾端头支架伸出前伸缩梁)→拉后溜→反向返空刀→推前溜→移机尾端头支架(回收伸缩梁)→拉后溜。
3)工作面顶板控制
工作面采用全部跨落法控制顶板,采空区顶板随支架前移自行跨落充填。
最大控顶距为4942mm,最小控顶距为4342mm,放顶步距为放顶步距600mm,端面距355mm支架操纵方式采用本架操纵,滞后于采煤机后滚筒6米依次顺序移架,及时支护顶板,移架一次到位。
如图1-3所示。
图1-351103工作面支护布置示意图
二、存在问题
矿井井田范围内9号煤层大部被小煤窑采用刀柱法私挖乱采破坏,9号煤层采空区的连通范围、采空区与地表的构通情况、采空区内积水和积气等情况均不明。
本矿在回采10、11合并层时,由于其顶板为层厚0.5m—1.8m的泥岩,放顶煤工作面在推进过程中经常要构通9号煤层采空区,此时,工作面漏风非常严重,进风顺槽、回风顺槽均出风,工作面中部无风,其中:
进风顺槽出风约600m3,回风顺槽出风约1100m3。
显然,工作面属开放式漏风。
工作面在向工作面漏风的同时,大量有害气体窜入,主要是CO2,其次有少量的CO和甲烷等,严重威胁工人的生命安全。
2009年5月18日,本矿41105工作面在全负压通风的情况下,切眼后部顶煤垮落,构通9号煤层采空区,CO2浓度严重超标,致使一名矿工窒息死亡。
三、治理措施
由于9号煤层采空区的连通范围、采空区与地表的构通情况、采空区内的积气情况均不明,短时间内地面堵漏效果不会明显,加之9号煤层为自燃煤层,如果采用抽排方案,很可能会引起煤层自燃,因此,排除抽排采空区有害气体的方案。
根据工作面上覆煤岩垮落规律,和工作面采空区漏风通道相对固定的特点,可以判定采空区有害气体有两个来源:
一个是由漏风携带来自工作面采空区上覆老空区以外的地区,一个是来自工作面上覆老空区积存的有害气体,工作面顶板冒落后,老空区二氧化碳下沉进入采空区漏风通道,之后进入工作面。
随着工作面的开采,由于老空区的漏风通道相对固定,来自其它地区的二氧化碳会逐渐减少,因此对工作面构成威胁的二氧化碳主要来自工作面上方老空区,所以对工作面上方二氧化碳的分布状况进行钻孔探测意义重大。
因此:
措施之一:
工作面上覆老空区有害气体的探测。
老空区的有害气体直接威胁着工作面的安全生产,特别是在老顶突然大面积垮落、工作面气压突然变化等情况下,会突然涌入工作面,造成人员伤亡,最安全的处理方法是在老空区或采空区将有害气体消除,由于9号煤层为自燃煤层,为防止煤层自燃不能采用抽排方案,只能使用二氧化碳吸收剂吸收采空区、老空区的二氧化碳。
因此:
措施之二:
采空区、老空区二氧化碳的有效吸收。
工作面与采空区之间存在开放式漏风,由于9号煤层被小窑破坏,造成工作面上覆老空区广泛连通、采空区漏风阻力小、漏风压差大、漏风量大(工作面无措施时,轨道顺槽与皮带顺槽均为回风),大量漏风不但将有害气体带入工作面,还会引起采空区遗煤自燃,要解决工作面开放式漏风的问题,只能采用均压通风技术。
四、工作面均压方案
㈠、方案确定
工作面皮带顺槽增设煤仓均压通风
51103工作面增设煤仓均压方案如附图1所示,在皮带顺槽增设煤仓,自煤仓底部掘联络斜巷与集中皮带巷构通,在工作面皮带顺槽与集中皮带巷间设置风门,皮带顺槽的进风联络巷中,设置局扇与风门,在工作面的轨道顺槽的末端设置调节风窗,以提高工作面风流压力,抑制采空区有害气体涌出。
㈡、均压风机选型计算
根据2017年3月34日矿井通风阻力测定报告,51103采面进风阻力情况如表4-1所示。
表4-151103采面进风阻力情况
区段号
巷道名称
累计阻力(Pa)
1-2
副斜井
20.19
2-3
井底绕道
101.85
3-4
820大巷
223.37
4-5
820大巷
308.64
5-6
820大巷
385.01
6-7
四采区集中材料巷
494.83
7-8
51103工作面
508.37
根据工作面所需风量和所需风压增量,根据FBD系列煤矿用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机性能参数,为51103工作面各选择型号为FBD№10/2×55kW型增压风机两台(一台工作、一台备用),风机风量:
900-1500m3/min,全压:
1100-5000Pa。
㈢、均压风机的校核计算
FBD№10/2×55kW隔爆对旋轴流局部风机在51103工作面实际应用情况。
风机进出风压差530Pa,风量937m3/min,工作面漏风20m3/min。
由于运输顺槽联络中使用无压风门时,必然有一定风量通过风门,故选用的增压风机不但要负担工作面的全部风量,还要负担通过风门的风量,因此在选择增压风机时必须要选用较大型号的风机。
依据FBD№10/2×55kW型风机风压特性曲线。
51103工作面需风量720m3/min,FBD№10/2×55kW型风机最小供风量为900m3/min,剩余180m3/min的风量能够满足51103运输顺槽无压风门的漏风。
