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頂板全垮落法短壁連采采空區(qū)通風(fēng)實(shí)測(cè)研究

文檔作者：王世棟文檔來(lái)源：中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)公司榆家梁煤礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月23日
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34
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management
2013年第38卷第2期
Vo1．38 No．2
doi：lO 39696．issn 1672-9943．2013．02．013
頂板全垮落法短壁連采采空區(qū)通風(fēng)實(shí)測(cè)研究
王世棟
(中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)公司榆家梁煤礦，陜西神木719315)
[摘要] 為驗(yàn)證神東礦區(qū)榆家梁礦頂板全垮落法開采42209短壁連采工作面采空區(qū)通風(fēng)的
可行性．通過(guò)實(shí)測(cè)頂板垮落結(jié)構(gòu)、采空區(qū)內(nèi)的氣體成分變化和溫度變化、回采采硐
內(nèi)、回風(fēng)巷中的氣體成分、采空區(qū)浮煤自燃分析，論證采空區(qū)通風(fēng)的可行性，為全部
垮落連采方法的通風(fēng)安全可靠性提供實(shí)測(cè)依據(jù)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，頂板垮落后在采空
區(qū)形成的直接頂懸頇距，為風(fēng)流順暢通過(guò)采空區(qū)提供了可靠的空問(wèn)保證，經(jīng)采空區(qū)
至回風(fēng)流中的各項(xiàng)通風(fēng)參數(shù)指標(biāo)均大大優(yōu)于《煤礦安全規(guī)程》的要求。采空區(qū)浮煤
處于散熱帶，煤層不會(huì)自燃，短壁連采工作面采空區(qū)通風(fēng)的安全性是可靠的。
[關(guān)鍵詞] 全部垮落法短壁機(jī)械化回采；全負(fù)壓通風(fēng)；采硐掘進(jìn)；氣體成份；溫度探測(cè)
[中圖分類號(hào)]TD723[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1672_9943(2013)02 034 3
0 引 言
榆家梁礦屬于低瓦斯礦井，瓦斯體積分?jǐn)?shù)
0．02％，二氧化碳絕對(duì)涌出量0．25 m3／min。掘進(jìn)及
回采通風(fēng)采用系統(tǒng)負(fù)壓通風(fēng)與局部通風(fēng)機(jī)正壓通
風(fēng)相結(jié)合的方式通風(fēng)，靠近工作面的聯(lián)巷擋風(fēng)墻
以外為系統(tǒng)風(fēng)流通風(fēng)；靠近工作面擋風(fēng)墻至工作
面為局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，擋風(fēng)墻滯后工作面不得超
過(guò)2個(gè)聯(lián)巷(不大于100 m)，局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)距
離最大不超過(guò)1 000m。
1 工作面通風(fēng)概況
榆家梁煤礦42209工作面的通風(fēng)方式為全礦
井負(fù)壓通風(fēng)配合局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)的混合通風(fēng)方
式?；夭刹身蟽?nèi)的通風(fēng)采用一進(jìn)兩回的方式，一個(gè)
支巷進(jìn)風(fēng)，另外兩個(gè)支巷回風(fēng)。42209工作面通風(fēng)
簡(jiǎn)圖如圖1所示。
1．風(fēng)簾；2．輔助運(yùn)輸巷道；3．5．8．9．11．支巷；4．中間聯(lián)巷；6．邊界煤柱；
7．采空區(qū)；10、風(fēng)筒；11．風(fēng)門
圖1 42209工作面通風(fēng)簡(jiǎn)圖
現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)用證明該通風(fēng)方式是可行的，
