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        超長(zhǎng)工作面深孔注漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

        2022-01-15 04:41:02李方耀
        山東煤炭科技 2021年12期
        關(guān)鍵詞:遺煤采空區(qū)斷層

        李方耀

        (中煤新集能源股份有限公司口孜東礦,安徽 阜陽(yáng) 236153)

        礦井火災(zāi)作為煤炭開采五大災(zāi)害之一,是影響煤礦安全生產(chǎn)、制約煤炭產(chǎn)量的主要因素,尤其是易自燃煤層超長(zhǎng)工作面煤層自然發(fā)火問題尤為突出。本文以口孜東礦111307 工作面為研究實(shí)踐對(duì)象,對(duì)超長(zhǎng)工作面開采過程中工作面采空區(qū)局部氧化點(diǎn)自然發(fā)火防治進(jìn)行探索實(shí)踐,克服工作面距離長(zhǎng)、防滅火材料輸送困難、巷道變形嚴(yán)重等制約因素,保障了工作面安全回采,為類似條件下工作面自然發(fā)火防治提供了經(jīng)驗(yàn)。

        1 項(xiàng)目背景

        1.1 工作面概況

        111307 工作面位于-967 m 水平1113 采區(qū),為該采區(qū)的第六個(gè)工作面。工作面采用走向長(zhǎng)壁布置,風(fēng)巷走向長(zhǎng)1621 m,可采走向長(zhǎng)1240 m,機(jī)巷走向長(zhǎng)1970 m,可采走向長(zhǎng)為1258 m,切眼傾向長(zhǎng)為358 m(平距),布置208 臺(tái)支架。工作面可采平面積439 872 m2,平面布置如圖1。111307 工作面總體為一單斜構(gòu)造,煤層走向105°~115.5°,傾向195°~205.5°,傾角5°~18°,平均傾角10°。該工作面2020 年2 月開始試采,截至2021年5 月,累計(jì)推進(jìn)1099 m,受工作面地質(zhì)構(gòu)造、斷層影響,工作面推進(jìn)度慢。

        圖1 111307 工作面平面布置示意圖

        1.2 13-1 煤的自燃傾向性

        根據(jù)煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司出具的《口孜東礦13-1 號(hào)煤層自燃傾向性鑒定報(bào)告》《口孜東礦13-1 號(hào)煤層自然發(fā)火期預(yù)測(cè)報(bào)告》鑒定結(jié)果,13-1 號(hào)煤自燃傾向性等級(jí)為Ⅰ類容易自燃煤層,最短自然發(fā)火期36 d。

        1.3 13-1 煤采空區(qū)“三帶”劃分

        根據(jù)安徽理工大學(xué)出具的《口孜東礦13-1 煤“三帶”研究報(bào)告》:13-1 煤層采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)煤自燃氧化帶范圍為20—80~110 m,回風(fēng)側(cè)自燃帶的范圍為10~15—70~95 m。

        1.4 111307 工作面防滅火分析

        (1)111307 工作面為超長(zhǎng)工作面,面長(zhǎng)358 m,回采過程中,工作面中部架后采空區(qū)常規(guī)性灌漿、注氮措施覆蓋不到;(2)111307 工作面面內(nèi)斷層、構(gòu)造較多,采空區(qū)易丟煤,且影響工作面推進(jìn)度(表1),容易造成本工作面采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化。

        表1 111307 工作面月推進(jìn)度明細(xì)表

        2 深孔注雙液漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

        口孜東礦111307 工作面回采期間,受地質(zhì)條件影響工作面采空區(qū)有遺煤,采空區(qū)局部氧化,結(jié)合本工作面實(shí)際情況,采用架間埋管注雙液漿,抑制采空區(qū)遺煤氧化,消除隱患點(diǎn)。

        2.1 注雙液漿原理及優(yōu)點(diǎn)

        采用水泥漿與玻璃水混合,可在采空區(qū)遺煤表面形成膠狀包裹狀態(tài),將采空區(qū)遺煤膠結(jié)成為一個(gè)整體,堵塞煤體之間的裂隙,隔絕氧氣。同時(shí)可根據(jù)水泥漿和玻璃水比例的調(diào)整,控制漿液凝固時(shí)間從而進(jìn)一步控制雙液漿覆蓋范圍。

