福城煤礦綜采工作面水淹降溫技術(shù)研究與實(shí)踐

福城煤礦綜采工作面水淹降溫技術(shù)研究與實(shí)踐

1工作面涌水量結(jié)果福城煤礦1901年大部分開采9號(hào)煤層，平均厚度為5.01m。煤層由北向南逐漸增大到52，平均為40，這是煤層的平均類型。工作面走向長(zhǎng)度為1988m,切眼傾斜長(zhǎng)94m,最大傾斜長(zhǎng)為196.4m,工作面采用綜合機(jī)械化開采方式,設(shè)計(jì)采高5m。工作面正常涌水量37m3/h,為保證工作面疏水需要,從1901S運(yùn)輸巷向1902S運(yùn)輸巷施工了1個(gè)直徑1.4m、長(zhǎng)度230m泄水鉆孔。1901S綜采面于2011年1月底初采,2011年11月份工作面42#支架處遇正斷層,6#~20#架傾角46°,托頂煤開采,12月8日早班,工作面10#~35#支架多處CO超限,13#~14#支架頂部出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象,經(jīng)過打鉆注氮、注水措施效果不明顯,回風(fēng)流CO濃度最高達(dá)3080×10－6,為此及時(shí)對(duì)工作面實(shí)施了封閉。2自然觸發(fā)的原因和處理2.1中頂煤壓碎冒落現(xiàn)象1901S工作面由于斷層影響,42#以下支架上方賦存頂煤,且傾角大,開采過程中頂煤壓碎冒落,最高達(dá)1~5m,為防止冒落帶上行擴(kuò)展,采用瑪麗散材料充填加固,但由于工作面傾角過大、冒落高度大,且針對(duì)瑪麗散材料熱效應(yīng)的降溫措施不徹底,引起頂部大量破碎煤體熱量積聚,周圍煤體升溫,導(dǎo)致局部區(qū)域發(fā)火,CO氣體超限。2.2防滅火技術(shù)應(yīng)用1)治理難點(diǎn)。①工作面上方頂煤破碎、冒落,漏風(fēng)嚴(yán)重,很難封閉治理;②工作面上方高溫區(qū)域較多,整體治理難度較大;③由于工作面煤層傾角大且大采高,滅火難度較大,用水、灌漿等防滅火技術(shù)效果較差［1］。2)治理過程。工作面發(fā)火及治理示意圖如圖1。綜合論證不同的治理技術(shù)的適用性及經(jīng)濟(jì)性［1－2］,對(duì)工作面火區(qū)采取封閉水淹降溫的方法進(jìn)行治理,利用1901S與1902S之間泄水孔,于1902S面下巷設(shè)置水閘墻,形成密閉區(qū),密閉區(qū)注水工作從2012年1月14日開始,至1月29日共注水9.1萬m3,注水面標(biāo)高為+950m,1902S面下巷水閘墻承壓1MPa,根據(jù)水壓計(jì)算水面標(biāo)高淹至41#支架處。3恢復(fù)礦井安全監(jiān)測(cè)工作面水淹封閉2個(gè)月后,密閉內(nèi)未檢測(cè)到CO、CH4、C2H4等氣體,O2濃度降到5%以下后,實(shí)施縮封及啟封措施。在啟封過程中巷道無冒頂現(xiàn)象,無高溫區(qū)域,CO及C2H4氣體檢測(cè)無異常,同時(shí)恢復(fù)通風(fēng)、排放瓦斯,恢復(fù)井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)施,對(duì)打開區(qū)域進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。啟封工作至水淹面上方(42#支架處)后,對(duì)煤巖及采空區(qū)后方進(jìn)行溫度探測(cè)及氣體檢測(cè),探溫鉆孔位于工作面41#與42#支架之間向上以及采空區(qū)后方方向,鉆孔深度3m,選用紅外測(cè)溫儀探測(cè)鉆孔內(nèi)工作面上方煤巖溫度以及采空區(qū)內(nèi)溫度,測(cè)出最高溫度分別為18.3℃和16.6℃,與正?；夭善陂g工作面溫度相近,且氣體無異常,由此分析,此時(shí)水淹區(qū)上部采空區(qū)3m范圍內(nèi)的溫度不存在異常,進(jìn)行正常的排水啟封工作,排水期間同時(shí)實(shí)施防復(fù)燃措施。4工作面復(fù)燃及采空區(qū)注氮因工作面啟封后期的清理、檢修及維護(hù)工作時(shí)間較長(zhǎng),工作面42#支架以下上方及后方破碎遺煤量大,且經(jīng)過水淹處理后的煤體易自燃,為防止工作面火區(qū)復(fù)燃及采空區(qū)出現(xiàn)新的自燃地點(diǎn),在此期間實(shí)施支架后壓注高分子膠體、上下端頭封堵以及后續(xù)的采空區(qū)連續(xù)注氮的綜合防復(fù)燃措施,主要對(duì)原發(fā)火區(qū)域及易自燃區(qū)域進(jìn)行堵漏、降溫及隔離,減少上端頭的漏風(fēng)量,并對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注氮惰化［3］。4.1鉆孔注膠注膠1)鉆孔布置。工作面支架后實(shí)施徹底防復(fù)燃措施,主要是對(duì)工作面下端頭至42#架后方采空區(qū)遺煤進(jìn)行徹底的封堵,以及工作面上隅角至42#支架的膠體堵漏。