高瓦斯易自燃煤层实施“110工法”难点与解决方案分析.pdf

技术协作信息 技术探讨与推广 ◎赵良 冯青林 “110工法” 是将中国科学院院士何满潮创立的 “切顶短臂梁” 理论应用在煤矿开采上， 指回采1个工作面， 只需掘 进1条顺槽， 保留0个煤柱， 实现工作面间无煤柱开采。已在陕西、 四川、 黑龙江、 山西、 河南等省的500多家煤矿推广 应用， 有效解决了煤炭工业长期面临的 “安全、 资源回收和开采成本” 三个突出问题。据不完全统计， 现 “110工法” 暂无 在高瓦斯和易自燃双灾害并存条件下实施的先例。 高瓦斯易自燃煤层实施 “110 工法” 难点与 解决方案分析 （作者单位 辽宁铁法能源有限责任公司晓南矿） 一、 工作面概况 1.工作面位置及范围。 N1-1502 工作面属于二水平北一采 区， 位于晓南矿工业广场西北部； 采动影响 范围内有一条季节性河流、 一条高压线 （隆 南 160KV） 、 三条通讯线路、 积水Ⅴ区、 积 水Ⅵ区、 积水 II 区及景荒地村、 景荒地新 址和刘荒地村部分住宅，其余为平坦耕 地。 N1-1502 工作面位于北一采区西部。 南以北一 15 层中巷保护煤柱为界与南翼 采区相邻； 北部与北二采区相邻； 东部为 N1-1503 工作面 （尚未开拓） ； 西与大兴井 田 相 邻 。 工 作 面 座 标 范 围 为 X 4694384～4695566； Y 41549506～ 41550105； Z -572～-610。 工作面走向长度 1185m； 倾斜长度 210m； 面积 247122㎡。 2.煤层情况。 N1-1502 工作面所开采的煤层为下含 煤段 15-1 煤层。 煤层倾向 290～310， 倾角 3～7， 平均为 5。煤种为气煤， 光亮型， 条带状结构， 贝壳状断口， 煤质较 好。煤层厚度 1.20m～2.03m，平均厚度 1.5m。夹矸一至二层， 为泥岩及炭质泥岩， 厚度 0.05m～0.15m。本工作面原煤工业指 标采用相邻 N1-1501 工作面煤质化验结 果 水份 （Mt） 8.7， 灰分 （Ad） 36.44， 挥发 份 （Vdaf） 17.75 ， 发 热 量（Qnet， ar） 4245cal/g。 二、 影响瓦斯治理因素分析 1.通风系统选择在瓦斯治理的影响。 晓南矿 N1-1502 刨煤工作面原设计为 “U” 形通风工作面， 计划实施 “110 工法” 后， 补充掘进 N1-1502 入风改造道与 N1-1502 运输顺槽贯通， N1-1502 工作面初期采用 “两入一回” 通风方式， 后期调整为 “一入两 回” 通风方式， 同时， N1-1502 入风改造道 作为下一个工作面的轨道顺槽， N1-1502 运输顺槽实施留巷作为下一个工作面的 运输顺槽， 开采下个工作面前施工回风顺 槽形成工作面完整的通风系统， 确保一个 工作面具有三条顺槽， 并每个工作面回采 期间留巷一个顺槽， 从而实现无煤柱开采。 2. 利用抽采方法治理瓦斯。 针对顶板垮落步距长的问题， 在 N1-1502 回风顺槽钻场施工低倾角度长钻 孔和 14 层采空区导入孔。 在 N1-1502 回风 顺槽接设埋管抽采采空区内瓦斯。 三、 防治采空区自然发火影响因素 1.粉煤灰灌浆灭火。 在地面中央砂井建设一套粉煤灰灌 浆站， 该系统是通过粉煤灰膏体制备系统 利用粉煤灰、 水、 悬浮剂按照一定比例制作 粉煤灰浆， 通过地面至井下的灌浆管路注 入工作面采空区。 在运输顺槽留巷段每隔 10m 在顶、 底 板埋入采空区 1 根 4 寸铁管，外漏管头保 证压槽完好并封堵严实， 防止向采空区入 风。 用于日常灌浆时接入灌浆系统， 保证灌 浆空白区域不得超过工作面 50m。每次灌 浆作业完成后对全系统管路进行冲洗防 止堵塞管路。 2.注氮气防灭火。 地面制氮机制出氮气， 氮气浓度不得 低于 97， 通过注氮立孔进入井下注氮管 路， 再通过采空区预埋注氮管进入回采工 作面采空区。 四、 新型喷涂材料防漏风 留巷段防漏风效果直接影响 “110 工 法” 工作面瓦斯防治和采空区自然发火防治 工作。晓南矿 N1-1502 “110 工法” 刨煤工作 面留巷采空区侧使用风筒布 挡矸网 喷 涂 KA-GK快速密闭喷涂材料的堵漏方式。 目前， 锚喷技术已经成为了煤矿巷道 支护的主要手段， 喷射混凝土作为锚喷技 术的一项重要组成部分， 在施工过程中存 在以下问题 1.回弹量大， 至少为 15～30， 浪费 大量材料。 2.作 业 环 境 下 粉 尘 浓 度 高 ， 400mg/m3～3000mg/m3，远超国家标准 （10mmg/m3） ， 施工人员极易罹患矽肺等职 业病。 3.施工随意性强， 喷厚不均匀， 喷浆层 易产生微细裂缝或来压后喷浆层开裂、 脱 落， 造成围岩风化。 晓南矿现选用 KA-GK 固克快速密闭 喷涂材料， 使用专用设备混合后形成混合 浆液并发生化学反应，对风筒布 挡矸网 进行喷涂， 该材料喷涂固化后拉伸强度≥ 2MPa、拉断伸长率≥30，附着力≥ 1.5MPa、韧性好，喷射到软岩或煤巷表面 后， 呈明显的塑性， 能适应煤矿巷道各种形 变， 不妥落， 不开裂。完全克服了水泥砂浆 的缺点。 有效的减少了采空区漏风， 减少了 粉尘飞扬， 降低粉尘浓度， 有效改善采掘工 作面的作用环境， 大大降低煤肺、 尘肺等职 业病的发病率， 保护工人健康提高工作效 率。 五、 结语 N1-1502 工作面现已留巷 140m， 至今 未发生瓦斯超限现象和自然发火征兆。 “110 工法”也将使矿井实现自动化、信息 化、 智能化和无人化开采成为可能， 也将为 采矿业革命作出重要贡献。新技术和新革 命在实践中一定会揭露出一些困难， 我们 还要利用专业知识和实践的经验积累去 面对挑战。 作者简介 赵良， 男，1974生人， 本科 学历，2011年1月毕业于辽宁科技大学采 矿工程专业，工程师职称，现任铁法煤业 （集团） 有限责任公司晓南矿保安区区长。 窑窑