第四章 兖州矿区综放采煤防灭火新技术.doc

1 第四章 兖州矿区综放采煤防灭火新技术 第一节 概 述 一、矿区概况 兖州矿区始建于 1966 年，1976 年成立兖州矿务局，1996 年改制为兖州矿业集团有限 责任公司。矿区包括兖州煤田大部和济宁煤田东区南部。 兖州矿区位于山东省西南部，现有六座生产矿井，面积 244.2km2；济宁煤田（东区）南部有 济宁二号和济宁三号两座矿井，面积 200km2。 集团公司总部驻地在邹城市，本区为温带半湿润季风区，属大陆-海洋间过渡性气候，四 季分明。年平均气温 14.1℃，1 月份气温最低，平均为-2℃；最高月份为 7 月，平均为 29℃。 矿区现有南屯、兴隆庄、鲍店、东滩、济二、济三、北宿和杨村八对生产矿井，设计生产能 力 22.75Mt/a，2000 年实际生产原煤 30.18Mt。矿井概况见表 8-4-1-1。 表 8-4-1-1 矿井概况 井田尺寸矿井生产能力矿井 名称 走向 km 倾斜 km 面积 km2 设 计 Mt/a 2000 年产量 Mt/a 服务 年限 a 开拓 方式 水平 标高 （m） 投产时间 南屯 10.55.254.62.404.4955.6 立井 -3501973.12 兴隆庄 10.65.561.03.006.2288.6 立井 -3501981.12 鲍店 8.04.233.63.005.3277.3 立井 -4001986.6 东滩 11.55.664.04.006.6878.6 立井 -6001989.12 济宁二号 9.010.090.04.004.0067.5 立井 -5551997.12 济宁三号 10.011.01105.001.7281.0 立井 -5182000.12 北宿 9.51.514.250.750.6640.0 立井 -2201976.12 杨村 9.02.926.10.601.1070.8 立井 -2501989.6 二、煤田地质 （一）煤层 兖州煤田和济宁煤田东区均属第四系冲积层覆盖的石炭二叠系隐伏煤田。煤田基底为 奥陶系灰岩，盖层为残存的上侏罗系红色砂岩。 兖州煤田山西组与太原组共含煤 24 层，平均总厚 16m，含煤系数 5.1。其中，可采和局 部可采煤层平均总厚 12.7m，含煤系数为 4.1。山西组第 3 煤层为主采厚煤层，3 煤层在煤田 北部为一层，厚 8～10m。在煤田中、南部分岔为 3上、3下两层，厚度分别为 3.6-7.0m一般 5.2m和 1.3-6.4m一般 3.2m，煤层特征见表 8-4-1-2。33上煤层，埋藏稳定，厚度适中，适于 “综放”开采。目前开采煤层有上组煤二迭系山西组第 3 层煤、下组煤石碳系太原群第 16上、17 层煤，第 3 层煤平均厚度为 8.43m，16上、17 层煤厚度平均为 1.0m 左右。 山西组 3 层煤是低至中灰、低磷、特低硫、高发热量、高挥发份、中等粘结性、富至高油、 高灰熔点、中等易选的气煤；太原组第 16上、17 层煤是极易选的气煤和气肥煤。均属多用途优 质煤种。 2 表 8-4-1-2 兖州煤田煤层特征 （二）地质构造 兖州煤田位于鲁西南断块东部构造盆地，为一轴向北东往东倾伏的不对称向斜。东端被 峄山和滋阳断层切割。地层倾角 2～15，一般 5。煤田内宽缓褶皱发育，断层不甚发育，次级 褶曲发育，属中等偏简单类型。断层可分为三组，以高角度正断层为主，有少量逆断层，见表 8-4-1-3。对生产影响较大的构造主要是小断层，亦多属正断层。 表 8-4-1-3 兖州煤田主要断层特征 断层名称性质走向倾向倾角（）落差（m）控制程度 峄山断层正断层近南北西 80﹥3000 查明 一号井东断层正断层近南北东 80 55～208基本查明 第 一 组 铺子断层正断层近南北西 80 8～60查明 滋阳断层正断层北西北东 80﹥500 查明 大苑庄断层正断层北西南西 80 12～25查明 巨王林断层正断层北西南西 80 22～110查明 马家楼断层正断层北西南西 80 36～100查明 第 二 组 八采区东断层正断层北西北东 8054 查明 肖家庄二号正断层北北西-北北东北东东60～70 58 查明 弧 形 肖家庄三号正断层北北西-北西南西70～75 51 查明 皇甫断层逆断层北东南东35～606～150基本查明 第 三 组 王炉断层逆断层北东北西 45 6～60查明 煤层 最薄-最厚 