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        改進(jìn)工作面收尾期間拆架工藝預(yù)防采空區(qū)發(fā)火

        2021-06-05 07:01:46閆秀軍
        山東煤炭科技 2021年5期
        關(guān)鍵詞:支架

        閆秀軍

        (山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦,山西 太原 030022)

        自然發(fā)火是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素,因此預(yù)防并提高此類煤層防滅火技術(shù)顯得尤為重要[1-5]。山西焦煤集團(tuán)官地礦8#煤層28417 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭冒落、破碎后遺留在采空區(qū)內(nèi),且煤柱側(cè)以及進(jìn)風(fēng)側(cè)存有漏風(fēng)現(xiàn)象,若工作面的拆除時間超過30 d,此處煤炭極易發(fā)生自燃。通過改變原有工作面拆架工藝技術(shù),有效消除工作面收尾拆架封閉期間的自然發(fā)火隱患。

        1 礦井概況

        山西焦煤集團(tuán)官地礦設(shè)計能力為330 萬t/a。經(jīng)測定,礦井絕對瓦斯涌出量為91.67 m3/min,相對瓦斯涌出量為13.61 m3/t,屬高瓦斯礦井,建有地面高、低濃度集中瓦斯抽放泵站。礦井采用平硐~斜井聯(lián)合開拓方式,井田內(nèi)共布置有10 個井筒(6 個進(jìn)風(fēng)井、4 個回風(fēng)井),井田內(nèi)分南、中、北三條石門大巷延伸劃分為南部、中部、北部三個區(qū)域,逐步由淺向深、至上而下開采,采區(qū)內(nèi)條帶式布置工作面,采用傾斜長壁后退式回采?,F(xiàn)開采28417工作面正巷741 m,副巷689 m,切眼200 m,采用走向長壁后退式采9#煤放8#煤綜采低位放頂煤綜合機(jī)械化采煤方法。其中8#煤層總厚度5.85 m,9#煤層平均厚度3.21 m,煤層傾角 3°~20°。采9#煤時,采取跟頂跟底一次采全高,平均采高3.2 m,保證采高不高于3.50 m,不低于3.0 m(工作面布置如圖1所示)。開采煤層中8#煤層為Ⅱ類自然煤層,最短發(fā)火期89 d,且此煤層煤塵具有爆炸性,爆炸指數(shù)為20.14%。工作面正常生產(chǎn)期間,工作面及兩巷端頭噴灑阻化劑,注氮泵24 h 不間斷對28417 工作面采空區(qū)進(jìn)行注氮防滅火,要求氮氣濃度保持在97%以上,流量保持在870 m3/h,同時加強(qiáng)日常的預(yù)測預(yù)報工作。

        圖1 28417 工作面布置示意圖

        2 發(fā)火原因分析

        28417 工作面拆架封閉期間發(fā)火原因綜合分析如下:

        (1)架頂煤炭及網(wǎng)上煤炭氧化自燃

        ① 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭主要呈裂隙狀,其破碎程度在停采初期相對較小。隨著支架逐漸拆除,此處煤炭由于失去支撐力而逐漸冒落、破碎,此時當(dāng)風(fēng)流流經(jīng)該區(qū)域時,此處煤炭氧化自燃的可能性將大幅增加。若工作面的拆除時間超過30 d 時,此處煤炭極易發(fā)生自燃現(xiàn)象;

        ② 工作面在距停采線15 m 處需進(jìn)行鋪網(wǎng)以便安全拆除支架,此部分頂煤冒落破碎后將遺留在網(wǎng)內(nèi),會在支架后方的采空區(qū)內(nèi)形成寬度約15~20 m、長度近似等同于工作面傾斜長度的破碎煤條帶。此時采空區(qū)漏風(fēng)會為此部分遺煤持續(xù)提供氧氣進(jìn)行持續(xù)氧化,同時封閉空間導(dǎo)致其氧化所產(chǎn)生熱量不易擴(kuò)散,因此,此部分遺煤極易發(fā)生自燃現(xiàn)象。

        (2)采空區(qū)漏風(fēng)增加

        ① 在開采作業(yè)中,由于上下巷道煤柱的支撐作用,在靠近煤柱側(cè)存有未冒實的三角漏風(fēng)帶,特別是進(jìn)風(fēng)側(cè)受風(fēng)流沖擊作用會使得大量風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū),為采空區(qū)遺煤自燃提供了連續(xù)供氧條件。此處風(fēng)流對采空區(qū)內(nèi)“三帶”影響范圍最深,這是綜放工作面極易發(fā)火的主要原因;

