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淺埋煤層大采高綜放開采安全保障技術(shù)研究

文檔作者：石尚堯文檔來源：潞安新疆煤化工(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)技術(shù)處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月19日
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第17卷第3期(總第106期)
2012年6月
煤礦 開 采
Coal mining Technology
Vo1．17No．3 (Series No．106)
June 2012
■田番露弱疊程目
淺埋煤層大采高綜放開采安全保障技術(shù)研究
石尚堯
(潞安新疆煤化工(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)技術(shù)處，新疆哈密839003)
[摘要] 大采高綜放開采采空區(qū)空間范圍大，易積聚大量有毒有害氣體。針對(duì)柳塔礦工作面
上隅角CO超限和采空區(qū)CH 涌出不均衡的現(xiàn)象，詳細(xì)分析了原因，采取工作面上、下隅角掛設(shè)擋風(fēng)
簾、回風(fēng)巷設(shè)置臨時(shí)風(fēng)障、工作面安設(shè)導(dǎo)風(fēng)墻、封堵采空區(qū)地表裂縫、加快工作面推進(jìn)速度和優(yōu)化放
煤工藝等措施，有效地解決了工作面有毒有害氣體涌出異常的情況，保證了工作面的安全生產(chǎn)。
[關(guān)鍵詞] 淺埋煤層；大采高；綜放開采；瓦斯涌出；綜合防治
[中圖分類號(hào)]TD712．54 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1006—6225(2012)03—0030-03
Safety Guarantee Technology of Full-mechanized Caving M ining with
Large-mining——height in Shallow Buried Coal-seam
由于大采高綜放開采機(jī)械化程度的提高，煤體
破壞的范圍也隨之加大，造成破碎的煤體與氧氣的
接觸面積增大，導(dǎo)致氧化速度加快，釋放更多有毒
有害氣體。根據(jù)實(shí)際回采過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大
采高綜放開采比原設(shè)計(jì)的開采方法的瓦斯(CH )
和一氧化碳(CO)涌出量均有所增大。尤其是工
作面機(jī)頭和機(jī)尾的頂煤在移架過程中不能充分自然
垮落，導(dǎo)致該處頂煤滯留采空區(qū)，加快了煤體的低
溫氧化，同時(shí)使采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體在頂煤垮
落時(shí)被排出，使工作面有毒有害氣體增加。
1 工作面回采條件
1．1 工作面基本情況
12108回采工作面位于柳塔礦井田東部，為12
煤層?xùn)|部盤區(qū)第1個(gè)放頂煤工作面。煤層平均厚度
7．3m，傾角1～3。，密度1．32t／m ，工作面長(zhǎng)度
275m，推進(jìn)長(zhǎng)度978．5m，采煤方法為傾斜長(zhǎng)壁大
采高綜放開采，全部垮落法管理頂板?；夭晒に嚍?
“
一刀、分段、間隔、順序、一次全量加補(bǔ)放”。
工作面采用ZYF10200／25／42D電液控制液壓支架，
SL750采煤機(jī)割煤，割煤高度3．8m，放煤高度
3．5m，采放比1：0．92。由于煤體中硬，排頭支架
及過渡支架后方大塊煤多，容易導(dǎo)致自然發(fā)火。
1．2 工作面CO和CH 涌出不均衡
柳塔礦瓦斯等級(jí)鑒定為低瓦斯礦井，但由于煤
層特厚、工作面長(zhǎng)、大采高綜放開采強(qiáng)度大，導(dǎo)致
工作面回采時(shí)上隅角屢屢超限。12108工作面瓦斯
涌出具有很大的不均衡性。瓦斯涌出的地點(diǎn)主要集
中在上隅角和工作面機(jī)尾2個(gè)支架尾梁的上方。涌
出時(shí)間主要集中在2個(gè)作業(yè)工序上：一是移架時(shí)，
尤其移機(jī)尾2個(gè)支架時(shí)超限特別嚴(yán)重，達(dá)到每移必
超的地步；二是放煤時(shí)，頂煤體一旦松動(dòng)，大量瓦
斯解吸后涌人到回采空間。瓦斯每次超限持續(xù)時(shí)間
從數(shù)秒到數(shù)分鐘不等，嚴(yán)重時(shí)甚至1h以上。瓦斯
超限嚴(yán)重時(shí)，上隅角上幫濃度可達(dá)1．5％ ，下幫可
達(dá)1．2％ ，為此不得不加大礦井總回風(fēng)量，來稀釋
風(fēng)流中瓦斯。
瓦斯超限嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)，也給礦井通防管
理帶來了極大的隱患。由于工作面推進(jìn)速度慢，導(dǎo)
致采空區(qū)中CO濃度又偏高。伴隨工作面周期來
壓，采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體在頂煤垮落時(shí)被排
出，CO和CH 濃度隨之變化。當(dāng)頂板壓力增大
時(shí)，由于頂板垮落，采空區(qū)內(nèi)的高濃度氣體被沖
出，上隅角有毒有害氣體含量增大。根據(jù)觀測(cè)，
12108工作面周期來壓步距58．99m，當(dāng)工作面推
進(jìn)至40～60m左右時(shí)，上隅角CO濃度為0．002％
一0．006％ ，最高可達(dá)到0．008％，O：濃度降低到
18％左右，持續(xù)1—2天后，緩慢下降到0．004％
左右，0 濃度恢復(fù)至18％ ～19％。同時(shí)瓦斯涌出