在支巷頂板、支巷與聯(lián)絡(luò)巷的聯(lián)絡(luò)處、支巷與輔運(yùn)
巷的連接處等瓦斯及有害氣體容易積聚的地方設(shè)
置了2臺(tái)瓦斯監(jiān)測(cè)儀、2臺(tái)一氧化碳監(jiān)測(cè)儀。通過(guò)
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在正常的回采作業(yè)過(guò)程中瓦斯體
積分?jǐn)?shù)均不超過(guò)煤礦安全規(guī)程的要求，完全滿足
工作面的通風(fēng)的要求。
2 連采通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案
為測(cè)定采空區(qū)的氣體成分含量、瓦斯含量、溫
度等，論證采空區(qū)通風(fēng)的可行性，保證正常安全生
產(chǎn)，進(jìn)行了采空區(qū)內(nèi)氣體的束管監(jiān)測(cè)、回風(fēng)巷中氣
體采集以及采硐中的氣體采集和分析，該過(guò)程運(yùn)
用氣體的束管檢測(cè)系統(tǒng)_1l。
(1)采空區(qū)氣體束管監(jiān)測(cè)方案。在第一區(qū)段
安設(shè)束管并在外圍設(shè)置抽氣泵，對(duì)采空區(qū)氣體組
分進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？偣苍O(shè)定4個(gè)測(cè)點(diǎn)采集氣體樣本并
進(jìn)行溫度的測(cè)定，回采期間對(duì)4個(gè)測(cè)點(diǎn)的氣體分
別收集測(cè)定。測(cè)點(diǎn)具體布置如圖2中測(cè)區(qū)I、Ⅱ、
Ⅲ 、IV所示
1．回風(fēng)巷(膠運(yùn)巷)；2．4．支巷；3．輔運(yùn)巷
圖2 采空區(qū)氣體采集點(diǎn)布置圖
將收集氣體的進(jìn)氣端頭安設(shè)束管探頭并用密
集鋼網(wǎng)包裹，保證不被采空區(qū)垮落的矸石堵死；同
2013年4月
Feb．，2013 王世棟頂板全垮落法短壁連采采空區(qū)通風(fēng)實(shí)測(cè)研究 35
時(shí)將收集氣體端插入采空區(qū)垮落矸石的空穴中，
以利于氣體進(jìn)入進(jìn)氣口。
(2)回風(fēng)流氣體組份檢測(cè)。在回采區(qū)段的回‘
風(fēng)巷道即膠運(yùn)巷內(nèi)的風(fēng)流中隨機(jī)抽樣采集氣體，
分析風(fēng)流中的氣體組成成份，論證風(fēng)流經(jīng)過(guò)采空
區(qū)后至回風(fēng)流中仍是安全的。
(3)采硐內(nèi)氣體組分監(jiān)測(cè)。在回采支巷兩邊
的煤柱過(guò)程中，隨機(jī)采集采硐內(nèi)的氣體，分析其組
分和濃度，判斷盲巷掘進(jìn)是否滿足安全要求。
(4)采空區(qū)內(nèi)溫度探測(cè)。在采空區(qū)內(nèi)布置4
個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)(分別在采空區(qū)的4個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi))，安置
溫度傳感器，監(jiān)測(cè)在回采期間、回采完成后的采空
區(qū)內(nèi)溫度變化情況。
3 采空區(qū)頂板結(jié)構(gòu)與通風(fēng)通道
如圖1所示，新鮮風(fēng)流沖洗工作面采硐后要
經(jīng)過(guò)采空區(qū)才能到達(dá)回風(fēng)支巷并返回膠運(yùn)回風(fēng)平
巷，要保證整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)有適量的風(fēng)量與風(fēng)速，采
空區(qū)已冒落矸石與回采采硐煤壁間必須要有足夠
的通風(fēng)空間，此空間大小是由工作面頂板賦存條
件、回采引起的支承壓力大小共同決定的[ 。
工作面直接頂巖性為灰色、淺灰色泥巖，泥質(zhì)
結(jié)構(gòu)，水平層理及微波狀層理，具滑面，整體性較
強(qiáng)，厚度6．1 m；老頂為細(xì)沙巖，淺灰色，中厚層，泥
質(zhì)膠結(jié)，水平及波狀層理，厚度3．69 1TI以及覆層
其上的2．75 ITI的泥巖粉砂巖互層。
經(jīng)礦壓觀測(cè)及理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)：6．1 in的泥巖冒
落過(guò)程中實(shí)際上是分為兩層冒落的，下部約1．8 m
首先冒落且顏色呈灰白色，其上的4．3 m黑色泥