        ② 工作面進(jìn)行拆架期間,由于支架頂部煤炭失去支撐力后會冒落堆積到切眼處,導(dǎo)致原有通風(fēng)斷面將逐漸縮小,此處局部通風(fēng)阻力大幅增加,此時風(fēng)流會擴(kuò)散到采空區(qū)內(nèi)部,采空區(qū)漏風(fēng)量增加使得“三帶”寬度增大,最后導(dǎo)致采空區(qū)后方停采線與采空區(qū)約50 m 之間范圍內(nèi)的遺煤極易發(fā)生氧化自燃。

        3 新拆架工藝技術(shù)應(yīng)用及效果分析

        3.1 新拆架工藝技術(shù)應(yīng)用

        傳統(tǒng)工作面支架拆除時,常采用副巷拆架運輸、正巷回風(fēng)的方式。此種拆架工藝必須在工作面支架拆除后,在掩護(hù)支架后部及時加打“#”型木垛,才能確?;仫L(fēng)通道暢通。此種拆架工藝所需時間過長,為采空區(qū)遺煤提供了較長的氧化時間,導(dǎo)致發(fā)火風(fēng)險增大。經(jīng)對傳統(tǒng)拆架工藝進(jìn)行改進(jìn),可有效降低發(fā)火風(fēng)險,具體技術(shù)如下:

        (1)在工作面切眼40#支架(約60 m)處預(yù)先施工一條回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷,將此巷作為正、副巷出架時的回風(fēng)通道。

        (2)工作面采用正、副巷同時拆架方式,其中1#~38#支架經(jīng)工作面正巷拆出,39#~135#支架經(jīng)工作面副巷拆出。具體為:工作面首先拆除第一個支架(40#支架),然后將39#支架作為副巷拆架方向木垛架,依次往外進(jìn)行拆架,同時將38#支架拆除后作為正巷拆架方向木垛架,依次往外進(jìn)行拆架。

        (3)在28417 正巷皮帶頭20 m 處安裝兩臺功率為22 kW 的局部通風(fēng)機(jī),對正巷拆架處進(jìn)行供風(fēng);在距28417 副巷口20 m 處安裝兩臺功率為30 kW的局部通風(fēng)機(jī),若發(fā)生副巷拆架處頂板垮塌,造成回風(fēng)通道堵塞時,立即啟用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)進(jìn)行拆架。拆架期間,28417 工作面通風(fēng)系統(tǒng)如圖1。

        (4)正巷處1#~38#支架拆除完畢后,提前在正巷口構(gòu)筑永久密閉,對正巷進(jìn)行永久封閉,從而消除工作面自然發(fā)火隱患;而副巷(39#~135#)拆架處由于支架數(shù)量多,拆架工作相對滯后,需繼續(xù)利用全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行供風(fēng)拆架;待副巷拆除完畢后,在副巷口構(gòu)筑永久密閉,對工作面進(jìn)行徹底封閉。工作面拆架完畢封閉后通風(fēng)系統(tǒng)如圖2。

        3.2 效果分析

        此次28417 工作面收尾拆架采用正、副巷同時進(jìn)行拆架作業(yè),且在拆架過程中,工作面在拆除1#~38#支架時,不需要在掩護(hù)架后部架設(shè)木垛維護(hù)通風(fēng)斷面,減少工人的勞動強(qiáng)度,使得工作面拆架速度加快。同時,工作面在拆除1#~38#架時采用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng),與全負(fù)壓“U”型通風(fēng)系統(tǒng)相比可以減少后部采空區(qū)漏風(fēng)。此法大幅度減緩了工作面遺煤氧化速度,迫使采空區(qū)遺煤提前由氧化帶進(jìn)入窒息帶。工作面1#~38#架拆除完畢后,正巷可以提前施工永久密閉,實現(xiàn)分段提前封閉,這將有效抑制其自燃發(fā)火的可能性。經(jīng)現(xiàn)場對CO 濃度實時監(jiān)測,回撤后期回風(fēng)流CO 濃度由常規(guī)拆架工藝時的60~80 ppm 降低到10 ppm 以下,后期所測濃度均降到《煤礦安全規(guī)程》要求范圍內(nèi),使CO 濃度顯著下降。

        圖2 28417 工作面拆架期間通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

        圖3 28417 拆架工作面封閉后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

        4 結(jié) 論

        (1)通過對8#煤層自燃特性以及28417 工作面發(fā)火原因分析,改變了傳統(tǒng)工作面支架拆除方式,采用正、副巷同時出架回撤,同時合理調(diào)整、優(yōu)化了原有拆架時的通風(fēng)方式,有效減緩了遺煤的氧化速度。

        (2)經(jīng)對回撤后期回風(fēng)流中CO 濃度實時監(jiān)測,其濃度均降低到安全范圍內(nèi),防滅火效果顯著,有效地抑制了煤層自然發(fā)火現(xiàn)象,使得采空區(qū)遺煤提前由氧化帶進(jìn)入窒息帶。

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