        注雙液漿防滅火主要有以下優(yōu)點(diǎn):(1)使用水泥漿與玻璃水材料,成本較低,操作簡(jiǎn)單;(2)可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)注漿,精準(zhǔn)處理氧化區(qū)域;(3)注漿使用管路輕便,埋設(shè)、挪移便利,可根據(jù)工作面遺煤區(qū)域隨時(shí)調(diào)整;(4)可長(zhǎng)期連續(xù)注漿,形成局部采空區(qū)隔離帶,減少采空區(qū)漏風(fēng)。

        2.2 注漿管預(yù)埋位置

        2.2.1 回風(fēng)隅角埋管

        111307 工作面回風(fēng)隅角交替埋設(shè)2 路4 分(Φ15 mm)鍍鋅焊管,控制回風(fēng)隅角至采空區(qū)30 m 范圍,覆蓋常規(guī)性灌漿三角盲區(qū),每天預(yù)防性注雙液漿,在煤體表面形成覆蓋層,煤體形成膠結(jié)體,隔絕氧氣,抑制遺煤氧化。

        2.2.2 工作面支架架間埋管

        工作面過斷層期間,受地質(zhì)條件及工作面調(diào)整影響,工作面130#~160#架后遺煤厚度0.1~2.0 m,平均0.9 m。結(jié)合工作面實(shí)際情況在170#架、150#架沿工作面布置方向交替預(yù)埋2 路4 分(Φ15 mm)鍍鋅焊管,控制工作面架后采空區(qū)20~80 m范圍,進(jìn)入采空區(qū)20 m 后開始注漿,循環(huán)壓注,對(duì)工作面隱患點(diǎn)精準(zhǔn)處理,消除隱患。111307 工作面注漿管布置示意圖如圖2。

        圖2 111307 工作面注漿管布置示意圖

        2.3 工作面注雙液漿方式

        工作面回采期間,在工作面超前支護(hù)段外20 m安設(shè)ZBY3/7.0-11 氣動(dòng)注漿泵兩臺(tái)(一用一備),通過高壓膠管輸送至工作面回風(fēng)隅角、工作面架間,平均日注漿量約1.8 t。2020 年5 月—2021 年4月回采及過斷層期間累計(jì)注水泥709 t,使用玻璃水412 t。

        2.4 深孔注漿技術(shù)應(yīng)用效果分析

        2.4.1 工作面回風(fēng)隅角CO 變化情況

        圖3 為111307 工作面過斷層期間回風(fēng)隅角閉內(nèi)CO 濃度變化趨勢(shì)圖。工作面自2020 年2 月底開始采,遇構(gòu)造持續(xù)過斷層,通過采取常規(guī)性灌漿、注氮等防滅火措施,同時(shí)回風(fēng)隅角埋管注雙液漿防滅火措施,回風(fēng)隅角密閉墻內(nèi)CO 相對(duì)較穩(wěn)定,整體變化幅度不大。

        圖3 111307 工作面回風(fēng)隅角閉墻CO 濃度變化曲線圖

        2.4.2 過斷層期間架后局部氧化點(diǎn)CO 濃度變化情況

        111307 工作面170#架后采空區(qū)自2020 年5 月(過斷層期間)開始持續(xù)出現(xiàn)CO,其中最大值出現(xiàn)在5 月22 日,為0.34‰。工作面150#架后采空區(qū)自2020 年8 月(地質(zhì)條件影響丟煤)開始檢測(cè)出CO,其中最大值出現(xiàn)在8 月11 日,為0.28‰。隨即對(duì)工作面架間采取埋管注雙液漿等措施,圖4、圖5為工作面170#、150#架后采空區(qū)CO變化曲線圖。從圖中可以看出,通過采取深孔循環(huán)注漿措施后工作面CO 濃度逐步降低至0 或趨于穩(wěn)定狀態(tài),注漿防滅火效果較好。

        圖4 111307 工作面170#架后采空區(qū)CO 濃度變化曲線圖

        圖5 111307 工作面150#架后采空區(qū)CO 濃度變化曲線圖

        3 結(jié)論

        111307 工作面回采歷時(shí)13 個(gè)月(受斷層影響推進(jìn)度較慢),在工作面回采期間通過架間、回風(fēng)隅角埋管注雙液漿,有效解決了常規(guī)性灌漿覆蓋盲區(qū)(回風(fēng)隅角區(qū)域)的自然發(fā)火防治,尤其是控制了111307 超長(zhǎng)工作面中上部架后采空區(qū)遺煤的氧化,消除了局部隱患點(diǎn),形成了一套超長(zhǎng)工作面定點(diǎn)防滅火的成熟技術(shù)和工藝,為類似件下的采煤工作面煤層自然發(fā)火防治積累了經(jīng)驗(yàn)。

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