CN106014480B - 一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法 - Google Patents

Abstract

一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，适用于具有自燃倾向性、单一厚煤层、瓦斯涌出量大的综放工作面瓦斯与煤自燃灾害的协同治理，通过在工作面进、回风顺槽喷涂高分子堵漏风材料形成堵漏风系统；回采过程中，回风顺槽侧交错布置高位钻孔和注浆孔，并保持高位钻孔与注浆孔之间布置合理错距形成瓦斯抽放与注浆系统；工作面相关位置建立监测预警系统，随时监测工作面安全状态，各系统相互协调工作，达到单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃灾害的协同治理目的。本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，科学有效、简单易行、不耽误生产，能够保证工作面的快速、高效开采。

Description

一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯与煤自燃耦合防治领域，尤其涉及一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法。

背景技术

我国煤炭产量巨大，2015年累计产量37亿吨左右，在我国未来“十三五”规划中，煤炭仍将作为我国的主题能源，占比超过50%。我国煤矿开采条件复杂，各灾害频发，其中较突出的灾害就是瓦斯灾害与煤自然发火灾害，随着矿井开采深度以及开采强度的增大，矿井面临瓦斯灾害与煤自燃灾害的耦合问题，当工作面瓦斯与煤自燃共存时，极大地威胁着矿井的安全生产。对于单一厚煤层综放工作面，如唐口煤矿的630采区，该采区埋深687～1105m，主采3上煤层厚度为1.34～10.25 m，平均厚7.51 m，工作面采高平均3 m，采放比大，采空区后部遗煤量较大，加之瓦斯涌出量大，在该类工作面开采时，既要考虑瓦斯抽排，又要兼顾漏风控制防治自燃火灾，成为高瓦斯近距离煤层采空区瓦斯和煤自燃灾害矿井实现安全生产的难题，对该类工作面的耦合灾害防治问题，国内外研究相对较少。

对于单一厚煤层综放采空区瓦斯与煤自燃灾害之间的关系为：

（1）从两种灾害的特性来看，瓦斯灾害的发生需要瓦斯、氧气和引火源这三者共同作用，其中瓦斯与氧气在采空区中是客观存在的，而引火源在采空区内部主要来源于煤自燃。

（2）从两种灾害的发生过程来看，瓦斯是达到条件迅速爆炸，而煤自燃的发生发展需经历一段时间，控制瓦斯灾害更为严峻。虽然采空区瓦斯与煤自燃复合灾害的防治焦点在于控制采空区煤自燃，杜绝瓦斯爆炸引火源，但防治重点是瓦斯，因为若重点控制采空区煤自燃，虽能避免采空区瓦斯爆炸但一定程度影响了瓦斯治理，可能造成瓦斯涌入工作面，增加工作面瓦斯爆炸危险性。

中国发明专利201510161958.3公开了一种高瓦斯近距离煤层采空区瓦斯与煤火协同防治技术，包括如下步骤 ：确定采空区瓦斯与煤火灾害防治的关键区域 ；在工作面头、中、尾、上、回，进风巷，回风巷，回风巷中段中设定瓦斯检测点 ；确定进风量 ；在 301工作面高位抽放巷起坡至三采回风上山开门 ；在矿井回风井附近建立灌浆泵站，管道经由总回风巷、三采区回风上山、301 工作面回风顺槽，进入采空区，构成灌浆防灭火系统 ；建立一系列的防治应急技术措施，本发明实现了 301 综采工作面安全高效生产，但此方案针对的是近距离煤层下分层安全开采问题提出，上下煤层之间漏风、本工作面回采等综合因素导致灾害产生，其方案不适合煤层厚度大，一般超过6.0 m，甚至可达到10 m；埋深大，达到-900 m以上；周围没有采空区或者上下分层没有开采完煤层，由于自身煤层开采导致的灾害的发生。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，针对耦合灾害发生的重点危险区域，通过间隔设置高位钻孔和注浆钻孔，防止了高位钻孔瓦斯抽放设置不合理导致的煤体自燃危险，从而杜绝了耦合灾害发生的危险，不需要单独进行工作面停产处理，能够保持工作面的高效安全开采，并能达到两种灾害之间协同治理的效果。克服现有技术中由于煤自燃与瓦斯灾害防治的矛盾性，加之瓦斯抽放钻孔是简单易行的瓦斯防治手段，将瓦斯灾害治理的高位钻孔瓦斯抽放与防灭火两者进行了协同改进，达到协同治理的目的。