平均厚（m） 结构稳定性 顶板岩性 厚度（m） 底板岩性 厚度（m） 间距（m） 2（或 3上 A） 0～2.20 0.40 简单不稳定 粉砂岩 ≥1.0 铝质泥岩 2.0 23.0 3 上 3.60～7.00 5.23 较简单稳定 粉砂岩、中砂岩 25.0 细砂岩 12.0～17.0 0～15.0 6.9 3 3 下 1.27～6.40 3.20 简单稳定 粉砂岩或细砂岩 0～15.0 粉砂岩或细砂岩 0～15.0 38.0 6 0～1.07 0.60 简单不稳定 泥岩 4.0 粉砂岩 3.0 88.0 15上 0～1.80 0.66 简单不稳定 九灰或泥岩 0.9 铝质泥岩 2.0 40.0 16上 0.64～2.10 1.06 简单稳定 十下灰岩 5.1 铝质泥岩 2.6 10.0 17 060～1.59 0.99 简单稳定 十一灰或泥岩 0.8～2.0 铝质泥岩 2.6 6.0 18上 0～1.50 0.80 较复杂不稳定 粉沙岩 3.5～6.0 铝质泥岩 2.0 3 （三）煤层顶、底板 兖州煤田可采煤层顶底板条件见表 8-4-1-4。兖州煤田“综放”开采的第 3 层煤直接顶板为 1～4m 厚的粉砂岩，局部地段有 0.5m 以下的泥岩伪顶。其上为 10～20m 以上浅灰色长石石英 中砂岩老顶；煤田中、南部煤层分岔地段，夹石层下部的泥岩、粉砂岩或砂岩作为 3下煤的顶板， 夹石层变厚带在泥岩、粉砂岩以上的粉砂岩、细砂岩为 3下煤的直接顶或老顶。第 3 层煤的直 接底板为 1～2m 厚的粉砂岩，其下为 10～17m 厚的细砂岩。 表 8-4-1-4 兖州煤田可采煤层顶底板条件 顶 板底板煤 层 厚度 （m） 岩性及其变化厚度m岩性及其变化 2 1～5粉砂岩中、细砂岩，局部地段有 0.5m 的泥岩伪顶1～3 粘土岩为主，有 时相变为泥岩 330 直接顶为 1～4m 的分砂岩，局部地段为 0.5m 以下的泥岩 伪顶，其上为 10～20m 以上的浅灰色长石英中砂岩老顶。 在煤田南部分叉地段，英石层下部的泥岩、粘土岩、粉 砂岩作为下层煤顶板，还夹层变厚带其上的粉砂岩为下 层煤的直接顶或老顶。 12～17 直接底板为 1～2m 的粉砂岩， 其下为 1017m 的细砂岩 610 深灰色灰黑色泥岩，细密性脆，节理发育3～5 细砂岩或与粉砂 岩互层 10 深灰色砂岩粉砂岩或泥岩 15 1～3第九层灰岩，常相变为泥岩，粉砂岩灰色粘土岩 165.5 第十层灰岩，稳定性好，岩石强度高，一般无伪顶1～2灰色粘土岩 173 第十层灰岩，常相变为泥岩1～2灰色粘土岩 18 1～2泥岩或粘土岩 1 灰色粘土岩 （四）地层温度 据兖州煤田钻孔测定非煤系地层地温递增率较小，一般为 62.50m/℃；煤系地层地温递增 率相应增高，一般为 37.04m/℃。综合平均地温递增率为 40.98m/℃。通常－650m 以上层段的 地温不超过 31℃，属正常地温区；－650～－900m 层段的地温为 31℃～37℃,属Ⅰ级高温区； －900m 以深的地温将超过 37℃。 （五）煤层瓦斯 煤层瓦斯的赋存状态主要是由煤层瓦斯压力、瓦斯含量和煤对瓦斯的吸附性能来表达的。 测定表明1.兖州矿区 3 层煤的瓦斯压力低，一般为 0.13～0.56MPa，其赋存规律受地质构造影 响较大；2.煤层瓦斯含量为 0.3～6.7m3/t，平均为 3.27 m3/t；3.煤的吸附能力较弱。吸附常数 a 值 4 为 12.4380～25.6603m3/t，平均为 16.4842m3/t；吸附常数 b 值为 0.0424 at1～0.1086at1，平均 为 0.07898at1；4.煤层中游离瓦斯量仅占煤层总瓦斯含量的 2～8％左右，总量中绝大多数是 吸附态瓦斯。 矿区各矿井瓦斯涌出量较低，历年瓦斯鉴定结果均为低瓦斯矿井（如表 8-4-1-5）。在正常通 风情况下，矿井瓦斯涌出量比较均匀，大多数采掘工作面风流和回风流中瓦斯浓度都不会出 现瓦斯超限。 表 8-4-1-5 矿井瓦斯等级鉴定结果 年份 1995 年1996 年1997 年1998 年1999 年 2000 年 矿井 名称 定级点 CH4涌出量 （m3/t） 瓦斯 等级 定级点 CH4涌出量 （m3/t） 瓦斯 等级 定级点 CH4涌出量 （m3/t） 瓦斯 等级 定级点 CH4 涌出量 （m3/t） 瓦斯 等级 定级点 CH4涌出量 （m3/t） 瓦斯 等级 定级点 CH4涌出量 （m3/t） 瓦斯 等级 南屯矿1.91低0.45低1.83低0.28低0.38低0．