急倾斜易燃不稳定煤层开采方法探讨.pdf

急倾斜易燃不稳定煤层开采方法探讨 第六图书馆 煤层 开采法 易燃 不稳定煤矿设计张义顺不详1992第六图书馆 第六图书馆 s j } - 彳 禾 ， ， 彳 张、 急倾斜易燃不稳定煤层开采方法探讨 焦作矿业 学院张艾顺 -____一 S 乃 ． 弓 内窖 摄薹 ； 本文介龆 7惠 倾斜 易髌 不稳 定蝶 屡的开采方法及有关技 术措施 ，通 过经 济甘 比分析可 以看 出，这种 采蝶 方法技 术上是 可行 的，经济上是 合理 的。 一 、鼍述 涟邵矿务局洪山殿煤矿的 彭家冲并 位 于 湖南 省双蜂县西北部 。该井主 要开 采二叠系 龙 潭 组 1号 煤 ，煤 厚O ～1 2 m，平 均 厚 度 3 ． 2 1 m，煤层变异 系数5 5 ；煤层倾 角变化 2 9 。 ～9 O 。 ， 局部出现倒转} 相对瓦斯涌出量为 7 7 ． 9 4 I t ，二水平 一2 5 0 m 水 平 瓦斯压 力为3 ． I MP a j煤有严重突 出 危 险，最大突 出强 度有1 9 1 0t}煤层顼 板 有 3 0 m 厚 的混 岩，底板为砂质泥 岩，井 田内主要断层有 8 条，大褶曲 3 处，小构造频繁，地质构造比 较 复杂。 该井以前采用走向长壁采煤法，坑木消 耗 3 0 0 m ／ 万t ，煤炭回收率仅有 5 8 ％。煤炭 自燃与 瓦斯突 出比较严 重， 由于 自然发火期 仅7 ～1 5 天 ， 自1 9 8 1 1 9 8 8 年4 月 ， 共 发 生 自燃 火灾1 7 次，煤 与瓦斯突出达5 1 次，其间开采 的七个工作面都因自然发火而封闭，无一善 始善终。以上客观原因使该井 长期达不到核 定生产能力。为探讨此条件下的采煤方法及 练 台 防治顶 板 、瓦斯 、火灾等方面的技术措 施 ，涟邵 局洪山殿 矿与 焦 作 矿 院台作 ，从 1 9 8 8 年 5月开始，进行了煤皮假顶及其它方 面的试 验研究 。 、采 攥方法黼老 彭家冲并煤炭自然发火周期仅有1 O 天左 右，在国舟比较少见。为了查明原因，我们 对该井 l号揲进行了组分分析、自燃倾 向鉴 定及 自然发火地点的统计，见表1 、2 、3 。 从表 f中可 以、 看 出，组 分 中 丝 炭 占 囊 1 类 光 结 充 镜质 惰性 牯土 黄甓 石英， 填 组 组 矿 矿 方解石 型 泽 掏 糟 塞 暗 垃 牯 6 8 ．4 1 G ． 6 1 5 ． 3 3 ． 5 0 ． 2 煤 淡 状 土 注一1 ． 表中组丹均为饿辍比l 2 ． 锋 质 饿 阻 均 质悼为主} 3 ． 惰性组丹中，除丝质悼外述常见茸类饿 囊 2 着 盈度 町 自撼 麓情 T l T 。I T d I A T 等数 l 。 37 ．5 二 类 注。T一厦群着火盈度j T。 一氧化样着火 温 度 l 1 一还 原样着火温度} 一还原样与氧化样着火温 差，訇 一 氧化程度，1；C T d ／ △D x1 8 G 1 O ． O 6 ，这 种丝炭孔瞎大，在常温 下 氧化 能力强，是煤炭 自燃的引火物。煤中的黄铁 矿 占3 ． 5 Y , ， 它在低温氧化时可以生成硫酸铁 和硫酸亚铁 体积膨胀导致煤体松散， 增大氧 化 面积 ，放 出热 量 ，更加 促使煤 炭 自燃。 彭 家冲井煤 炭 自燃 的原 因之一是客观条 件，另一方 面，采煤方 法不 台适也是主要的 原因。由表 3可以看出，自燃火灾多发生在 采空 区和突 出孔 。