本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，主要通过巷道喷涂堵漏系统、瓦斯抽放系统、注浆系统和气体监测预警系统实现，通过在工作面正常开采过程中保持工作面进、回风顺槽往外300 m距离巷道外侧和顶部喷涂高分子密封材料；工作面回风顺槽侧间隔布置高位钻孔瓦斯抽放钻场和防灭火注浆钻场，两者保持合理间距，设置合理瓦斯抽放流量和防灭火注浆量，抽放高浓度瓦斯气体并对冒落的遗煤及时覆盖，阻隔煤体进一步氧化；在喷涂后的工作面顺槽临空侧建立气体观测系统，结合工作面中段、回风隅角位置处设定CO检测点，工作面回风隅角位置处设置瓦斯检测点以及监测工作面回风隅角侧采空区内温度的束管监测系统，共同构成气体监测预警系统，当发生险情时，及时做出预处理，防止工作面开采危险。

更为具体的，实现的步骤为：

a、沿工作面进、回风顺槽工作面外侧和巷道顶喷涂高分子密封材料，喷涂距离为工作面前方300 m，随着工作面的推进不断向外延伸；在喷涂后的工作面顺槽临空侧建立气体观测系统；

b、工作面正常回采过程中，工作面中段、回风隅角位置处设定CO检测点，工作面回风隅角位置处设置瓦斯检测点，并利用工作面束管监测系统，监测工作面回风隅角侧采空区内温度；

c、工作面正常回采过程中，工作面回风顺槽侧间隔布置高位钻孔瓦斯抽放钻孔和防灭火注浆钻孔，设置合理瓦斯抽放流量和防灭火注浆量两钻孔平行设置，其中注浆钻孔下套管，终孔位置为瓦斯抽放的下限，瓦斯抽放钻孔进入抽放下限后，改抽放钻孔为注浆钻孔，停用原注浆钻孔，开启下一组瓦斯抽放钻孔，如此循环进行；

d、在工作面正常开采过程中，保持对工作面监测，检测点瓦斯浓度超过1％时，应立即停止作业，作业人员迅速撤离到安全地点，关闭注浆泵，保持瓦斯抽放泵开启，瓦斯浓度小于0.8％时才能恢复生产；

e、在工作面正常开采过程中，保持对工作面监测，检测点CO浓度超过24 ppm时；应立即停止作业，作业人员迅速撤离到安全地点，关闭瓦斯抽放泵站，保持注浆泵站开启，待CO浓度小于24 ppm才能恢复生产。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，针对耦合灾害发生的重点危险区域，通过间隔设置高位钻孔和注浆钻孔，防止了高位钻孔瓦斯抽放设置不合理导致的煤体自燃危险，从而杜绝了耦合灾害发生的危险，不需要单独进行工作面停产处理，能够保持工作面的高效安全开采，并能达到两种灾害之间协同治理的效果。克服现有技术中由于煤自燃与瓦斯灾害防治的矛盾性，加之瓦斯抽放钻孔是简单易行的瓦斯防治手段，将瓦斯灾害治理的高位钻孔瓦斯抽放与防灭火两者进行了协同改进，达到协同治理的目的。

附图说明

附图1是本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法的耦合灾害危险区域发生区域示意图。

附图2是本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法的顺槽喷涂位置示意图。

附图3是本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法的顺槽临空侧气体观测系统示意图。

附图4是本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法的高位钻孔瓦斯抽放钻孔与注浆钻孔布置示意图。

具体实施方式

如图1所示，对单一厚煤层综放工作面，其瓦斯涌出主要为本开采工作面采空区及邻近层，不存在上下部瓦斯涌出作用的影响，由于abfe区域靠近工作面，受顶板垮落及回转作用的影响，顶板触矸对采空区后部空间有支撑作用，此位置处的冒落矸石尚处于自然堆积状态，遗煤蓄热条件不好，热量不被积聚，并不发生容易自燃；随着深入采空区距离的增加，abgh区域冒落矸石相对压实，能够为遗煤自燃提供充足的O2浓度，蓄热条件较好，受采空区漏风流场作用的影响，采空区内CH4浓度并不是均匀分布，而是呈现efcd区域所示的形态，efcd区域和abgh区域之间相互叠加，即abcd区域内同时存在着瓦斯浓度场以及遗煤自燃氧化的条件，因此abcd区域即为自燃氧化导致的瓦斯易爆区，即瓦斯与自燃耦合灾害危险区域。在100℃以下低温条件下，其他可燃性气你对瓦斯爆炸界限的影响较为有限，因此采空区漏风流场、温度场、氧气浓度场、瓦斯浓度场4场在abcd区域发生耦合时煤体自燃引发爆炸的可能性为最大，特别是回风隅角侧，其危险区域距离工作面相对较低，面积也相对较大，是耦合灾害防治的重点区域，高位钻孔瓦斯抽放钻孔应当布置在回风隅角侧。