77低 兴隆庄矿2.00低1.68低0.51低0.66低1.10低0．59低 鲍店矿1.56低0.82低0.69低0.67低0.50低0．37低 东滩矿0.86低0.93低0.83低0.61低0.96低0．43低 济二煤矿1.05低0.92低0．53低 济三煤矿0．60低 （六）煤尘爆炸指数 据 1996 年测定结果，各可采煤层均有煤尘爆炸危险。上组煤煤尘爆炸指数为 37.42～42.16，下组煤为 42.3～49.0。各矿井煤尘爆炸指数如表 8-4-1-6。 表 8-4-1-6 矿区煤尘爆炸指数鉴定结果 矿井名称 南屯兴隆庄矿 鲍店矿 东滩矿 济二矿 济三煤矿 济三煤矿北宿矿 煤尘爆炸指数 40.039.9642.1637.4237.3941.043.0349.040.6342.3 （七）煤层自燃倾向性 矿区开采第 3 层煤的矿井，均发生过自然发火，开采第 16上 和 17 层煤的矿井从未出现 过自燃现象。近几年各矿用 “吸氧法”对 3 层煤自燃倾向等级进行了鉴定，鉴定结果见表 8-4- 1-7。由表可知，矿区内各层煤都有自然发火倾向，南屯、兴隆庄、鲍店、东滩、济三和杨村矿的 煤层自燃倾向性等级均为Ⅱ类，济二矿为Ⅲ类。地质报告提供的煤层自然发火期为 3～6 个月。 表 8-4-1-7 自燃倾向性鉴定结果 工业分析 参数 矿名 MadAdVdafSad 煤样密度 g/cm3 吸氧量 cm3/g 自燃倾向 性等级 鉴 定 时 间 南屯矿 2.74～2.805.57～7.4934.13～40.781.30～1.330.58～0.67 Ⅱ 95 年 8 月 兴隆庄 1.32～1.76 6.33～10.56 34..44～41.791.19～1.290.57～0.63 Ⅱ 97 年 9 月 鲍店矿 3.72～4.75 9.18～13.55 35.56～37.390.49～0.781.52～1.560.41～0.68 Ⅱ 92 年 9 月 东滩矿 2.24～2.52 9.72～12.18 40.09～41.981.41～1.430.52～0.68 Ⅱ 96 年 2 月 5 济二矿2.232.636.599.3136.3141.01III95 年 5 月 济三矿1.892.236.857.1239.0541.151.341.350.460.54II99 年 9 月 杨村矿1.255.7336.701.330.49II96年7月 三、兖州矿区采煤工艺及巷道布置 （一）兖州矿区采煤工艺的发展 兖州矿区厚煤层采煤工艺的发展主要经历了普通机械化、分层综合机械化和综合机械化 放顶煤三个阶段。 1、普通机械化采煤阶段 1974～1979 年普通机械化是矿区厚煤层开采的主导采煤工艺。进入 20 世纪 80 年代，随 着采煤技术的不断发展，普通机械化采煤单产低、用人多、效率不高和安全状况差的矛盾越来 越突出，矿区开始试验综合机械化采煤工艺，普采的应用范围逐渐萎缩，到 1985 年，普采工艺 在矿区彻底淘汰。 2、金属网倾斜分层综合机械化采煤阶段 1980～1985 年是矿区综采技术引进消化阶段。在此期间，综采工作面设备配套以引进为 主，为适应综合机械化采煤，对采区巷道布置进行了改革。典型的采区巷道布置方式为煤岩巷 重叠布置、顺向区段岩石集中巷联合布置，以满足多工作面开采需要；广泛推行了无煤柱开采 技术（包括跨上下山和沿空送巷等）；地质条件允许时，布置单翼采区，并适当加大了采区的几 何尺寸。 1986～1992 年是兖州矿区综采装备国产化阶段。在此期间，围绕实现分层综采设备进行 了大量研究。矿区设备实现了国产化、系统化，开采技术日趋成熟，工作面单产和劳动生产率 大幅度提高。随着 1992 年综合机械化放顶煤开采在矿区试验推广，分层综采工艺在矿区的应 用逐步缩小，目前，仅在剩余的下分层和一些特殊条件下。 3、综合机械化放顶煤阶段 分层综采工艺受顶板条件、铺联网工序的影响很大，发展潜力受到很大制约；同时，分层 综采搬家移面频繁，巷道掘进率居高不下，严重影响矿井经济效益的提高。1992 年综放开采在 矿区试验成功，随后在矿区内进行了迅速推广。综放开采的广泛应用给兖州矿区带来了巨大 的经济效益，开采厚煤层的矿井取得了产量增加、回采工作面减少、生产集中、用人减少、安 全可靠、效益突出的效果。 （二）采区巷道布置 1、采区参数 影响采区参数的主要因素是地质和生产技术条件。地质条件包括地质构造和煤层赋存条 件（如落差大于工作面采高 1.5～2 倍以上的断层、褶曲、煤层产状、煤厚变化、夹矸、煤层分岔 等）。生产技术条件包括生产系统的综合能力（如煤流运输、辅助运输、供电系统、排水系统、 6 通风系统、注浆防灭火系统等）。对于倾斜条带开采的采区尤其应考虑上述因素的影响。为确 保采掘正常接续，合理集中生产，在地质条件与生产技术条件允许的前提下，采区范围应尽可 能扩大，以增加工作面连续推进长度，充分发挥综放优势，实现高产高效。 兖州矿区采区走向长度 2400～3200m，倾斜长度 1000～1500m，可布置 6 个以上区段。倾 斜长壁条带布置采区，受煤层倾角和生产系统的限制，倾斜长度不宜超过 2500m，走向长度 1400～2000m，可布置 8～10 个条带。对于倾斜长度超过 2500m 的下山倾斜条带采区，在适当 位置建立辅助水平，确保生产系统的可靠性。采区生产能力一般为 2.00～3.50Mt/a。 2、采区巷道布置 采区布置可分为走向长壁与倾斜条带两大类 7 种布置方式。其基本特点、适应范围及优 缺点见表 8-4-1-9。 表 8-4-1-9 采区巷道布置方式、基本特点及适用范围 巷道布置 方式 图 示基本特点及优点适用范围 中间 上下 山双 翼布 置 工作面由两翼边界向中间上下 山对采,区段布置岩石集中平巷,工作 面沿走向推进长度较短,需留设上下 山煤柱,岩巷工程量大,生产系统复杂, 但较有利于排水注浆和通风防灭火。 综放与分层开 采共存的采区,近 距离煤层组联合布 置,下山采区煤层 倾角大于 50。 中间 上下 山单 翼布 置 上下山布置于采区边界,工作 面自另一侧边界向上下山推进,取 消岩石集中巷,工作面推进距离较长, 岩巷工程量少,生产系统简单,但不利 于排水和通风防灭火。上下山可布 置于采区边界之外,煤柱损失小。 煤层赋存条件 较好,无较大褶曲, 下山采区煤层倾角 大于 50。 多组 上山 煤岩 巷直 交布 置 取消岩石集中巷,工作面自采区 边界连续跨越若干组岩石上山开采, 走向推进距离长,生产系统较简单, 岩巷工程量少,不留设上山煤柱,生产 准备较为主动,但通风防灭火有一定 难度。 煤层沿走向产 状稳定,褶曲少,低 瓦斯矿井。 走 向 长 壁 集中 上下 山盘 区布 置 自井底车场沿煤层倾向布置一 组集中上下山,即右沿走向布置综 放工作面,生产系统简单,岩石工程量 少,投产准备期短,工作面推进距离长, 布置灵活,但不利于排水和防灭火,需 长期留设煤柱,后期开采难度大。 煤层赋存条件 好,产状稳定,低瓦 斯矿井。新井投产, 边开拓边生产,辅 助运输系统简单, 装备先进。 7 中间 上山 煤岩 巷直 交布 置 工作面自采区边界仰斜边续跨 越若干组中间岩石上山开采,走向推 进距离长,深部建立排水系统,生产系 统简单,岩巷工程量少,但集中下山受 两侧采动影响。 低瓦斯矿井, 煤层沿倾向产状稳 定,无反坡,倾角不 大于 50。 边界 上山 煤岩 巷直 交布 置 集中下山设于采区边界,可布置 在边界煤柱中,不受采动影响,其它同 上。 低瓦斯矿井, 煤层沿倾向产状稳 定,无反坡,倾角不 大于 50。 倾 斜 长 壁 集中 大巷 盘区 布置 自井底车场沿煤层走向布置一 组集中大巷,即可沿倾斜布置综放工 作面,行产系统简单,岩石工程量少, 投产准备期短,工作面布置灵活,但需 长期留设大巷煤柱,后期开采难度大。 近水平煤层, 赋存条件好,低瓦 斯矿井,新井投产, 边开拓边生产,辅 助运输装备先进。 （三）综放面巷道布置 1、工作面几何尺寸 综放面连续推进长度取决于采区巷道布置方式，中间上山双翼采区工作面推进长度 1000～1600m；边界上山单翼采区工作面推进长度 1200～1500m；走向或倾斜条带煤、岩巷直 交布置采区工作面推进长度 2000～2800m。 综放工作面长度一般为 150～210m。 2、工作面巷道布置 1 有岩石集中巷布置（用于综放与分层综采并存采区或近距离煤层组联合布置采区） 工作面生产系统由开切眼、上下区段平巷和上（下）山组成。生产系统构成与分层综采基 本相同，其不同点在于工作面回采巷道，轨道巷、输送机巷、及开切眼沿煤层底板布置。