以 前 采 用 的长壁式采煤 法 ，对 部分煤 层不能 一次采全高，放顼后浮 煤多 ，工 作面进 、 回风巷 压差一般在1 6 0 1 ， 浮煤有连续供氧条件 加之掘进速度慢，致 使采空区发火。突 出孔中一般有浮煤遗留， 由于封孔不严和 孔洞周 围煤层裂 隙 ，一旦进 八风巍崛屠爱生喜燃 ’ l6 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 ＼ 囊 5 ＼类 叫 着 密 闭 I l 巷 ‘ _道 井 筒 合计 。 备 注 时 间 ＼ l 鹰 风 进 风 I 1 9 6 0 ～I 9 8 9 ． ‘ l l l 6 6 2 2 2 9 来垒区发 J有l O 次 1 9 8 0 ～1 9 8 8 ． d 1 l 1 6 l l 8 平巷与采空区变叉翻 通过上述 分析 可以看出 ，要解决该井煤 炭 白燃 ，必须做到最 大限度 地爵收煤 炭资源 和减少采 空区漏风 ，合理而 有效地 向采 空区 充填阻燃物，并尽可能地提高采煤速度，缩 短煤层暴露时间。为了达到以上 目的，在采 煤方 法上选用水平分层煤 皮假顶采煤法 ，在 安全方面采用了黄泥灌浆 、局部均压 防火等 措施 。 ’ 三、水平分廖攥应硬采攥洼 1 ．巷道布置 煤皮假顶采煤法是在区段内根据地质构 造情 况把工作面划分为不 同的块段 ，在每一 块段中部掘进行人、溜煤上山。在块段内沿 倾斜方 向将煤层 每3 ． 5 m垂 高划分一个分层 ， 每一分层掘一条2 12 1 高的梯形断面 平 巷，支 护采用单体 液压支柱 配金属 饺 接 顶 粱，见 图 l。 仅 适用 于单 翼工作面开采 ，掘进 与回风相 互 影 响， 致使 采区间断作业、产 量 和 工 效信 低 。回采 时需要留设煤柱， 由于工 作面的开 采使煤 柱应 力集 中，造成裂 隙，容易产生煤 炭 自燃。 ． 2三条煤 巷上山虽然可 以使两翼生 产，采掘互不干扰，保证了生产的连续性， 提高了产量和效率，但煤柱损失大，两翼产 生的应力 叠加使 上 山和平巷 交叉部位维护 困 难。2 1 1 8 2 工作面从巷道布置至 采 完 ，一 年多时间内，上山返修六次}多处密闭点精 风，漏风量达0 ． 1 6 ～7 ． 0 5 mVm i n 。同时， 还 有瓦斯突 出的 危险。 3一煤一岩 上山布置，集 中了前两 种巷道 布置 的优 点．它既可 以两翼连续 回采 又 可 以掘进其它巷 道 ，同 时 还 可 以步 留煤 柱、少建密闭门。这 种 巷 道 布置方式见图 一 ， 一 对水 平分层煤 皮假顶采煤法 ，在巷道 布 置方法上采用了 三 种 形 式，第 一 种 是 在 2 3 1 4 2 “ r “ 作面采用两条煤巷 上山，第 二 种 是 在2 1 1 8 2 3 E 作面采用 三条煤 巷 上 山，第 三种是在2 2 1 3 4 工作面采用一煤一岩上山。 港过试验，其优缺点如下 ， 1两条煤巷 上山朦工程量最少 。但 、6 ‘ 图 2 一 煤 一岩 上 山布 置示 意 圈 l 一 岩石运 轱巷I 2 一 岩石 回 风 巷I 3 一 斟 着 岩 石 上 山 4 一 媒巷 上 山I 6 一联肇 巷 I 6 一媒 仓} 一 平 巷 -- 行辩 巷J 9 一回 风石门 由表 4 可 以看出，三条煤巷上山总费用 最多，一煤一岩上山和两条煤巷上山相比， 后者费用较低，但一煤一岩能服务于双翼开 采，金属支架还可以重复使用，巷道维护费 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 ●4 布 善道特征 长度 成巷 掘进费用 大 维护赞 总 修 费 置 巷道名称 岩 支护 断面 倾角 l 时间 单价 合计 次 许 合计 用 形 性 质 形 式 m 度 m 天 元／ m 元 数 元／ 年 米 竞 元 ， 式 三 南 穗供上 山 木 3 ． 