巖懸到一定跨度后再隨后冒落，因此將6．1 m的
泥巖直接頂分為兩層來(lái)考慮。各層的初次垮落步
距與周期懸頂步距如表1所示。
表1 直接頂各巖梁運(yùn)動(dòng)步距
由表1可見，頂板運(yùn)動(dòng)時(shí)各頂板巖層均有一
定的懸頂距，直接覆蓋在煤層上方的直接頂懸頂
距可達(dá)15．81 m，考慮回采引起的支承壓力作用
和實(shí)際井下觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際懸頂距均不小于5 m，
如圖3所示，這充分保證了回采工作面的通風(fēng)通
道。
巖性 厚度／硼 可靠的通風(fēng)通
巖粉砂巖互層j 2．75 廠——
f 廠———～～ 一 一 細(xì)砂巖 3．
69
- 』／
泥巖 f ～ ～ ～
泥巖
42煤 4． ■ ■ 蠢蒜鏊薷 零薹溷
12 l3 14
12、13、14一各回采支巷名稱
圖3 頂板冒落后形成的通風(fēng)通道
4 采空區(qū)內(nèi)氣體采集及化驗(yàn)結(jié)果
(1)采空區(qū)的氣體監(jiān)測(cè)分析。根據(jù)監(jiān)測(cè)的要
求分別在14支巷的盡頭附近(1測(cè)點(diǎn))、11支巷的
盡頭附近(II測(cè)點(diǎn))、l2支巷的中間聯(lián)巷附近(III
測(cè)點(diǎn))、13支巷的與輔運(yùn)巷的交接位置等4處提
前布置氣體收集探頭，通過(guò)束管引到采空區(qū)外的
輔運(yùn)巷中，利用抽氣泵將采空區(qū)的氣體抽到氣囊
中，然后送到地面氣體成分分析室進(jìn)行化驗(yàn)，對(duì)比
了其他非采空區(qū)通風(fēng)的工作面的氣體成分。
通過(guò)3個(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：試驗(yàn)區(qū)域全垮
落法連采時(shí)采空區(qū)內(nèi)的氣體中不含有乙炔、乙烯、
乙烷，瓦斯最大體積分?jǐn)?shù)為0．002 2％，一氧化碳
體積分?jǐn)?shù)最大為0．001 8％，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)最
大為0．257 4％，氮?dú)庾畲篌w積分?jǐn)?shù)為80．592 8％，
氧氣最低體積分?jǐn)?shù)為18．128 O％。采空區(qū)中有害氣
體的含量非常低，完全滿足通風(fēng)安全要求。因此，
從氣體成分上來(lái)分析，利用采空區(qū)通風(fēng)是安全的。
(2)采硐內(nèi)氣體采集及化驗(yàn)結(jié)果。將束管探
頭安裝在連采機(jī)的截齒上，利用抽氣泵分別抽取
實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)各個(gè)支巷的左翼采硐內(nèi)和右翼采硐盡頭
處的氣體，然后送到地面進(jìn)行分析。
3個(gè)月的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析表明：采硐內(nèi)瓦斯最
大體積分?jǐn)?shù)為0．001 2％，一氧化碳最大體積分?jǐn)?shù)
為0．000 6％，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)最大為0．159 1％，
氮?dú)庾畲篌w積分?jǐn)?shù)為78．733 l％，氧氣最低體積
分?jǐn)?shù)為20．130 8％。可知，由煤體內(nèi)散發(fā)出來(lái)的有
害氣體成分少且含量低，隨著風(fēng)流都被吹走，采硐
內(nèi)的有害氣體濃度極低，滿足安全要求，氧氣體積
分?jǐn)?shù)也滿足安全要求。因此，可以證實(shí)，盲巷掘進(jìn)
和回采是安全的。
(3)回風(fēng)巷中的氣體采集及化驗(yàn)結(jié)果。利用
氣體采集儀收集連采膠帶運(yùn)輸巷(回風(fēng)巷)中的氣
體，即乏風(fēng)，然后送至地面進(jìn)行化驗(yàn)。
數(shù)據(jù)分析表明：回風(fēng)流中瓦斯最大體積分?jǐn)?shù)
能源技術(shù)與管理
36 Energy Technology and Management
2013年第38卷第2期
V01|38 No．2
為0．002 2％、平均為0．000 9％ ，一氧化碳體積分
數(shù)最大為0．001 8％、平均為0．000 7％，二氧化碳體
積分?jǐn)?shù)最大為0．236 7％、平均為0．191 6％，氮?dú)庾?
