無煤柱開採沿空留巷防止漏風的安全技術措施

2021-08-14 18:44:37 字數 4942 閱讀 6957

無煤柱開採技術已廣泛被應用,它是一項提高回採、減少掘進工程量、保證接續、提高工效、降低成本的即安全又經濟的有效開採工藝。但是通過回採實踐過程揭露一些不容忽視的問題,即,在有自燃傾向性煤層中採用該各開採工藝時,往往由於沿深留巷過程中漏風問題解決不好,造成採空區,開切眼上。下順槽,最終停採線漏風而自然發火,特別是在厚煤層中分層採和放頂煤開採時,採空區自然事故出現的機率更高、更明顯。

為減少漏風穩定系統、抑制自燃發火方面做如下幾方面的安全技術。

一、水砂充填帶隔離採空區

這種防火工藝就是在採煤過程中隨即將開切眼附近,採面後部的上下順或者左右上山依次充填,工作面回採完後將停採線附近予以充填。如圖1所示,最後用乙個充填將採區予以封閉,起著一種隔離煤

柱的作用。充填帶的寬度開切眼和停採線處一般為10寬,上下順槽或上山則隨該井巷的寬度而定。開切眼和停採線處充填帶的充填工藝和正常開採時充填法相同,上下順槽或上山的充填工藝和一般巷道包幫灌漿充填相似。

這種水砂充填方法工藝簡單,在有水砂充填的礦井無需增添裝置,無水砂充填系統的礦井,只需添置砂漿幫浦和管材即可。

二、可塑性膠泥堵漏風

如圖2。當兩個前進式工作面(綜採工作面)回採完成後,留出了兩條沿空巷道,第三個後退式回採工作面就自然地形成。為防止此兩條沿空巷風流漏入採空區而引起煤的自然發火,應採用一種半塑性

不凝固的膠泥,將膠泥壓入採區矸石堆的縫隙中,膠泥與矸石堆能很好膠結,形成了一片4公尺寬的矸石牆。這樣在沿空巷道採區的一側形成了乙個不透氣的隔離帶,阻止了風流漏入老空區。這種半塑性、不凝固膠泥與矸石膠結合當巷道動壓來臨時,隨著巷道變形而變形,不會形成新的裂隙而漏風。

三、噴塗塑料泡沫防止漏風

為防止巷道風流漏入採空區引起自然發火普遍採用常溫凝固的塑料泡沫噴塗到密閉上、巷道壁上、形成厚度為20~30厘公尺的閉孔泡沫塑料層。這種泡沫塑料一般都具有難燃、抗靜電、耐壓、不透氣的特性。以常溫固化尿醛樹脂為原料的防漏風泡沫塑料噴塗技術。

《泡沫-1型》發泡裝置噴放泡沫。這種塑料泡沫對煤、岩石、木材、金屬體和其它材料都很好膠結,在出現礦山壓力時,此時尿醛塑料泡沫可以縮其初始高度的70~80%,只有稍微漏氣。通過煤礦井下1200公尺的密封採空區的試驗、堵漏風效果良好。

《泡沫-1》型塑料泡沫裝置,僅需2人操作,在6小時的小班內可噴塗厚度為0.2~0.3泡沫層100m2。

尿醛塑料泡沫密閉漏風與負壓關係式為:q=ahα,式中q—塑料泡沫層漏風量a和α—根據試驗資料用對比法求出的係數;h-已密閉採空區負壓,mmh2o。圖3為沿空巷道沿老空區側噴塗的防漏風尿醛泡沫塑料層。

圖4為不同厚度泡沫塑料的負壓h與漏風量q關係。

四、風壓調節法防止漏風

風壓調節法是使用一定的通風裝置和設施作為手段,改變井下通風壓力狀態,降低採空區或封閉區進回風側的風壓差,減少漏風的一種工藝。

採用建立調壓峒室法。在一些易自然發火的煤礦,為了控制向採空區漏風,在已採過的聯絡巷密閉,或工作面回採完畢的採終線密閉可以普遍設立調壓峒室以調節密閉區(即採空區)內外的壓力差,以阻止向採空區的漏風。調壓峒室的結構如圖5所示。