2 4 7 5 0 8 0 I 4 6 ． e S 7 3 4 2 ． 5 6 条 北 穗供上 山 煤 木 3 ． 2 { 7 5 0 3 0 1 2 5 ． 2 6 6 2 6 3 6 善 中间行人上山 供 未 3 ． 2 4 7 5 0 3 O 1 2 5 ． 2 6 6 2 6 3 6 J 上 联络横 川 柬 3 ． 2 0 8 O 4 O 1 2 5 ． 2 6 1 0 0 2 0 6 山 告 计 _ 2a 0 1 8 0 20 8 e 9 31 6． 26 4 01 66 7 0 0 5 两 溜媒 上 山 煤 木 3 ． 2 4 5 4 5 8 5 1 4 5 ． e 6 6 B 0 e ． 2 2 条 行人上山 煤 未 3 ．2 4 5 35 6 5 1 2 5． 2 6 4 50 4 2 巷 联 培平 善 柬 3 ． 2 0 a 0 2 2 1 2 0 ． 2 6 3 7 0 5 2 上 山 音 计 1 1 0 1 7 2 1 4 7 5 0 4 4． 9 2 4 5 2 9 1 9 0 7 媒 上山 柬 3 ． 2 4 2 5 6 8 O 1 4 6 ． 8 5 a 2 2 4 一 岩 上山 岩 盘詹 3 ． 2 3 5 r 5 1 0 0 2 l r ． 0 7 1 B 2 a 0 岩 联 络横 川 岩 盘 晨 3 ．2 0 a 8 l 2 0 2 1 r ． 2 1 1 9 1 1 4 上 山 合 计 2I 9 3 0 O 4 3 6 1 6 2 O ． 6 6 6 l a 4 9 e O 2 ． 2 l l 8 2 工作面成善费用和总费用未扣除盘屠支槊重复利用的价值，一般复用卓为8 0 用低。从宏观上讲，一煤一岩 布 置 方 法最 抗 越。 2 ．回采工 艺 分层平巷掘至采面边界后，即可向煤层 顶、底板方向扩棚，形成短壁工作面，工作 面最大控顶距5 m，最小控顶距3 m，放顶步 扼 2 m。 放煤顺序 由顶板 向底板进 行，煤皮 下 放 时卷起挡矸帘，直到顶板矸石下来为止。 顶 煤放 完 以后 ，必须 对采 空区洒浆，有些局 部地方还要插管注浆。这种工 艺 的 支 护形 式 见 图 3。 周 3 工 作面 支 护示 意 图 1 一单体i 盘 压支柱J 2 一铰凄顼粱}3 一风筒-4 一术支 柱J 5 一木 絷 四、安全 技术 措藏 1 ．开采技 措施 水平分层煤皮假顶采煤法，顶分层由于 上区段煤柱容易落入采空区，是煤炭 自燃的 主要原因之 一，词 此 ，顶分层采用 了铺 设矸 石假顶的方法，具体办法是 在顶、 分 层 放顶 前，铺设荆笆，在其顶板放炮，当矸石充填 0 ． 5 m厚时再 用黄 泥浆喷洒，形成再生顶板 ， 这样隔断了工作面与上部相邻采面煤柱的联 系 。经过几 个工作 面的 实践，效果 良好 。 2 ．通风 措施 水平分层煤皮假顶采煤法，在通风设计 上采用局 扇正压将 新风送蓟工作面 ，并加强 通风 管理 和监 测，对预计可能发火 地点 的回 风则建立 自然发火 预报站等措施，发现 问题 及 时处理，有效地 防止煤炭 自燃 。 3 ．局部 均压 防火 一 煤 一岩上 山布置适 合局部 均压 防火， 如果 某一联络石 门以上的采 区 出现 C O增高 ， 可封 闭这 一联 络石 『 丁 以上 的溜煤上 山，在 回 风石门与伪斜上山交叉 口的内馏 设 均 压 室 进行均压，这样可以降低进回 风 端 的 风压 差 ，壤小漏风量，抑制煤炭 自燃 。 