五、工作面均压通风安全技术措施
1)加强地面查漏、堵漏的工作。
2)均压风机与矿井地面主扇应具有相同用电等级和相同的监控等级。
3)均压风机应配置专用开关、专用变压器、专用电缆、专人职守。
4)均压风机应配置“双风机、双电源”系统,并能自动切换。
5)工作面初、末采时适当降低采高。
6)均压风机、风筒、风门每天都要设专人维护,变电所要由专人看管该区总开关。
7)均压风机出现故障时,在另一风机正常运转的情况下,应在8小时内修复或更换。
8)回风顺槽的两个调节风窗应设置为带闭锁装置的两道风门;同时回风顺槽还要设置反向风门两道。
9)随着采煤工作面的推进,测风员每天要对回风巷调节风门上风窗的面积进行调整,以保持工作面的进、回风量基本一致,使工作面始终保持最佳均压效果。
10)进风巷中隔断均压风机进、出风的两道风门,施工质量必须可靠,基本无漏风,同时两道风门间必须有可靠的闭锁装置,严禁两道风门同时打开。
11)均压设施(风门、风筒、风机等)要长期处于完好状态。
若出现问题,应及时处理。
12)启动均压风机时,先启动进风巷局扇,待局扇运转平稳后,再关闭两扇风门,之后调节回风巷调节风窗的调压面积,同时,测定风量、压力,观察瓦斯、二氧化碳浓度变化和涌出量变化。
13)工作面回风顺槽、工作面上隅角、工作面中部对有害气体进行监测监控;同时工作面配备巡回和专职瓦斯员监测。
回风巷设置风电闭锁及瓦斯断电仪,停风瓦斯超限时立即报警断电;工作面每班设专职瓦检员1人,专职通风员1人、安全检查员1人,采煤队跟班队干1人,长期在工作面检查巡视,发现异常情况立即切断电源撤人。
14)加强工作面矿压观测,在周期来压时,密切注意工作面有害气体涌出的变化。
15)制定防灭火综合措施。
16)加强灾害演练。
17)应急措施
①工作面在遇特殊条件时应适当配备6-8人的救护队员,在救护队的监护下生产。
②井下设置压风自救系统。
③矿井配备压缩氧自救器补给站。
六、二氧化碳的检查与监测
㈠、工作面预防二氧化碳日常检测
1)二氧化碳传感器安设位置及要求
根据《煤矿安全规程》和《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范AQ1029-2007》的相关规定,51103综采工作面二氧化碳传感器的设置如下:
①、二氧化碳传感器应垂直悬挂在巷道下方风流稳定的位置,距底板不得大于500mm,距巷壁不得小于200mm,并应安装维护方便,不影响行人和行车。
②、回采工作面机尾、工作面中部布置二氧化碳传感器各一个:
报警浓度均为1.0%;回风顺槽距工作面10米内布置二氧化碳传感器一个,报警浓度1.0%;工作面回风巷口布置二氧化碳探头一个,距回风巷口10~15米,报警浓度1.0%。
2)人工检测二氧化碳的要求
瓦斯员要在工作面上隅角、工作面中部、工作面下隅角、工作面、回风顺槽、采区主要回风巷人工检查CO2浓度,检查次数同瓦斯检查。
每周由通风科人员对工作面采空区,利用束管检测CO2和O2等参数。
㈡、矿井监测系统的管理
1)传感器校对与维护
①、每月用标准二氧化碳气样和空气样按调校规程对二氧化碳传感器进行一次调校和更换,并做好调校、更换记录。
②、矿井通风安全监测仪的安装、调试、维护均由矿监测监控组负责,工作面日常管理由综采队负责、其它地点由通风队负责,实行挂牌管理。
③、从事安全测控仪器管理、维护、检修、值班人员应经培训合格,持证上岗。
④、井下安全使用的分站、传感器、声光报警器及电缆等由所在采掘区的区队长、班组长负责管理和使用。
⑤、传感器经过调校检测误差仍超过规定值时,必须立即更换;安全测控仪器发生故障时,必须及时处理,在更换和故障处理期间必须采用人工监测等安全措施,并填写故障记录。
2)监测系统的管理
①、煤矿应建立以下二氧化碳监测报表:
a.安全测控仪器台帐;b.安全测控仪器故障登记表;c.检修记录;d.巡检记录;e.传感器调校记录;f.中心站运行日志;g.安全测控日报;h.报警记录月报;i.超限功能测试记录;j.安全测控仪器使用情况月报等。
②、安全测控日报应包括以下内容:
a.表头;b.打印日期和时间;c.传感器设置地点;d.所测物理量名称;e.平均值;f.最大值及时刻;g.报警次数;h.累计报警时间等。
③、电网停电后,备用电源不能保证设备连续工作1h时,应及时更换。
④、使用中的传感器应经常擦拭,清除外表积尘,保持清洁。
采掘工作面的传感器应每天除尘;传感器应保持干燥,避免洒水淋湿;维护、移动传感器应避免摔打碰撞。
⑤、煤矿安全监控系统和网络中心应每3个月对数据进行备份,备份的数据介质保存时间应不少于2年。
⑥、图纸、技术资料的保存时间应不少于2年。
3)日常检测结果的管理
