第45届等级奖论文---晓南矿“110工法”安全开采技术

晓南矿???谭洪军

??摘要:无煤柱开采是合理开发利用煤炭资源、提高回采率、降低掘进率、减少巷道维护费、利于矿井安全生产的一项先进煤炭开采工艺。以N1-1502工作面开采过程中遇到的问题为研究对象,对晓南矿“110工法”安全开采技术进行了详细的分析总结。

?关键词??无煤柱开采 ?“110 工法” ?高瓦斯 ?易自燃 ?安全管理

铁法煤业(集团)有限责任公司晓南矿于1980年9月28日建成投产,随着矿井煤炭资源的不断开采,资源越来越少,“110工法”是一种提高回采率、降低掘进率、减少巷道维护费、利于矿井安全生产的一项先进煤炭开采工艺。晓南矿N1-1502工作面作为铁煤集团域内首个“110工法”试验面,在运用新技术的同时,针对工作面的特点采取一系列有针对性的安全技术措施,保障了工作面的安全生产。

1.?实验采煤工作面概况

1.1工作面位置

N1-1502工作面位于北一采区西部。南以北一15层中巷保护煤柱为界与南翼采区相邻;北部与北二采区相邻;东部为北一1506工作面(尚未开拓);西以F2断层为界与大兴井田相邻。煤层平均厚度1.46m。煤层倾角平均5°。工作面长210m,开采长度1185m。

1.2煤层自燃倾向性

2018年,晓南矿委托煤炭科学研究总院抚顺分院对15煤层进行煤炭自燃倾向进行鉴定,鉴定15煤层自燃倾向性等级为Ⅰ类,属容易自燃煤层,自燃发火期为1~3个月。

1.3工作面瓦斯情况

2019年8月份,晓南矿进行瓦斯等级测定,测定矿井绝对瓦斯涌出量为46.03m?/min,相对瓦斯涌出量为12.01m?/t,为高瓦斯矿井。2017年,委托中国矿大进行了煤与瓦斯突出危险性鉴定,鉴定15煤层为非突出煤层。瓦斯以吸附和游离方式赋存在煤层中,15煤层瓦斯压力0.34MPa、瓦斯含量3.53m?/t、瓦斯放散初速度19.2ml/s、煤体坚固性系数f 1.02。N1-1502工作面基本情况见表1-1。

1-1 N1-1502工作面基本情况

煤厚

1.46m

井下标高

-569~-605m

倾向长度

210m

煤层倾角

3~7°(平均5°)

走向回采长度

1185m

自燃倾向性

Ⅰ类容易自燃煤层

工作面最大瓦斯涌出量

26m?/min

自燃发火期

1~3个月

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2?.实施“110工法”面临的问题

开采前到山西、陕西、内蒙、黑龙江、贵州等地实际考察,对顶板控制方面的技术管理有了较充分的认识和经验,但作为高瓦斯矿井,还存在工作面瓦斯涌出量大、留巷采空区漏风严重、采空区自燃发火等“一通三防”问题。如何解决以上问题,是顺利实施“110工法”,保证工作面安全生产的必要条件。

3?.实施“110工法”的问题解决

?3.1?合理选择通风方式

(1)晓南矿N1-1502工作面原设计为“U”形通风工作面,计划实施“110工法”后,补充掘进N1-1502入风改造道与N1-1502运输顺槽贯通,N1-1502工作面初期采用“两入一回”通风方式:N1-1502运顺和N1-1502入风改造道进风,N1-1502回顺回风。如图1.1 “110工法”初期Y型通风系统图。

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1.1??“110工法”初期Y型通风系统图

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“两入一回”通风方式优点:工作面配风量容易满足。

缺点:采空区漏风量较大,造成回风隅角和回风顺槽瓦斯涌出量较大。且对采空区自燃发火极为不利。

(2)在留巷生产实践中发现由于运顺留巷段与回风隅角压差较大,工作面绝对瓦斯涌出量达到18m?/min,经过研究探讨调整为“一入两回”通风方式:N1-1502运顺入风,N1-1502回风辅助道和回顺回风。同时,N1-1502入风改造道作为下一个工作面的轨道顺槽,N1-1502运输顺槽实施留巷作为下一个工作面的运输顺槽,开采下个工作面前施工回风顺槽形成工作面完整的通风系统,确保一个工作面具有三条顺槽,并每个工作面回采期间留巷一个顺槽,从而实现无煤柱开采。如图1.2 “110工法”调整后通风系统图。