調壓室的風牆與防火牆間距離一般是5~10公尺,當調壓室水柱計呈現負壓狀態時,啟動風機並將視窗調板調至水柱壓力為零,此時密閉區內的氣壓與調

節峒室的大氣壓力趨於平衡,以此阻力向密閉區(或採空區)漏風。

五、飛灰充填帶封閉採空區

飛灰是火力發電廠在煙道中排出的汙染大氣的塵埃。飛灰的形狀和化學成份隨煤質和粉碎工藝以及燃燒方法的不同而變化。它的一般物理性狀和化學成份列表中。

sio2al2o3fe2o3caomgoh2o強熱減量比重比表面積cm2/g粒度(目)

48.2025.7610.754.01.250.653.01.952700200以下

飛灰顆粒形狀多數為球形,容易吸收水汽而結塊。作為煤礦井下用防火材料具有氣密性能好,脫水性強的特點,並可用水力輸送和風力輸送。飛灰可以作為防止井下密閉漏風的充填材料,也可以作為採空區周邊防止漏風充填隔離帶的材料,更可以代替黃泥灌漿作為防火灌漿材料之用。

在煤巷、石門、立眼、斜井中均可用水力、風力流送飛灰來構築防漏風抑制自然發火的密閉和採空區充填帶。圖6是某煤礦利用飛灰充填密閉的工藝圖。利用飛灰作用井下防火充填材料在實際應用時,飛灰漿濃度是飛灰:

水=6:4。飛灰沉澱、脫水後的體積為灌入體積1/3。

所以在沉澱24小時後必須進行第二次充填,為了能充滿,在密閉處的巷頂應預先挖槽,並使充填管出口伸至最高位置。

飛灰由於顆粒很細,一般在200目以下,為了防止灰漿從縫隙隨水脫出,在木板閉內壁鋪設麻布或塑料編織布,以便於沉灰脫水。

飛灰作為防火充填材料有很多優點,飛灰**廣泛,**低廉。飛灰脫水性好,脫水後的飛灰氣密性好,且強度大,滲透性好,能夠將矸石,巷道壁的裂縫填滿充實。一般用幫浦將飛灰漿輸送到充填或密閉地點,速度快,所需工時少,井下任何地點均可採用。

以上所述防漏風抑制自然發火的技術措施,都是煤礦行之有效的防火方法,為了有效地防止、控制、撲來無煤柱開採、沿空巷道綜採工作面因漏風而引起的自然發火,毫無疑問地採用上述各項防漏風技術的同時,還應配合其它有效的防滅火技術,如阻化劑防火,井下火災的**預報等實行綜合防滅火技術,這樣才能更有效地防止自然發火的發生,保證煤礦安全生產。

沿空掘巷

就是把巷道布置於低應力場,便於巷道維護,減少變形量,其關鍵是嚴格控制煤柱寬度,留小煤柱的目的是將巷道與採空區隔離,防止採空區的水與有害氣體串入巷道,危及安全生產,但煤柱寬度對巷道的維護狀況起決定作用,若煤柱過小,由於靠採空側的煤柱受支承力的影響已呈塑形,容易失穩,片幫嚴重,若煤柱過大,則回採巷道布置在壓力增高區內,將使巷道壓力大,支護困難。

沿空留巷gob-sideentryretaining採煤工作面後沿採空區邊緣維護原回採巷道。

1.概述

編輯本段1.1.問題的提出

為了**傳統採礦方式中留設的保安煤柱。採用一定的技術手段將上一區段的順槽重新支護留給下乙個區段使用。這種留巷的做法是沿著採空區邊緣在原順槽位置保留就稱為沿空留巷。

沿空留巷可以最大限度**資源。避免煤體損失。

1.1.1.國外代表

上世紀60年代英國、德國開始採用。這些發達國家非常重視這種一次性能源的開採。分別採用前進式和後退式的工作面沿空留巷方法以實現無煤柱開採。

現在基本普及無煤柱開採。國外目前主要以無機有機混合結構形式結合鋼結構骨架實施沿空留巷隔牆。我國上世紀70年代引進使用,那時候因為經濟基礎等因素影響,所採用的方法都沒有廣泛適應性。

後期出現的「高水材料」成本過高、強度和耐久性不足、特別是沒有掌握礦山壓力規律,從根本上扭轉巷道維護困難的局面而沒有得到推廣。

1.1.2.我國典範

從20世紀90年代淮南礦業集團為了治理瓦斯,堅持實施科學創新開採。在袁亮院士帶領下,淮南在實現充填材料更新、充填工藝及裝備機械化的基礎上,成功的採用沿空留巷,實現了煤與瓦斯同採。在較好的解決了回採工作面推進上隅角瓦斯積聚以及在高應力區掘巷引發的瓦斯突出和瓦斯**事故的同時,把沿空留巷無煤柱開採推進到了乙個新的發展階段。