局部均压防火曾在2 2 l 4 2 工 作 面进行 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 过试验，如图4 。具体方法是在第 二 分层采 完以后，回收一分层所留的小煤柱，在漓煤 上山三分层问建密闭，将密闭上部溜煤上 山支柱回掉，使顶板充分垮落，然后在两条 上 山间的回风 平巷 建1 、2 密 闭做词压 室， 压力 调节 利用风筒 上安设的 “ 三通管 扎 紧 或放开来 实现 。随俯斜分层的开采 ，每一 联 络平巷用同样的方法建立均压室。经试验观 测，分层平巷 和调压室间压差一般在2 0 N 4 0 P a ，实践证 明．这种均压 防火效果 良好 。 4 ．黄泥灌浆 水平分层煤皮假顶 采煤 法的灌浆方法采 用洒浆和注浆相结台，在工 作面放顶 时边放 顶边洒浆，并辅以插管注浆。在分层平巷靠 近溜煤上山1 0 m范围内埋管注浆，其泥浆水 土 比为1 - 3 。灌浆 量根 据三个工 作面的试验 ， 初 步认为，用 以下计算公式较 为台理 。 QTI C 1 4 - Q1 S 式 中 Q 采空 区灌浆量 ，m。 ’ T 采空 区丢煤 量 ， t’ 置- 丢煤量 的泥 浆增 注 系 数， 取 O． 8 ～ 1 ． 0 I 口． 一采空区单位面积 注浆 量， 一 般取 0 ． 1 m ／ m ’ S 采空 区面积 ，m 。 五 、技术艇靖教暴 彭家冲井由于亏损大、井型也仅有 9万 t ／ a ，有关部门曾多次提出关 闭 意 见， 自从 1 9 8 8 年7 月采用煤皮假顶采煤法以来， 已在‘ 个工 作面应用 ，煤 炭 回收率 由原来 的5 6 ％， 提高到9 6 左右| 坑木消耗由原来的2 2 3 m f 万t ，下 降到2 8 ． 5 1 ma ／ 万 ’ 吨煤直接成本 由 原来 的1 9 ． 1 元／ t ，下 降 到 l 4 ． 6 9 元／ t , 工作 面单产 由原来 的1 5 4 o t ／ 月 ，提高 到2 4 4 6 t ／ 月 | 万 吨突出率 由3 ． 2 5 次，下 降到O ． 2 5 次，经过 几 年试 验，从未发生过火灾事故 ，年均增收 1 6 9 ． 3 9 万元 。主要技术经济指 标 见表5 ，经 济 效益 见表6 。 通过几年的实践，可以这样认为在急 倾斜易燃煤层 ，采用水平分层煤皮假顶采堞 法，对煤炭资源的回收、防治煤与瓦斯突f I I 、 及 自燃火灾，是_种行之有效的采煤方法’ 尤其是在中、小型矿井，更能显示其技术上 可 行，经济上可观。 图 4 2 2 1 4 2 工 作面局 部 均压 防 火示 意腰 工作■主■控术经济囊椽比较 囊 5 ＼ 参数 倾角 煤卑 回来率 坑木耗 台矸串 吨堞 平均月产 直接成本 C H ． m ‘ ／ 推进 速度 注浆 量 工效 突 出 工作 。 i n 万t i n‘ ／ t C t ／ 月 元 ／ t 次 数 } l 1 6 走向 长壁工 作面 5 0 3 5 4 ． 5 2 2 2 ． 9 8 8 1 ． 3 6 0 ． 1 8 l 5 4 0 1 ． 4 6 1 0 ． 1 8 控l ● 2 水平分层工作面 ● 5 3 9 S ． 3 1 2 0 ． 5 2 l 2 0 0 ． 8 4 0 ． 0 5 l l 4 0 1 1 ． 2 B 2 0 ． 4 6 0 2 l 1 8 ‘ 2 水平分屡工作面 盯 2 ． 