对日常检测结果,通风科要对二氧化碳观测点的相关检测内容进行分析、绘制曲线,一旦发现有上升征兆,立即上报相关领导,采取措施,进行处理,以杜绝灾害事故的发生。
七、相关规定
㈠、二氧化碳的相关规定
1)修复旧井巷,必须首先检查瓦斯,当瓦斯积聚时,必须按规定排放,只有在回风流中瓦斯浓度不超过1.0%、二氧化碳浓度不超过1.5%、空气成分符合要求时,才能作业。
2)井下空气成分必须符合下列要求:
采掘工作面的进风流中,氧气浓度不低于20%,二氧化碳浓度不超过0.5%。
3)对于串联通风,必须在进入被串联工作面的风流中装设甲烷断电仪,且瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5%,其他有害气体浓度都应符合规程规定。
4)矿井总回风巷或一翼回风巷中瓦斯或二氧化碳浓度超过0.75%时,必须立即查明原因,进行处理。
5)采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%时,必须停止工作,撤出人员,采取措施,进行处理。
6)采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时,必须停止工作,撤出人员,查明原因,制定措施,进行处理。
7)临时停工的地点,不得停风;否则必须切断电源,设置栅栏,揭示警标,禁止人员进入,并向矿调度室报告。
停工区内瓦斯或二氧化碳浓度达到3.0%或其他有害气体浓度超过规程规定不能立即处理时,必须在24h内封闭完毕。
8)局部通风机因故停止运转,在恢复通风前,必须首先检查瓦斯,只有停风区中最高瓦斯浓度不超过1.0%和最高二氧化碳浓度不超过1.5%,且符合《规程》开启局部通风机的条件时,方可人工开启局部通风机,恢复正常通风。
9)停风区中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%,最高瓦斯浓度和二氧化碳浓度不超过3.0%时,必须采取安全措施,控制风流排放瓦斯。
停风区中瓦斯浓度或二氧化碳浓度超过3.0%时,必须制订安全排瓦斯措施,报矿技术负责人批准。
10)在排放瓦斯过程中,排出的瓦斯与全风压风流混合处的瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过1.5%,且采区回风系统内必须停电撤人,其他地点的停电撤人范围应在措施中明确规定。
只有恢复通风的巷道风流中瓦斯浓度不超过1.0%和二氧化碳浓度不超过1.5%时,方可人工恢复局部通风机供风巷道内电气设备的供电和采区回风系统内的供电。
11)矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度,并遵守下列规定:
a.采掘工作面二氧化碳浓度应每班至少检查2次;有煤(岩)与二氧化碳突出危险的采掘工作面,二氧化碳涌出量较大、变化异常的采掘工作面,必须有专人经常检查二氧化碳浓度。
本班未进行工作的采掘工作面,瓦斯和二氧化碳应每班至少检查1次;可能涌出或积聚瓦斯或二氧化碳的硐室和巷道的瓦斯或二氧化碳应每班至少检查1次。
b.瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度,并认真填写瓦斯检查班报。
每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上,并通知现场工作人员。
瓦斯浓度超过本规程有关条文的规定时,瓦斯检查工有权责令现场人员停止工作,并撤到安全地点。
㈡、《规程》中关于辅助通风机的相关规定
第一百二十五条矿井通风系统中,如果某一分区风路的风阻过大,主要通风机不能供给其足够风量时,可在井下安设辅助通风机,但必须供给辅助通风机房新鲜风流;在辅助通风机停止运转期间,必须打开绕道风门。
严禁在煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中安设辅助通风机。
第二百三十七条采用均压技术防灭火时,应遵守下列规定:
(一)应有完整的区域风压和风阻资料以及完善的检测手段。
(二)必须有专人定期观测与分析采空区和火区的漏风量、漏风方向、空气温度、防火墙内外空气压差等的状况,并记录在专用的防火记录簿内。
(三)改变矿井通风方式、主要通风机工况以及井下通风系统时,对均压地点的均压状况必须及时进行调整,保证均压状态的稳定。
(四)应经常检查均压区域内的巷道中风流流动状态,应有防止瓦斯积聚的安全措施。
㈢、《规程》中有关均压的相关规定
第一百五十三条井下所有煤仓和溜煤眼都应保持一定的存煤,不得放空;有涌水的煤仓和溜煤眼,可以放空,但放空后放煤口闸板必须关闭,并设置引水管。
溜煤眼不得兼作风眼使用。
附图:
51103均压通风系统示意图
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