岩石 集中运输巷和集中轨道巷位于煤层底板以下 20m 以内的岩层（亦称岩集）或近距煤层的下组煤 层中（亦称煤集）与工作面区段平巷平行重叠布置，用于煤炭运输、辅助运输、通风、注浆、行 人、排水等。岩石集中巷与区段平巷以若干组联络斜巷相联系，联络斜巷同时用于工作面安装 与撤除。工作面溜煤眼与区段溜煤眼的内径为 2.5～4m，并分别与岩石集中运输巷和输送机上 （下）山垂直相通。 2无岩石集中巷布置（用于单一厚煤层走向或倾斜长壁综放开采） 工作面自采区边界连续跨越若干组岩巷（上山或岩石平巷）直至另一侧边界，取消了与区 段平巷平行重叠布置的岩石集中巷，而以与区段平巷垂直布置的若干组岩巷所取代。各组岩 巷均布置在煤层底板以下 20m 以内岩层中，通过 Y 型联络巷与区段平巷相连。工作面生产系 统由开切眼、区段平巷、Y 型联络斜巷、区段溜煤眼、中间岩巷组（胶带输送机巷、轨道巷各一 8 条）组成，工作面跨越一组岩巷后，即通过下一组岩巷构成新的生产系统。边界岩巷及联络巷 分别用于工作面设备安装和撤除，并兼作边界疏水巷。若工作面区段平巷采用长距离胶带输 送机，运距大于 1000m，则一条中间轨道岩巷可以满足辅助运输和通风，排水需要。 （四）综放无煤柱工作面沿空巷道布置特点 1、进风（运输）、回风（轨道）顺槽及工作面开切眼均沿 3 或 3上煤底板布置。 2、沿采空区的回采巷道采用留 1～3m 小煤柱。 3、一般情况下顶、帮均为实体煤，但对于顶分层已采完的综放工作面，顺槽顶板为一分层 假顶。 第二节 矿区煤层自燃状况及特点 兖州矿区现有南屯、兴隆庄、鲍店、东滩、济二、济三、北宿、杨村 8 对生产矿井，其中开 采上组煤二叠系山西组第 3 层煤的南屯、兴隆庄、鲍店、东滩、济二为自然发火严重矿井，济 三、杨村矿因开采第 3 层煤的时间较短，尚未发生过自燃现象。开采下组煤石炭系太原群第 16 上、17 层煤的北宿矿从未发生过自燃现象。 一、矿区通风基本情况 矿井通风方式均为抽出式。矿井通风阻力为 958～1718Pa，等积孔为 2.5～9.2m2，属通风 容易矿井。矿井风量为 4374～15632m3/min，各矿风量均能满足生产需要。 兖州矿区通风设备技术状况表和矿井通风主要技术参数如表 8-4-2-1 和表 8-4-2-2。矿区 各矿井安全生产监控系统如表 8-4-2-3，矿区部分矿井装备的束管监测系统如表 8-4-2-4 所示。 表 8-4-2-1 矿井通风设备主要技术状况 风 井 特 征 矿 别 矿井通 风方式 风 井 名 称井深m直径m 主要通风 机型号 电机 型号 额定容量 kW 矿井反 风方式 备 注 中央风井 342.05.02K-60TD116/64-10800 反风道 南屯煤矿混合式 白马河风井 327.75.02K-60JSQ-158-8380 反风道 东风井 282.06.0G4-73-11NO25DJSQ1510-10400 反风道串级调速 兴隆庄煤矿对角式 西风井 287.56.0G4-73-11NO28DPD116/64-10630 反风道变频调速 南风井 248.46.0G4-73-11NO28DYR-630-10/180630 反风道串级调速 鲍店煤矿 对角式 北风井 336.26.0G4-73-11NO28DYR-630-10/180630 反风道串级调速 北风井 560.06.0HDR280-69100G115-801300 调整叶 片角度 液压动 调叶片 东滩煤矿对角式 西风井 690.06.0HDR280-69100G115-801300 调整叶 片角度 液压动 调叶片 济宁二号煤矿 中央 并列式 中央风井 562.06.0GAF31.6-15.8-1JAF1000-8/11801000 调整叶 片角度 济宁三号煤矿 中央 并列式 中央风井 556.06.5GAF37.5-17.8-1TD100-12/14301000 调整叶 片角度 南风井 150.04.5G4-73-11NO25DJFQ-10/12210 反风道 北宿煤矿 中央 边界式 西风井 235.04.5G4-73-11NO25DJFQ-158-12 反风道尚未启用 9 北风井 230.05.0G4-73-11NO22DJS-138-10180 反风道变频调速 杨村煤矿对角式 南风井 301.95.0G4-73-11NO25DJRQ-1510-10260 