8 -2 8 ． 5 1 9 0 0 ． 8 ● 0 ． 0 7 3 2 4 4 B 1 ． 6 1 l 5 ． 3 1 8 鼋 一 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 干 ， 铴 ， 苗 仟屈 7 一 ／ ≯ 高 澶 矿井 皂 杏 避行 增 风降 温 的 判 别 武汉煤炭 设计研 究院梅 甫 定 本 文通过对我国深部 高温矿 井热环境 成 田分析，进而论述了加大风量与 工 作 面 气 温 的关系，探讨了工作面气温随原岩温度变 化的规律，从而给 出了深 部高温矿 井是否进 行增风降温的判别依据，为矿井热害治理决 策和矿井降温设计提供参考。 据统计， 目前我 国已有8 0 多对矿井 的部 分采面出现了气温超限现象，有的采面气温 超过3 O ℃E 1 。恶劣的环境 气候条 件，严 重 地 影 响了煤 矿工 人的身体健康和劳动生产 率 的 提 高。在 改善作业环境 气候条 件的诸种措施 中，增风降温被认为是矿井练合降温技术中 简单易行和经济的方法。然而，井巷断面有 限，风速又有规定 ，风量的增大 受到 一定约 束，同时，工作面气温又受地面气温，围岩 温度及 其多种因素的影 响，依靠加 大风量 降 温不是在任何情况下都是行之有效的措施。 显然，如果对如此众多的高温矿井都进行增 风降温尝试，是一项重复的、颇费工时的工 作。因此，寻求高温矿井是否需要进行增风 降温的判别方法，是 目前急需解决的课题 ， 7 ≯ 7 故本文绪合我国煤矿高温矿井特点，予以探 讨 ，供 商榷。 一 、蔫井 热耳 麓戚园 形 成矿井 热环境的因素很多 ，但 主要 因 素为 围岩散热、风流压缩热、机电设备散 热、高温热水散热、人体散热氧化热、地面 高温气候等。虽然在 大多数情况下，造成矿 井 热害是 由矿 内多种热源综 合作用所 致，但 在不 同矿井 ，可 能是某 种热源起主导作 用。 通过对我国煤矿 高温矿井 普查 可知， 目前大 部分高温矿井 约 占7 5 热环境成 因先开 采 深度大 、围岩温度 高。据我 国煤 田地温观 测资料统计 ， 地温梯度 为 2 4 ℃／ 1 o o m。因 此 ，随着开采深度 的增加 ，岩 温i 暄之上升 ， 井巷围岩对风流的加热量会越来越大，矿井 热 害问题会 越来越严重 。表 1列 出了我国部 分高温矿井的 热害状 况。 、加大风量与工作 酉气 沮的关系 形成矿井热环境 的热源可 分类，一类 是放 热量基 本上不 受风量 的增减而 变化的篼 对 热源 ，如 机 电设备等局部热源 。当进风量 科研成暴用千生产的麓济效盘 簟位 万元 囊 B 年 度 1 9 8 8 年度 1 9 2 9 年度 l 9 g O 年度 I 备注 产量 单位 。 吨／ 年 1 9 2 9 6 2 7 9 6 I 3 1 鲫O 产 值 1 l 5 ． 1 B 1 7 5 ． O 8 1 8 1 ． 5 0 新增 产值 6 2 ． 9 0 6 B ． 3 2 年 新增 辅润 3 O ． 7 8 7 1 ． 0 I 新增利 癌 增 新增 税金 1 ． 8 8 2 。 9 1 部分指 脖 收 去新 增 因 金 节支 盎额 4 6 ． 1 4 5 0 ． 9 6 赣 其它 收人 6 3 ． 0 7 7 2 ． 6 素 后减亏 应用后年均增收金瓤 l 6 9 ． 3 9 盘罔后年均投资收盎率 6 1 ． 7 9 0 9 口 ， 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