实施例1

现参照附图2、附图3和附图4，结合实施例1说明如下：某工作面采深-942.6～983.5 m，工作面长度1596 m，倾向长度200 m，开采煤厚8.85～10.7 m，平均厚度为9.6 m，平均倾角4°，采高3 m，平均采放比为1:2.2，工作面开采煤层为自然发火煤层，发火期为69～169天，瓦斯涌出量大，瓦斯涌出量为1.3 m³/min，工作面埋深大、地压大，煤层具有强冲击倾向性，顶底板为中硬顶板，具有弱冲击倾向性，工作面回采初期及末期推进速度缓慢，正常推采阶段，工作面回风隅角瓦斯浓度保持在为0.5%左右，有时瓦斯浓度突然增大，接近1%报警线；同时，工作面回风顺槽侧采空区10 m范围内遗煤温度达到40℃以上，回风隅角CO浓度保持在10 ppm左右，瓦斯灾害与煤自燃灾害都较为严重。

根据公式对工作面顶板“上三带”的计算，得到工作面的冒落带高度为19.2 m，裂隙带高度为56.2 m，因此高位钻孔的终孔高度处于20～40 m较为合适。防灭火注浆钻孔与瓦斯抽放钻孔间距为40 m，当瓦斯抽放钻孔进入截止线位置时，停用原防灭火注浆钻孔，改瓦斯抽放钻孔为防灭火注浆钻孔，开启下一组瓦斯抽放钻孔，如此循环往复。

应用上述措施后，随时监测工作面中段、回风隅角位置处瓦斯浓度，回风隅角位置处的CO浓度，以及回风顺槽侧束管监测系统的温度未再超限，保证了工作面快速、高效的生产。

实施例2

现参照附图2、附图3和附图4，结合实施例2说明如下：

某工作面设计走向长约1400 m，设计工作面净长134.25 m，工作面煤层厚度4.30～5.49 m，平均厚度4.60 m，工作面煤层倾角在22～28°，平均倾角25°，回采率为85%。根据工作面的概况，结合采煤工作面瓦斯涌出量的预测公式，得出工作面的瓦斯相对涌出量为：3.43 m³/t，又根据工作面日产量，得出工作面瓦斯绝对涌出量为7.62 m³/min，单纯依据通风手段不能满足瓦斯灾害处理要求。

根据本发明所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，对两顺槽进行喷涂，高位钻孔瓦斯抽放钻孔终孔位置为18～35 m，工作面瓦斯抽放流量保持在53 m³/min；防灭火注浆钻孔钻孔间隔布置，当瓦斯抽放钻孔的终孔位置低于18 m时，改瓦斯抽放钻孔为注浆钻孔，在开采过程中保持监测预警，如此循环往复进行。

应用上述措施后，随时监测工作面中段、回风隅角位置处瓦斯浓度，回风隅角位置处的CO浓度，以及回风顺槽侧束管监测系统的温度保持正常水平，由此发现，应用该措施后，工作面未再出现危险，保证了工作面快速、高效的生产。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，其特征在于，主要利用巷道喷涂堵漏系统、瓦斯抽放系统、注浆系统、气体监测预警系统实现，主要包含如下步骤：

a、沿工作面进、回风顺槽工作面外侧和巷道顶喷涂高分子密封材料，喷涂距离为工作面前方300 m，随着工作面的推进不断向外延伸；在喷涂后的工作面顺槽临空侧建立气体观测系统；

b、工作面正常回采过程中，工作面中段、回风隅角位置处设定CO检测点，工作面回风隅角位置处设置瓦斯检测点，并利用工作面束管监测系统，监测工作面回风隅角侧采空区内温度；

c、工作面正常回采过程中，工作面回风顺槽侧间隔布置高位钻孔瓦斯抽放钻孔和防灭火注浆钻孔，设置合理瓦斯抽放流量和防灭火注浆量两钻孔平行设置，其中注浆钻孔下套管，终孔位置为瓦斯抽放的下限，瓦斯抽放钻孔进入抽放下限后，改抽放钻孔为注浆钻孔，停用原注浆钻孔，开启下一组瓦斯抽放钻孔，如此循环进行；

d、在工作面正常开采过程中，保持对工作面监测，检测点瓦斯浓度超过1％时，应立即停止作业，作业人员迅速撤离到安全地点，关闭注浆泵，保持瓦斯抽放泵开启，瓦斯浓度小于0.8％时才能恢复生产；

e、在工作面正常开采过程中，保持对工作面监测，检测点CO浓度超过24 ppm时；应立即停止作业，作业人员迅速撤离到安全地点，关闭瓦斯抽放泵站，保持注浆泵站开启，待CO浓度小于24 ppm才能恢复生产。

2.根据权利要求1所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，其特征在于，巷道喷涂系统采用A、B液混合，高压枪喷射形式进行，喷涂泵站为可移动式。

3.根据权利要求1所述的一种单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理方法，其特征在于，临空侧气体观测系统和工作面中段、回风隅角处CO检测点、回风隅角瓦斯检测点、束管监测系统共同组成气体监测预警系统，其中临空侧气体观测系统监测的内容有工作面临空侧内温度、气体成分和压能大小。