實踐證明,無煤柱開採方案實踐可有效地控制瓦斯**、衝擊地壓等相關事故的發生。通過對岩層運動和礦山壓力發展變化規律的研究,正確的進行巷道礦壓控制設計以及解決好巷道掘進和維護期間老塘透風問題,完全能夠控制原煤柱護巷方案產生的重大事故。在掌握了沿空留巷的內在本質的基礎上,西安科技大學惠興田課題組認真分析近年沿空留巷研究成果。

專注於及時和高強兩方面兼顧上上下功夫。在此基礎上研究並發明了封閉模鑄砌體結構。這種隔牆技術由於採用預製混凝土技術作為隔牆高強核心使得隔離牆具有早期高強度,以注漿技術的密閉和充填性作為支護的及時性可以保證砌體牆體既有嚴密的封閉性又能夠及時貼頂支護。

這種技術一次解決了現有混凝土隔牆技術無法解決的及時性和高強度問題。而且成本遠遠低於一般幫浦送混凝土的成本。

對沿空留巷具有代表意義的專利技術:發明3項:一種剛柔復合結構模板及其沿空留巷隔牆施工方法;可變彈性接頂模板及其施工方法;用於沿空留巷的綜合一體機及其施工方法。

實用新型2項:一種沿空留巷砌築隔離牆使用的復合模板;一種變形內胎模板。

1.2.無煤柱開採意義

減少巷道掘進量——緩解接續緊張;節約掘進費用——提高綜合經濟效益煤炭全部**——延長礦井壽命,

1.2.1.現實意義

減少巷道掘進量——緩解接續緊張;提高綜合效益

1.2.2.戰略意義

開發煤炭資源;提高煤炭**率推行無煤柱開採,不僅對生產礦井進行技術改造、緩和採掘關係和延長礦井壽命具有現實意義,而且也是使煤炭企業改善安全條件和技術經濟指標,增產、增盈減虧的主要途徑之一。

根據我國的實踐經驗和當前的技術水平,目前推行的無煤柱開採護巷分為沿空留巷、沿空掘巷、跨採和預採無煤柱護巷以及在採空區內形成巷道四種形式,其中沿空留巷這種無煤柱護巷方式如果實施技術方案合理的話在技術和經濟上有更多優越性,具有廣泛意義,因而對於條件適合的礦井都應當優先採用。

編輯本段1.3.無煤柱採礦經歷

上世紀60年代世界一些主要產煤國家為了達到少掘巷道、增加煤炭資源**率、增加生產的連續性和提高礦井的經濟效益目的,而採用往復式「z」形開採,前進式和後退式的工作面沿空留巷方法以實現無煤柱開採。對沿空留巷的礦壓顯現、適用條件、合理支護形式及新型支護材料等都進行了大量研究。在這方面做得較多的是前蘇聯、德國、英國、波蘭等國家。

這些發達國家非常重視這種一次性能源的開採。現在基本普及無煤柱開採。國外目前主要以無機有機混合結構形式結合鋼結構骨架實施沿空留巷隔牆。

我國上世紀70年代引進使用,那時候因為經濟基礎等因素影響,所採用的方法都沒有廣泛適應性。後期出現的「高水材料」成本過高、強度和耐久性不足、特別是沒有掌握礦山壓力規律,從根本上扭轉巷道維護困難的局面而沒有得到推廣。

我國從薄煤層到厚煤層,從緩傾斜煤層到急傾斜煤層,都已有沿空留巷的成功經驗。但是,在沿空留巷研究與應用中仍存在著不足之處,使得一些礦井在應用沿空留巷技術中沒有取得預期的效果,並限制了沿空留巷技術在我國更廣泛的推廣。

經過幾十年的發展,我國一些礦區在沿空留巷方面取得了可喜成績。一些礦井取得了非常客觀的經濟效益。沿空留巷技術正處在乙個急速起步的**時代。

2.沿空留巷技術現狀在幾十年的研究應用中,該領域的成功與失敗並存,我們分析這些經驗歸結如下:

編輯本段2.1.密集支架形式基本不可取

沿空留巷在上世紀研究初期基本上都是以支架形式完成。那時候各種支架形式的應用曾經解決過許多回採工作面的無煤柱採煤問題。但都是應用到一些採面地壓相對較小並且煤層賦存條件較好的無自然發火的低瓦斯礦井。

而且應用情況也不能令人滿意。

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