反风道串级调速 表 8-4-2-2 矿井通风主要技术参数（2000 年 4 季度） 其中 矿 井 名 称 矿井 计算 需要 风量 m3/min 矿井 总进 风量 m3/min 主要 通风 机排 风量 m3/min 排风井 名 称 矿井实际 排风量 m3/min 矿井 负压 Pa 最大通风 流程 m 矿井等积 孔m2 主要通风 机功率 kW 主要通风 机效率 （％） 矿井 有效 风量 率 ％ 126241270913159---12874116689008.2230--86 72777540 中央风井 739595889004.71284886 南屯煤矿 53475619 白马河风井 5479109686003.31025186 131981383514383---14010135898007.7304--86 597761086258 东风井 6177117698003.61315189兴隆庄矿 722177278125 西风井 7833151986004.01735886 151081536216297---15632125176009.2254--86 864087939343 南风井 8949130942004.91538286鲍店煤矿 646865696954 北风井 6674116376003.91017386 117651208312348---12222171889005.6348--89 846486248771 北风井 8696195289003.92328291东滩煤矿 330134593577 西风井 3526145272001.81163885 济宁二号煤矿 132001409114621 中央风井 1417195871009.01034991 济宁三号煤矿* 88601032611564 中央风井 1145667773208.71264785 北宿煤矿 409941624554 南风井 4374119294572.5935886 468049285179---4974107386003.195--87 135614611679 南风井 161777272001.0506687 杨村煤矿 332433683500 北风井 3357118296002.0456087 * 济宁三矿为 2001 年 1 季度的数据 表 8-4-2-3 矿井安全监控系统装备 矿井名称系统型号产 地备 注 南屯矿KJ12A常州自动化所 兴隆庄矿TF200德国地面部分已改造成 KJ95 鲍店矿KJ95常州自动化所 东滩矿森透里昂 600天津 济宁二号矿KJ95常州自动化所 济宁三号矿HIMASS美国 北宿矿KJ95常州自动化所 杨村矿KJ95常州自动化所 表 8-4-2-4 矿井束管监测系统装备 10 矿井名称束管监测系统型号备注 南屯矿FZ-1 型 兴隆庄矿KJF 型 鲍店矿KSS-200 东滩矿KJF 型 济宁二号矿KSS-200 济宁三号矿MAIHAK澳大利亚 杨村矿KSS-200 二、兖州矿区煤层自燃状况及特点 （一）兖州矿区煤层自然发火状况 1、基本情况 矿区自投产以来， 3 层煤多次发生自然发火，截止到 2000 年底，在所鉴定的七对矿井中， 共发生自然发火 88 次。其中，南屯矿 18 次、兴隆庄矿 37 次、鲍店矿 9 次、东滩矿 22 次、济二 矿 2 次，济三矿和杨村矿由于开采 3 层煤的时间较晚，到目前为止尚未发生自然发火。自然发 火发生在分层开采采面采空区 32 次（其中 14 次发生在高档普采采面采空区；18 次发生在综采 分层采空区）；发生在综放顺槽（或切眼）顶煤 13 次，发生在综放面采空区的 38 次；发生在采区 煤柱及采空区但属管理因素所致的 5 次。 自然发火和自燃隐患发生地点主要为巷道顶部松散煤体、工作面停采线、采空区、联络巷、 和相邻采空区其他丢煤带等。 2、近十年矿区百万吨发火率 矿区各矿近十年（1991 年 1 月-2000 年 12 月）百万吨发火率如表 8-4-2-4 所示。 表 8-4-2-4 近十年矿区百万吨发火率 矿名原煤产量（Mt）发火次数次百万吨发火率（次/ Mt） 南屯矿 35.8740.11 兴隆庄矿 42.91280.65 鲍店矿 38.0270.18 东滩矿 42.07220.52 济宁二号矿 10.5020.19 济宁三号矿 1.9200 杨村矿 6.6300 合 计 177.92630.35 3、自然发火期 矿区自然发火期统计结果如表 8-4-2-6 所示。 