具體鉆孔布置為:上隅角至55#支架每隔10架向架間采空區(qū)方向打平鉆3~5m;40#與55#支架每3架向采空區(qū)方向鉆孔深度5m;40#支架以下至進(jìn)風(fēng)巷每架間實(shí)施1個(gè)鉆孔,高位鉆孔與平鉆相間布置,鉆孔深度為5~7m,其中12#~20#支架每架架間布置平鉆、45°或60°各1個(gè)。長(zhǎng)鉆孔通過后尾梁或者架間空隙向采空區(qū)方向?qū)嵤?45°或60°高位鉆孔從架前向支架上部實(shí)施。工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)形成以后,隨著水面下降,逐次向下巷實(shí)施鉆孔并注膠。2)高分子膠體壓注。根據(jù)1901S傾角大、大采高及采空區(qū)冒落嚴(yán)重的特點(diǎn),選用具有堵塞煤層縫隙,包裹高溫煤體,隔絕氧氣,降低煤溫作用的高分子膠體材料［4］進(jìn)行封堵處理,該材料由滅火劑(MCJ12)和水按比例混合而成。高分子膠體主要作用原理是固水降溫,固結(jié)流動(dòng)的水,充分發(fā)揮水的降溫作用,成膠過程是吸熱反應(yīng),可以吸收大量的熱,該材料還具有滲透和堵漏性,能滲透到煤層縫隙中,堵住漏風(fēng)通道,并有通用阻化劑性能以及熱穩(wěn)定性,在超過1000℃的高溫下不熔化、不破裂,仍能保持完好,在用于撲滅煤火時(shí),不會(huì)急劇產(chǎn)生大量的水煤汽而惡化工作環(huán)境或發(fā)生爆炸,而且成膠時(shí)間可控,便于針對(duì)不同發(fā)火情況和現(xiàn)場(chǎng)使用工藝對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)［5］。膠體壓注設(shè)備采用ZHJ-3/0.8G礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置,鉆孔施工采用KHY-38/26防滅火鉆孔快速施工技術(shù)及工藝裝備［6］,該技術(shù)的鉆桿和套管采用一體化設(shè)計(jì),鉆頭有效斷面大于內(nèi)徑為32mm的套管,鉆孔施工完成后,可直接連管注漿滅火,減少了施工工序,且避免了塌孔,膠體壓注工作隨工作面排水工作自上隅角鉆孔開始向工作面下巷有序進(jìn)行,壓注過程中高分子滅火劑和水的比例質(zhì)量百分比為1.5%。4.2貼頂護(hù)幫、擋風(fēng)墻當(dāng)工作面上端實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)以后,在上隅角壘砌矸石袋或沙袋墻,寬度緊貼支架護(hù)幫和煤壁、高度貼頂、寬1.0m以上,并在墻外掛擋風(fēng)簾;下隅角清理貫通后進(jìn)行封堵,并對(duì)上下端頭封堵墻內(nèi)注入高分子膠體,減少采空區(qū)漏風(fēng),其中上隅角鉆孔注膠覆蓋體積為45m3左右。4.3控制采空區(qū)內(nèi)浮煤的燃燒在啟封后對(duì)運(yùn)輸巷采空區(qū)內(nèi)鋪設(shè)注氮管路,生產(chǎn)過程中及時(shí)注氮,降低采空區(qū)內(nèi)原火區(qū)及易自燃區(qū)域的氧濃度,進(jìn)一步防治采空區(qū)內(nèi)浮煤復(fù)燃及新的自燃危險(xiǎn)。5高分子膠體注入?yún)^(qū)截止工作面正常生產(chǎn),1901S工作面共打鉆孔68個(gè),有效鉆孔61個(gè),打入采空區(qū)鉆桿總長(zhǎng)度為402m。其中40#支架以上鉆孔數(shù)量為13個(gè),進(jìn)入架后采空區(qū)4m左右;40#支架以下鉆孔數(shù)量為48個(gè),進(jìn)入架后采空區(qū)6.5m左右。40#支架以下采空區(qū)遺煤較多,尤其是10#~16#支架之間采空區(qū)后方易復(fù)燃區(qū)域,自燃危險(xiǎn)性大,鉆孔比較集中,也是高分子膠體注入的主要位置,可以有效地防止復(fù)燃。截止工作面正常生產(chǎn),共注入高分子膠體400m3,由于工作面傾角較大(30°~52°),工作面上方注入的膠體部分可流入工作面下方,覆蓋于浮煤上方,堵漏及防復(fù)燃效果顯著。高分子膠體壓注及上下隅角堵漏之后,工作面上隅角CO濃度平均在10×10－6左右,啟封后1月內(nèi)工作面架間未檢測(cè)到CO氣體,無復(fù)燃現(xiàn)象。啟封后進(jìn)行正常生產(chǎn),并實(shí)施正常的采空區(qū)注氮防滅火措施,采空區(qū)氣體檢測(cè)正常,無自燃危險(xiǎn)。6碎頂煤時(shí)降溫措施不徹底1)根據(jù)對(duì)綜采面發(fā)火原因分析可以看出,導(dǎo)致發(fā)火的主要原因是由于工作面在大傾角、大采高條件下,工作面推進(jìn)速度慢,使用發(fā)熱材料充填加固破碎頂煤時(shí),降溫措施不徹底,因此,在使用發(fā)熱材料充填加固時(shí)應(yīng)做好徹底的降溫措施。2)在制