也不均衡，在工作面放煤和移架時(shí)瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)較
大，最高可接近限值1．5％ 。圖1為工作面上隅角
CO和CH 濃度變化示意圖。
2 工作面安全隱患分析
2．1 上隅角CO超限原因
(1)頂煤垮落在大采高綜放開采技術(shù)條件
[收稿日期】2012—02—29
[基金項(xiàng)目]國(guó)家“十一五” 科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2008BAB36B11—03)
[作者簡(jiǎn)介]石尚堯(1965-)，男，山東德州人，工程師，現(xiàn)任潞安新疆煤化工(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)技術(shù)處主任工程師。
30
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石尚堯：淺埋煤層大采高綜放開采安全保障技術(shù)研究 2012年第3期
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(b)CO濃度變化
圖1 工作面上隅角CO和CH 濃度變化
下，由于一次采出煤體厚度大，煤體破壞的程度也
隨之加大，同時(shí)采空區(qū)留有一定厚度的遺煤，造成
破碎的煤體與氧氣的接觸面積增大，導(dǎo)致氧化速度
加快，所以，大采高綜放開采比相應(yīng)強(qiáng)度的大采高
開采方法CO涌出量更大。同時(shí)采空區(qū)內(nèi)的有毒有
害氣體在頂煤垮落時(shí)被排出，使工作面CO增加。
(2)漏風(fēng)12108工作面12煤層為I級(jí)易自
燃煤層，有自然發(fā)火傾向，加之放頂煤技術(shù)加大破
壞了煤體與氧的接觸面積，加速了煤體的氧化。并
且該工作面是神東礦區(qū)首次采用放頂煤開采的工作
面，采用“u”型通風(fēng)方式，漏風(fēng)的地點(diǎn)比較多。
漏風(fēng)大加劇了采空區(qū)遺煤的氧化速度，導(dǎo)致工作面
CO涌出量增大。
經(jīng)監(jiān)測(cè)，工作面漏風(fēng)主要有3種方式：采空區(qū)
漏風(fēng)；工作面的風(fēng)流通過采空區(qū)后面的聯(lián)巷漏風(fēng)；
工作面上方的地表裂縫漏風(fēng)，詳見圖2所示。
圖2 工作面漏風(fēng)示意
(3)采空區(qū)遺煤工作面機(jī)頭3架和機(jī)尾4
架的頂煤在移架過程中不能充分自然垮落，導(dǎo)致該
處頂煤滯留采空區(qū)，加快了煤體的低溫氧化。
(4)推進(jìn)速度慢工作面開采的12煤層為容
易自燃煤層，自燃發(fā)火期為45d。放頂煤開采工藝
條件下，導(dǎo)致工作面推進(jìn)速度慢，給遺煤提供足夠
的氧氣，增加了遺煤的發(fā)熱可能性。
2．2 采空區(qū)CH 涌出不均衡原因
(1)工作面移架 CH 密度小， 由于漏風(fēng)的
作用，采空區(qū)CH 很容易隨著風(fēng)流向采空區(qū)上部
漂移，并積聚在工作面上端頭后方的采空區(qū)內(nèi)，隨
著工作面的周期性前移，支架上方的頂板也周期性
垮落并充填采空區(qū)，將積聚的瓦斯擠出，造成CH
大量涌出。
(2)鄰近層CH 柳塔礦12煤層下方為近距
離的l3煤層，當(dāng)上部的12煤層工作面推過后，由
于采動(dòng)影響，下部13煤層煤體充分卸壓，透氣性
系數(shù)大幅度增加，垂向裂隙也充分發(fā)育，13煤層
卸壓CH 沿采動(dòng)裂隙流動(dòng)，涌出到上煤層采空區(qū)。
(3)放項(xiàng)煤涌出 放頂煤開采工藝下，放煤
過程中，支架上方的頂煤受擾動(dòng)充分卸壓，解吸后
的CH 沿卸壓面大量涌出，并隨放煤過程不斷被
擠出到工作面，造成風(fēng)流中的CH 含量大幅增加。
3 綜合治理措施
(1)工作面上、下隅角掛設(shè)擋風(fēng)簾 在工作
面上、下隅角附近掛風(fēng)簾，下隅角風(fēng)簾作用是導(dǎo)風(fēng)
減漏，上隅角是導(dǎo)風(fēng)稀釋CO。設(shè)置上隅角風(fēng)簾還
應(yīng)考慮回風(fēng)斷面，距煤壁留出適當(dāng)?shù)目臻g，一般為
300—500 mm。
(2)回風(fēng)巷設(shè)置臨時(shí)風(fēng)障 采取均壓措施，
在回風(fēng)巷距離工作面約50m處設(shè)置臨時(shí)風(fēng)障(預(yù)
留人員通行出入口)，調(diào)節(jié)工作面上隅角的風(fēng)流。
(3)工作面安設(shè)導(dǎo)風(fēng)墻 為了避免工作面風(fēng)
流在上隅角發(fā)生改變，在工作面上端頭前輸送機(jī)頭
外側(cè)位置安設(shè)導(dǎo)風(fēng)墻，不僅能夠有效封堵向采空區(qū)
及采空區(qū)聯(lián)巷密閉的漏風(fēng)，而且對(duì)上隅角的風(fēng)流起
到導(dǎo)向作用。
(4)封堵采空區(qū)地表裂縫 由于12108綜放
工作面埋藏淺，只有約100m左右，一次采出煤體
高度大，采空區(qū)上方地表不可避免出現(xiàn)大量裂縫，
若12煤層采空區(qū)與地表的裂縫相貫通，則存在漏
風(fēng)的危險(xiǎn)。所以要加強(qiáng)地表的觀測(cè)，對(duì)出現(xiàn)的裂縫
要及時(shí)封堵。
(5)加快工作面推進(jìn)速度加快工作面的推
進(jìn)速度，可以在采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火期間，減少與
氧氣的接觸，減緩氧化的速度。
(6)優(yōu)化放煤工藝，減少采空區(qū)丟煤積極
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