极近距离煤层开采工作面

论文导读：极近距离煤层开采防止煤炭自燃是当前摆在“一通三防”工作的难点，如果措施不利就会在回采过程中出现煤炭自燃或自燃征兆，给矿井正常生产带来极大威胁，特别是在煤层中瓦斯含量大，采空区瓦斯浓度高，积存量大，一旦采空区出现高温点或自然发火点，将可能引起瓦斯爆炸事故，给矿井安全造成不可估量的经济损失和人员伤亡。根据四老沟矿的现状及其存在的问题，通过多次分析研究和到其它矿井考察，决定采取下面两种防止古塘自燃防灭火方案。1、阻化剂对煤的阻化原理。2）、每天对均压工作面进风.回风巷风量.风压差测定一次，向通风区值班汇报.若风量差大于70立方米/分钟，必须进行风量调整。
关键词：极近距离煤层，阻化剂，均压，防灭火

　　一、概述
　　四老沟矿井田301盘区和303盘区，14-2#层煤层与14-3#层煤层层间距为0.7---11米之间。301、303盘区14-2#层煤层已基本上采完，为了提高煤炭资源回收率，保证四老沟矿生产的正常衔接，于2006年已经开采14-3#层煤层，煤层倾角为1---4度，煤层厚度2.3---3.2米，矿井瓦斯绝对涌出量为0.39立方米/分钟，属于低瓦斯矿井，但煤层具有自燃发火倾向，自燃发火期为六个月。矿井通风方式为中央混合式，矿井主要通风机型号为2K58-2.8M和70B2-2.8M各2台，主扇工作方法为并联压入式，电机功率为1000kW。矿井实际进风量为 12424m3/min，矿井有效风量率为86%，通风阻力为1176Pa。煤尘具有煤尘爆炸性；最短自然发火期为六个月，属自然发火矿井。
　　14-2#层301、303盘区煤层，已于2006年前采完。根据矿技术部门对14-3#层301、303盘区采掘工作面设计，都在14-2#层采空区下布置，为“U”型工作面布置。
　　 由于14-3#工作面上部14-2#层已成采空区，受14-3#层工作面的采动影响，已垮落的古塘将再次垮落，可能造成上覆14-2#层古塘浮煤随着14-3#层的垮落再次飞扬，使浮煤受氧化面积增大，给古塘浮煤自燃造成极大的隐患。
　　首采工作面为14-3#层303盘区的8315采煤工作面，埋藏深度为240m，工作面走向长度为100m，两顺槽长度为1000m，煤层倾角平均2o-4°，回采方法为走向长壁后退式采煤法。论文参考。
　　 由于矿井煤炭自然发火期短，顶板压力大，给防治煤炭自燃带来了极困难。在8315工作面开采时，古唐漏风严重现象、自燃隐患的同时存在，给矿井安全生产带来了严重威胁。矿井现装备加拿大森透里昂800安全监测系统一套。
　　二、极近距离煤层开采自燃发火危害的难点分析
　　 （1）采空区丢煤自燃供氧条件好，采空区位于工作面上部。在回采过程中，进入采空区的漏风风流在进风顺槽风流速压、矿井正压和空气的自身升腾力作用下，采空区不宜积水,空气干燥, 使采空区内的丢煤容易进行氧化反应。
　　 （2）采空区丢煤自燃积聚热量条件好，上分层采空区内的丢煤在氧化过程中生成的热量在其热膨胀和上升力的作用下，易于积存在采空区为煤炭自燃创造了条件。
　　 （3）采用边采边灌的方法不易实施，在进行采空区灌浆时，其灌浆量一旦大于采空区承受能力，就会发生泥浆淹面事故。即使进行采空区灌浆，其泥浆也是只覆盖采空区底板小范围的丢煤，采空区大量的顶板落煤得不到泥浆覆盖。论文参考。
　　三、极近距离煤层开采防止自然发火危害的综合治理措施
　　极近距离煤层开采防止煤炭自燃是当前摆在“一通三防”工作的难点，如果措施不利就会在回采过程中出现煤炭自燃或自燃征兆，给矿井正常生产带来极大威胁，特别是在煤层中瓦斯含量大，采空区瓦斯浓度高，积存量大，一旦采空区出现高温点或自然发火点，将可能引起瓦斯爆炸事故，给矿井安全造成不可估量的经济损失和人员伤亡。因此在既有煤炭自燃倾向性，又有瓦斯大量存在的情况下，采取综合治理措施显得尤为重要。