11 表 8-4-2-6 矿区实际统计的最短自然火期 矿名发火地点发火时间自然发火期（d） 南屯矿73上15 下顺（东）掘进巷道1997 年 3 月 27 日 35 兴隆庄矿4322 停采线1996 年 9 月 27 日 22 鲍店矿1310 综放面轨顺1998 年 1 月 27 日 26 东滩矿14307（东）综放面回风顺槽1996 年 1 月 16 日 18 济宁二矿3306 回风顺槽1999 年 6 月 25 日 33 济宁三矿------ 杨村矿------ 矿区实际最短自然发火期18 （二）矿区煤层自然发火规律 1、综采分层开采时自然发火规律 综采分层开采的 32 次发火，其分类统计情况见表 8-4-2-6。 表 8-4-2-6 分层综采发火次数及位置分布 采空区周边 与工作面回采关系 采空 区中 部 开切眼顺槽中 段 联络巷 上口 溜煤眼 上口 弃巷 停采线总计 本分层回采时20000002 下分层和邻区沿空 准备及回采时 1178301030 11810 合计3 29 32 截止时间2000/12/31 由表 8-4-2-6 可知，综采分层开采时煤层的自然发火明显地有以下规律 1）采空区中部发火率低，采空区周边的发火几率高，分别占综采分层采空区发火总次数 的 9.38和 90.62。 之所以有如此规律是因为综采分层工作面回采以后，采空区上覆岩层移动，一般呈图 8-4- 2-1 所示的三带（即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带）规律变化。 冒落带通常由伪顶（包括丢入采空区的浮煤）和直接顶冒落形成，带内岩石呈不规则垮落， 强度小，块度小，受上部岩层（老顶）规律性的来压影响，容易压实，特别是紧邻底板处。因此， 该带内漏风能力较差，自下而上漏风能力增强，带内岩层断裂成大块，呈有规律的排列，裂隙 较发育，漏风能力较强，漏风量较大。 I II III IV 12 I-冒落带 II-裂隙带 III-弯曲下沉带 图 8-4-2-1 综采分层采空区冒落三带示意图 弯曲下沉带由老顶以上岩层移动形成，由于兖州矿区煤层埋藏较深，且倾角较小，不会因 开采造成地面漏风，故该带活动不会对煤层自燃构成影响。 有别于上述“三带”，在采空区周边（包括起采线、停采线、进风顺槽和回风顺槽，即“两巷 两线”），由于老顶及部分直接顶呈悬臂梁结构，该结构与煤壁、底板形成一“冒落三角区”，如 图 8-4-2-Ⅳ区所示。冒落三角区沿采空区四周连通，区内既有矸石，又有浮煤，其密实性较采 空区中部冒落带底层差许多，成为采空区内部漏风的主要通道。 正是由于采空区内部结构的上述特点，决定了采空区内部风阻分布上的差异，进而导致 漏风分布上的不同（即采空区周边漏风强度较大为集中漏风，中部底层较小为分散漏风），从 而使得采空区周边的发火几率比中部高出许多。 2）本层回采时引起本分层采空区发火的几率低，下分层及邻区准备和回采时引起上分层 或相邻采空区发火的几率高，分别占综采分层采空区发火总次数的 14.3和 85.7。这是因为 分层开采时，采空区自然发火在与回采工作面的相对关系上的分布规律，主要受漏风有效作 用和浮煤经历的氧化过程不同所决定。 本分层回采时，采空区浮煤属初次氧化，从供氧之日到自燃之日所经历的时间为原生煤 体的自然发火期。此时可供浮煤自燃的漏风通道主要有两条一条是沿进风顺槽经起采线（开 切眼）的周边漏风；另一条是紧邻工作面一定宽度的未压实带漏风。前者随工作面推进漏风量 逐渐减小，对浮煤自燃的影响作用亦逐渐减小（实际测定其有效作用距离一般不大于 200m）； 后者则随工作面推进一同前移，其对浮煤自燃的影响主要取决于“自燃带”宽度和工作面的推 进速度。只有当工作面推进速度较慢，漏风有效作用时间大于原生煤体的自然发火期时，才可 能引起本面采空区这两条漏风通道内的浮煤自燃。实际情况亦是如此，表 8-4-2-6 中所列本分 层采空区浮煤的 8 次自燃，有 7 次属于工作面推进速度缓慢或停采后不能及时撤面所致；其 它 1 次属丢入切眼的木垛自燃。 下分层和邻区开采时，上分层或相邻采空区浮煤再次氧化，因其在开采期间即经初次氧 化，浮煤温度要比原生煤体高，经再次氧化，那么从供氧之日到自燃之日所经历的时间要比原 生煤体和自然发火期短，因而表现在发火难易程度上，下分层和邻区开采时比本分层开采容 易些，表现在发火频率上前者比后者高。