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1.2??“110工法”调整后通风系统图

通过合理调整通风系统,采用“一入两回”通风方式后,改变了留巷初期通风方式采空区内场流情况,相对减少采空区漏风。

?3.2?加强瓦斯防治

N1-1502工作面为薄煤层开采工作面,平均采高1.46m,工作面直接顶和基本顶岩性较好,不易垮落,且垮落后岩石块也较大,造成采空区漏风严重;同时,顶板岩性好造成采空区垮落步距增大,以往30m垮落步距瓦斯治理经验不能满足瓦斯治理要求;运顺留巷封堵不能完全严密造成采空区漏风大,工作面回风隅角瓦斯涌出量增加;针对以上问题,开采前及时形成抽采系统并采取以下措施:

(1)N1-1502工作面抽采方法为回顺钻场施工低倾角度长钻孔和14层采空区导入孔。在N1-1502回风顺槽接设埋管抽采采空区内瓦斯。

(2)埋管抽采:为解决回风隅角瓦斯问题在回顺侧采空区埋设一趟φ315mm瓦斯抽采管路,跨步式埋设与地面瓦斯泵连接,抽采采空区瓦斯从而治理回风隅角瓦斯问题。

随着工作面向前推移,φ400mm瓦斯管路在轨道中巷往沿空留巷侧接设φ273mm瓦斯抽采管路,每50米出一个三通并向采空区埋设瓦斯抽采管路,对沿空留巷侧采空区内瓦斯进行抽采。

(3)上临近层瓦斯抽采:N1-1502工作面正上方为N1-1401采空区,层间距为平均为37.7m,利用N1-1401密闭对N1-1502上临近层采空区进行瓦斯抽采。

(4)本煤层预抽:在N1-1502拆除准备道安设2台移动式瓦斯抽采泵,运顺接设一趟φ315mm预抽瓦斯管路,利用水射流式煤层造穴泄压装置,在N1-1502工作面运顺口至760m区域,每隔5m向工作面施工一个顺层钻孔,孔深90m,利用“两堵一注”封孔工艺。利用移动式瓦斯抽采泵对预抽钻孔进行抽采。

3.3 防治采空区自燃发火

北一15#煤层自燃倾向性等级为Ⅰ类,为容易自燃煤层,自燃发火期为1~3个月。运输顺槽留巷段漏风,导致采空区漏风较大,容易发生自燃发火。为有效防治采空区自燃发火有针对的采取措施如下:

(1)在埋管抽采中安设一氧化碳传感器,如一氧化碳浓度达到200PPm或出现乙烯时,停止埋管抽采,并采取防灭火措施。利用中央砂井制氮机向采空区内进行注氮气。

(2)利用KJ428矿用分布式激光火情监测系统对采空区进行火情监测。

(3)地面制氮机制出氮气,通过注氮立孔进入井下注氮管路,N1-1502运输顺槽向采空区内埋设两趟注氮φ108mm注氮管路,实现跨步式埋设,埋入深度在30~70米范围。

(4)N1-1502工作面“110工法”留巷采空区侧使用风筒布+挡矸网+喷涂KA-GK快速密闭喷涂材料的堵漏方式。为减少采空区漏风,进入留巷段开始在架后0~60m区段,采用铺设挡风布方式进行漏风控制;在架后60~150m区段采用KA-GK快速密闭喷涂材料或者混凝土喷浆材料对巷道顶部和碎石帮进行初次喷涂;在成巷稳定区内,进行复喷。通过一段时间使用,该材料适应煤矿巷道各种形变,不妥落,不开裂,克服了水泥砂浆的缺点。有效的减少了采空区漏风。

(5)建立健全束管系统,每隔50m设置一组测点;同时采用人工监测、采样分析等方法,以CO气体为早期预测预报的主要气体,以CO、烯烃类气体为判断自燃发火阶段和程度的标准性气体,辅以空气温度指标和空气气味、水雾等表象类特征对火灾进行预测预报。

4.?结语

?N1-1502工作面实施“110工法”?以来,采取了有针对性的措施保证了工作面安全生产,通过总结N1-1502工作面“110工法”安全开采技术,为其他工作面实施“110工法”积累了丰富的经验,我矿采用沿空留巷新技术后,将有效的缓解采掘接续紧张关系,对延长矿井服务年限、改善安全生产条件具有重要意义。

参考文献:

【1】?《N1-1502工作面110工法关键技术研究及应用设计方案》北京中矿创新联盟环境科学研究院

【2】?《薄煤层无煤柱开采技术探讨》中国科技纵横,2014(9).

【3】?《柠条塔煤矿110工法采空区漏风规律及防治对策》煤炭科技,2018(2).

作者简介:谭洪军(1986-,男,工程师,2011年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业,现在晓南矿地测大队担任技术员职务。联系电话:15898051027

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