　　根据四老沟矿的现状及其存在的问题，通过多次分析研究和到其它矿井考察，决定采取下面两种防止古塘自燃防灭火方案。
　　（一）、汽雾阻化防灭火方案：
　　1、阻化剂对煤的阻化原理。
　　要分析阻化剂对煤的阻化原理，首先要了解煤的自然机理，煤炭吸收空气中的氧气，氧化后开始在煤机构的活动链上产生不稳定的初级氧化物，首先是把煤中的氢原子氧化成羟基（OH），其次把碳原子氧化成羧基（COOH），最后羟基被氧化成CO2、CO、H2O2，在这些反应过程中随时产生微热，氧与煤相互作用加速，最终导致自燃发火。
　　阻化剂防止煤炭自燃发火主要以下三个方面的作用：一是产生负催化作用，煤炭经过阻化处理后，阻化剂吸附在煤的表面上，形成了一层能抵制氧气与煤接触的保护膜，阻止煤与氧结构链上羧基反应，使煤与氧气的亲合力降低。二是隔绝作用，氯化物的溶液进入煤体裂缝中，并覆盖煤的外部表面，使煤的外部封闭，隔绝空气。三是吸水降温作用，氯化物是一种吸水能力很强的物质，它能吸收很多空气中的水分并覆盖在煤体表面，使煤体的温度降低，延长煤的发火期。
　　在汽雾阻化作用的氯化物药剂（MgCI），水解时成中性，对设备的腐蚀性小，因此选择MgCI作为阻化剂较为经济合理。
　　在应用汽雾阻化防灭火技术时，在漏风通道入口设置雾化器，并将阻化剂变为阻化汽雾，阻化汽雾以漏风为载体，向采空区漂移，随着漏风风流的漂移落在煤体表面，从而起到阻化防灭火的作用，这一技术关键是利用采空区的漏风，一般来说，漏风所到之处是容易发生自燃发火的地方。
　　2、汽雾阻化防灭火装备：
　　本系统包括雾化泵站，管路系统及雾化部分，雾化泵站设有雾液泵、过滤器、液箱、电气开关等；管路系统包括高压管、高压球阀、连接头组成；雾化部分包括喷雾嘴。
　　3、汽雾阻化防灭火工艺：
　　工作面设立雾化点3个，即在工作面端头、37米处和74米处。
　　阻化剂的浓度根据抚顺煤科院实验数据分析，选择MgCI溶液为阻化剂，浓度为15%，既能起到防灭火的效果而且又经济合理。
　　（二）、均压防灭火方案
　　均压通风是采煤工作面防灭火技术的一项重要措施，采取均压措施，可以改变通风系统中的压力分布，降低漏风风路两端的风压差，减少采空区漏风，达到抑制煤炭自燃的目的。为了保证采煤工作面风流稳定和均压效果，我们主要采取了风窗和均压风机联合调压原理：即在工作面回风绕道中设置了两道控制风量的风窗和均压风机，提高工作面的通风压力。根据采煤工作面实施的均压研究与应用，工作面配风在450m3/min左右，工作面通风阻力在29Pa时，对工作面防灭火最有利;为此，工作面配风在600m3/min左右，通风阻力在35Pa左右时，对工作面防止隅角瓦斯超限最有利，为此，将工作面配风控制在500m3/min左右。为保证均压通风的效果，实现通风系统稳定，我们在矿井所有风门上设置了闭锁装置，并在工作面附近的主要风门上设置了风站开停显示，特别是在巷道贯通期间，提前建好通风设施，三班专人看守，贯通后及时调整通风系统等，保证矿井通风系统稳定和风量充足。四老沟矿各工作面采用“U”型通风方法,上覆11#层,14-2#层301、303盘区煤层已成采空区,现开采14-3#层煤层,工作面通过采空区塌落极易向14-2#层、11#层漏风，使古塘浮煤得到氧化，集聚大量的热量,给浮煤自燃创造条件。为了有效地减少向采空区漏风，减少进风与回风的压差，经过深入井下现场了解情况和查阅大量资料，确定采取工作面用均压通风来控制向采空区漏风，达到防止浮煤自燃效果。
　　1、均压系统布置
　　在14-3#层301、303盘区开采的工作面回风绕道安装两台同等能力风机(一台备用),并实现自动切换。回风向专回巷方向排出,风机必须吊挂,回风绕道做两道挡风墙,每道墙内左上方镶嵌质风筒,右下方安装小风门(1.2X0.7米)一扇,挡风墙两侧安装“U”型压差,测定挡风墙两侧的压差.