同时，分层开采时，同一区段（条带）需经 2-3 次方能 全部采出，假设每个分层综采面的准备时间为 T1，回采时间为 T2，则对侧邻采空区而言，其 漏风有效作用时间为 T1T2；对顶邻采空区而言，其漏风有效作用时间远远小于 T2。显然漏风 作用于相邻采空区的时间远比作用于本分层采空区的时间长，从而导致相邻采空区的发火几 率比本分层采空区高。一般地说，相邻（特别是顶邻）采空区停采线两端风压差最大，漏风作用 时间最长，且为固定地点漏风，因而停采线的自燃危险性最大。 2、综放开采煤层自然发火规律 13 综放面采空区及进回风顺槽（或起采线）顶煤的自然发火，其分类统计情况见表 8-4-2-7。 表 8-4-2-7 综放采空区发火次数及位置分布 单位次 与工作面 回采关系 采空区中 部 起采线顺 槽联络巷溜煤眼停采线总 计 本面1000113 相邻已采 面 011654935 合计1116551038 截止日期2000 年 12 月 31 日 由表 8-4-2-7 可以看出，综放开采时煤层自然发火有以下规律 1）自然发火主要威胁仍然来自相邻已采面采空区，占综放面总发火次数的 92.1,本工作 面自然发火占 7.9。相邻已采面采空区自然发火的重点部位在相邻面的进、回风顺槽，起、停 采线和联络巷、溜煤眼等部位，其中，两巷自然发火占邻面总发火次数的 45.7，起采线和停 采线占 28.6，联络巷和溜煤眼占 25.7。 就本面而言，综放开采时,采空区丢煤较多,于防火不利,但其采空区内部结构与分层开采 时的一分层采空区基本相似,只是一次采全高时,采空区高度增加,致使采空区周边风阻进一步 减小,从而导致周边漏风强度有所增强。另外,由于增加了一道放煤工序,可能导致工作面推进 速度减慢,这些因素将会导致本面采空区自燃危险性较综采分层开采时一分层本面采空区有所 增加。但是只要综放面保持一定的推进速度,这种危险性就会降低。这是由于本面采空区与分 层面采空区浮煤均属初次氧化，其自燃所经历的过程相似，因此，漏风强度变化对浮煤自燃的 影响最终都体现在漏风对浮煤的有效作用时间上，而漏风有效作时间的长短主要取决于工作 面推进速度，工作面推进速度最终决定本面采空区自然发火的危险程度。据实际统计资料，在 正常情况下，矿区综放面月均推进度一般都在 62-173m 之间，而采空区冷却带和自燃带宽度 之和在 70-151m 之间，因此，只要综放面正常回采，自燃带未及发火就已进入窒熄带，即本面 采空区自然发火危险性相对较小。 对于相邻综放面采空区，综放面一次采全高,消除了分层综采时顶邻采空区的发火威胁， 仅存侧邻采空区的自燃可能性，但综放开采时，漏风作用于侧邻采空区的时间为 T1T2，约分 层开采时漏风作用于侧邻采空区时间的 1/3-1/2。因此，从氧化时间角度看，综放开采时相邻采 空区（尤其是停采线）的自燃危险性要比分层综采时低。但是由于相邻综放面端头、初次放顶 前几十米和停采前十余米不放顶或放出很少，较多的顶煤呈破碎堆积在采空区“两巷”和“两线” ，具有良好的可燃性碎煤堆积和氧化蓄热条件，经过初次氧化后，当综放面（尤其对无煤柱综 放面）准备或回采时，煤柱压裂破碎，引起漏风供氧，当巷道漏风从堆积的浮煤穿过，相邻面采 空区浮煤极易发生自燃。因此，相邻采空区发火的重点部位为相邻面的“两巷”和“两线”及联络 巷、溜煤眼、废弃硐室等部位。 2）本面进、回风顺槽、起采线和停采线自燃危险性较大。矿区综放开采本面发火 31 次，其 中本面进、回风顺槽自然发火占 74.19，起采线和停采线发火占 22.58。 综放面巷道沿煤层底板掘进通常顶部留有顶煤（一般大于 3m），在掘进及相邻采面采动影 14 响下，顶煤受压而破碎、离层，区段煤柱也被压酥；在掘进过程中还经常出现顶煤冒落，支护 后，在棚网上堆积了一定量的松散浮煤；遇地质构造时，巷道煤体十分破碎。若不采取有效措 施，在巷道漏风供氧条件下，巷道煤体（尤其是顶煤）极易发生自燃。 综放工作面的起采线（开切眼）断面大，受矿压影响易压裂破碎，存在漏风供氧条件。综采 设备的安装时，供风量小，安装时间较长，初期工作面推进速度一般相对较慢，开切眼松散煤 体氧化升温时间长，煤体温度较高。停采前 30m 左右，工作面不放顶煤，采空区遗煤