大體積分?jǐn)?shù)為80．592 8％、平均為78．990 3％，氧
氣最低體積分?jǐn)?shù)為18．128 O％、平均為19．543 9％，
在3個(gè)月的全部數(shù)據(jù)中無(wú)一數(shù)據(jù)超標(biāo)。根據(jù)數(shù)據(jù)
可以看出，在整個(gè)回采過(guò)程中該礦井的有害氣體
的含量很少，遠(yuǎn)低于煤礦安全規(guī)程的上限要求 ]。
可以得出連采時(shí)回風(fēng)巷內(nèi)的有害氣體體積分?jǐn)?shù)極
低，滿足安全要求，氧氣體積分?jǐn)?shù)也滿足安全要
求。
(4)采空區(qū)內(nèi)的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果。在采空區(qū)的4
個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)，安置溫度探頭，在輔運(yùn)巷中利用溫度測(cè)
試儀進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果為：在回采期間測(cè)點(diǎn)
處的溫度最大值為15-5 ，最低值為11．3 oC，平
均溫度基本穩(wěn)定在1 1．8 左右。
5 采空區(qū)自燃發(fā)火危險(xiǎn)性分析
煤炭自燃需要具備4個(gè)條件：①具有自燃傾
向煤破碎狀堆積，厚度大于0．4 m；②連續(xù)的供氧；
③有較好的儲(chǔ)熱條件；④前邊3個(gè)條件共存時(shí)間
大于煤的自然發(fā)火期 。在該工作面中采用區(qū)段
無(wú)煤柱技術(shù)，基本沒(méi)有大塊煤柱的存在，可能產(chǎn)生
的浮煤來(lái)自于巷道的頂部0．25 m煤層和工作面
開采后遺留的小部分煤塊，但它們的堆積厚度均
小于0．4m；
采空區(qū)遺留煤自燃可劃分為三帶：散熱帶、氧
化自燃帶、窒息帶 ]。該試驗(yàn)區(qū)域面積長(zhǎng)度為90 m
左右，寬為100 m左右，開采完該區(qū)域大約需要3
周的時(shí)間，開采工期遠(yuǎn)小于煤的自燃發(fā)火期，且開
采過(guò)程中冒落的巖石呈松散狀態(tài)、空隙大、漏風(fēng)強(qiáng)
度大，利于帶走積聚的熱量，遺留煤雖接觸氧氣但
是周圍的溫度低，因此在開采過(guò)程中采空區(qū)范圍
均屬于散熱帶陋]。在開采過(guò)程結(jié)束后采取在運(yùn)輸
巷口施工防火密閉進(jìn)行隔絕空氣，以此來(lái)進(jìn)一步
阻止采空區(qū)自然發(fā)火情況的發(fā)生，完全能夠達(dá)到
防止浮煤氧化自然發(fā)火的目的，實(shí)際的運(yùn)用結(jié)果
也表明這種做法是安全、可行的。
根據(jù)升溫率指標(biāo)可將采空區(qū)可能自然發(fā)火區(qū)
域劃分為三個(gè)分帶：低溫不自燃帶、可能自燃帶、
窒息帶 。在回采期過(guò)后溫度的變化表明該采空
區(qū)全部位于低溫不自燃帶內(nèi)。采空區(qū)內(nèi)雖然有少
量的煤但是由于溫度低，密閉隔離了浮煤與外界
氧氣的接觸，因此不能構(gòu)成氧化自然熱量積聚的
條件，所以采空區(qū)內(nèi)的浮煤是不會(huì)自燃的，因此也
可以得出開采完成后的采空區(qū)內(nèi)部不會(huì)有自然發(fā)
火的危險(xiǎn)。
6 結(jié)論
通過(guò)在榆家梁礦連采試驗(yàn)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和
安全性分析，可以得到以下主要結(jié)論：①采用采空
區(qū)提前預(yù)埋束管的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和溫度傳感器在
線監(jiān)測(cè)的方式，可以在保證監(jiān)測(cè)人員安全的情況
下更加準(zhǔn)確地了解采空區(qū)內(nèi)部的氣體成分和溫度
變化信息，為分析采空區(qū)通風(fēng)安全性提供準(zhǔn)確的
依據(jù)。②在榆家梁礦煤層頂板條件下，短壁連采全
部垮落法管理頂板在采空區(qū)總是有不少于5 m的
直接頂懸頂，保證采空區(qū)有足夠的通風(fēng)通道和斷
面大小，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)風(fēng)流的連續(xù)性，為采用負(fù)壓通
風(fēng)和局扇混合通風(fēng)提供了可靠的前提條件。③ 3
個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，采用短壁連采全垮落
法管理頂板采空區(qū)通風(fēng)方式后，采空區(qū)內(nèi)、采硐
內(nèi)、回風(fēng)流中的氣體成分均滿足煤礦安全規(guī)程的
要求，氣體中各組份與綜采面回風(fēng)流中的氣體成
分相比并無(wú)差別，說(shuō)明了采空區(qū)通風(fēng)方式在榆家
梁礦短壁連采技術(shù)中的應(yīng)用是可行、可靠的。
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大學(xué)出版社，2001
[作者簡(jiǎn)介]
王世棟(1980一)，男，工程師，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)采
礦] 程專業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦副總
工程師，從事礦井安全生產(chǎn)技術(shù)管理工作。
『收稿日期：2012—10—25]

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