　　2、均压系统的安全术措施
　　1）、在工作面的皮带巷(进风巷)安装控风设施,按照工作面配风要求,进风量与回风量差不能大于70立方米/分钟,尽可能地减少向采空区和14-2#层.11#层古塘漏风.
　　2）、每天对均压工作面进风.回风巷风量.风压差测定一次，向通风区值班汇报.若风量差大于70立方米/分钟，必须进行风量调整。
　　3）、通风区派专人对均压系统进行看护，若风机停电立即打开回风绕道墙小风门，通知工作面工作人员撤人，再检查均压系统电源和设备，只有风机正常启动,作业人员方可正常工作。
　　四、监测系统的应用。
　　为搞好瓦斯管理和防止煤炭自燃预测预报工作。我们主要利用加拿大森透里昂安全监测监控系统和人工检测相结合的方法，积极开展预测预报工作。矿井安全监测系统实现对CO、CO2、CH4、C2H4、、C2H6、O2、N2等气体含量的在线监测，其分析结果在实时监测报告、分析日报两种方式提供数据的同时，自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的弯变化趋势进行分析；对于个别地占需进行取样分析时，可人工地行气体取样，上井后利用色谱仪进行气体分析，并同时实现数据打印和储存。本系统对常量分析和微量分析可同时进行，监测气体种类多、线性范围大、精确度高、24h在线监测。为矿井防灭火工作总结全面准确的技术资料奠定了基础。安全监测监控系统的使用和进一步改造完善，无论在矿井瓦斯管理还是在矿井防止煤炭自燃管理中，均起到积极作用，收到显著的效果。实现了井上下电源停电2h内安全监测系统正常工作，保证了CH4、风速、温度、CO、设备开停、风门开关等微机监控；实现了主要通风风机电流、电压、轴承温度、风量、负压等参数的微机监控；完成了通风、调度、总工程师、矿长等办公地点的微机联网和信息共享。
　　 五、极近距离煤层开采防止自然发火治理的效果
　　极近距离煤层开采防止自然发火技术是一项复杂的系统工程。经过近两年来开采,四老沟矿14-3#层301、303两盘区四个工作面已经开采出来，经过观测和气体化验分析，没有发现一个工作面出现过一氧化碳、二氧化碳、烟雾等有害气体，采空区没有发现自燃现象，这就充分证明四老沟煤矿通过对矿井极近距离煤层开采防止煤炭自燃技术研究、应用和完善，取得出显著的效果。论文参考。极近距离煤层开采只要采取有效可行的方法,是能够防止采空区煤层自燃的防灭火方案是可行的。
　　　　 （1）杜绝了综采工作面不发生煤自燃事故。
　　 （2）工作面撤除期间，由于措施得力，杜绝了撤面期间的煤炭自燃事故，保证了工作面安全撤出。
　　 （3）该项技术的研究应用，为四老沟煤矿极近距离煤层开采防止煤炭自燃治理提供了科学的实践经验和理论依据。使四老沟矿防治煤炭自燃技术已初步形成了一套有效地综合治理技术，杜绝了煤炭自燃事故的发生，实现了安全生产。