易燃厚煤层综放开采防灭火技术探讨.docx

易燃厚煤层综放开采防灭火技术探讨易燃厚煤层综放开采防灭火技术探讨1 1 引言引言自然发火是制约厚煤层开采工艺发展的因素之一，也是煤炭工作者多年来致力解决的一个课题。本文通过采用错层位巷道布置系统1，结合传统防治火灾的技术，分析其可行性。2 2 现场条件现场条件以某矿现场实际条件为例，工作面长 144m，采深 230-240m。平均煤厚11.5m，最大煤厚 14m，平均倾角 12，煤层构造较简单，煤层松软，硬度系数 f=1.4，容重为 14.5kG/m3，煤层极易自燃，发火期平均为 20天，最短为 7 天。含有厚 0.20.4m 的夹矸 1 层。煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚 1.5m，老顶为中厚层状细砂岩，厚 14m。3 3 自燃发火类别分析自燃发火类别分析发生自燃的因素包括浮煤的存在，煤体破碎，与氧气接触并有蓄热条件和时间。生产中无论采用何种方式方法，破碎煤体的存在以及与氧气接触是不可避免的，但是如能减少破碎煤体的存在并缩短其蓄热时间，自然发火的几率将会大大降低。在这一指导思想下，对传统放顶煤巷道布置系统易发生自燃的区域以及易发生自燃的时段进行分析。按照放顶煤回采系统下各区域发生自燃的几率大小进行等级划分：（1）容易发生自燃区域巷道揭露的相邻原高温区域或老火区、巷道顶板局部冒落区、巷道变坡顶板破碎区，巷道揭露相邻沿空侧的停采线、溜煤眼、联络巷及其它硐室等处。（2）较易发生自燃区域巷道顶煤离层破碎区、沿空侧煤柱破碎区。（3）可能发生自燃区域巷道巷帮破碎区以及工作面采空区。根据对综放开采时自然发火事故出现的频繁程度，确定火灾易发地点依次为巷道及开切眼、末采收作线、邻近采空区、工作面端头，（如图 1 所示）。自然发火防治工作的另一重点就是从不同的时期进行分析，各个时期的防治工作要从其产生的根源着手，有四个时期最易发生自燃，分别是：（1）掘进期间。巷顶易形成高冒区以及碎煤裂隙带发育带，局部通风机正压作用加剧了氧气在煤体中扩散，深部产生的热量散发困难，是自然发火的隐患之一；（2）工作面安装期间。切眼时大量碎煤存在于支架上方，综放工作面安装时间比较长，在安装完毕前，可能会导致煤层自燃发火；（3）回采期间。首先，开切眼到初次放顶，时间间隔长，支架顶煤的蓄热时间长；其次，工作面刚安装完，需要磨合设备，导致推进速度慢；再次，上下端头放下的碎煤大量堆积；还有，放顶过程中，顶板会大面积下沉，可能会受到外部客观条件的影响，形成导风通道；（4）拆除期间。综放工作面，拆除时间肯定长；支架上方煤体裂隙发育，与氧气接触面积大；架后煤多且松散。以上自然发火因素，影响着煤矿正常安全的生产，寻求更合理的开采生产系统便是解决上述问题的重要研究途径。4 4 方案分析方案分析4.1 方案的提出煤矿的生产始终围绕安全、经济、回采率三方面展开，该生产条件下煤层开采受到自燃发火的影响，传统放顶煤沿煤层底板布置巷道以及留煤柱护巷已不能适应生产需要，亟需采用既能提高回采率，又能保证安全生产的无煤柱巷道布置以及相应的回采工艺，本文提出采用错层位巷道布置系统和三段式回采工艺来实现无煤柱开采。该系统综合集成放顶煤、上分层铺网放顶煤和下分层网下放顶煤三种回采工艺于一个工作面，三种工艺用于工作面的不同位置，形成独特的三段式回采工艺。图中的 a 段，即工作面在沿顶板布置的进风巷道一侧采用分层放顶的上分层回采工艺，需要铺网，为下一工作面巷道的掘进与回采作准备。图中的 c 段，即在距离相邻采空区侧的工作面采用网下放顶煤回采工艺，这一段不需要铺网，但需要控制好采煤机割煤高度，防止漏矸。图中的 b 段，中部工作面采用放顶煤回采工艺。4.2 与传统放顶煤对比是否能有效防治自然发火是判定方案可行性的重要依据，为此在防治自然发火方面对错层位巷道布置与传统放顶煤沿底板布置巷道进行了比较：1.区段运输平巷；2.区段回风平巷；3.损失的顶煤与区段煤柱；4.上区段运输平巷位置；（1）错层位巷道布置系统将进风巷与回风巷分别布置在煤层顶板与上一区段采空区下，进风巷、回风巷顶板分别为岩石和少量煤皮，基本上避免了巷道高冒区的出现，可以降低自燃发火率；传统放顶煤沿煤层底板布置巷道，巷道上方是厚煤层，在压力作用下易冒落形成孔隙，存在自燃发火隐患。据统计，综放开采 2/3 的火患都发生在巷道高冒区。（2）错层位巷道布置系统进风巷巷帮受到应力作用，但是由于该巷直接位于岩石顶板之下，不会出现巷道顶煤高冒，进而加剧巷帮的破坏，不易形成发育的碎煤裂隙，同底板布置的煤巷巷帮比较，发火几率小，而且易于维护；回风巷优势更为明显，因为布置在采空区下的回风巷处于免压区，对巷帮不会造成强烈的挤压，可以降低发火几率。（3）错层位巷道布置系统下，相邻工作面之间只有少量三角煤柱的存在，而且处于免压区内，不易出现传统放顶煤中留有大量“T”型煤柱处在应力集