CN113389589B - 基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法，该方法包括：一、采煤工作面布置后由开切眼向前推进，在采煤工作面上、下端头的采空区侧分别挂设柔性模板并固定，然后灌注微膨胀混凝土充填形成第一上端隔离墙体和第一下端隔离墙体，组成第一隔离墙体并形成第一隔离带；二、采煤工作面继续向前推进，重复挂设柔性模板并固定、充填工艺，直至形成第N上端隔离墙体和第N下端隔离墙体，组成第N隔离墙体并形成第N隔离带。本发明基于采煤工作面推进度，在采煤工作面上、下端头的采空区侧设置多个隔离墙体，将整个采空区从开切眼至停采线分成若干隔离区域，减少了采空区内部气体流动，提高了采空区煤自燃预防工作的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下防灭火技术领域，具体涉及一种基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法。
背景技术
煤炭在我国经济发展中有着举足轻重的地位，而煤自燃是制约煤炭资源安全高效开采的主要灾害之一。煤自燃的发生需要同时具备有自燃倾向性的遗煤、良好的蓄热环境、充分的供氧条件以及一定的氧化时间等四个条件。工作面向采空区漏风是采空区遗煤氧化的主要氧气来源之一，控制由工作面及两巷向采空区的漏风是预防和治理采空区煤自燃的难点之一。
现有煤矿井下采煤工作面防灭火技术方案中对于减少由工作面向采空区漏风常采用的方法主要有：1)上隅角注胶体封堵：向采空区注入复合胶体，固化、包围浮煤；2)上下平巷堵漏：用袋装矸石或砂石块随着工作面推进在上、下隅角堆砌隔离带,改变采空区漏风路线,降低采空区漏风量，减小氧化深度；3)控制风量：在满足工作面正常供风量的条件下，减少工作面配风量，以减少漏风；4)均压防灭火技术：采用通风调节的方法减少自燃危险区域漏风通道两端的压差，减少漏风量，从而断绝供氧源。上述方法在符合施工条件的矿井中能够实现减少工作面向采空区的漏风，但实际应用中还存在以下缺点：注胶堵漏与随采随堆砌隔离带两种方法均需随着工作面的推进进行及时作业，耗费人力物力且封堵效果有限；而调节风量或采空区内外压差的方法，由于工作面的风量配给受多种因素制约，防火需风量正好与瓦斯需风量的要求相反，通过调节风量与压差来控制漏风还需同时考虑瓦斯、防火和排尘等因素，牵一发而动全身，是一项较复杂的技术管理工作，如果控制不当，不仅达不到防灭火的效果，还可能引发火灾，造成严重后果。
工作面向采空区的漏风只是采空区遗煤氧化的供氧源之一，采用上述方式作为日常防范措施一方面需要投入的劳动成本较高、效果有限，另一方面也存在新的安全隐患。因此，在进行采空区漏风控制工作时需要一种在既能保证采煤工作面安全生产的基础上，又能提高采空区漏风控制工作效率的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法。该方法基于采煤工作面推进度，在采煤工作面上、下端头的采空区侧设置多个隔离墙体，组合形成多个隔离带，将整个采空区从开切眼至停采线分成若干隔离区域，有效减少了采空区内部气体流动，提高了采空区煤自燃预防工作的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采煤工作面布置完毕后由开切眼向前推进L1m后，在采煤工作面上端头的采空区侧以及下端头的采空区侧分别挂设柔性模板，并采用锚杆固定，然后向柔性模板内灌注微膨胀混凝土进行充填形成充填体，充填体凝结后分别形成第一上端隔离墙体和第一下端隔离墙体，且第一上端隔离墙体和第一下端隔离墙体组成第一隔离墙体，随着采煤工作面继续推进，第一上端隔离墙体、第一下端隔离墙体与对应采空区中部垮落压实的煤岩体形成第一隔离带；
步骤二、采煤工作面继续向前推进，且每次向前推进Lim后均依次重复步骤一中的挂设柔性模板、锚杆固定、充填形成充填体、充填体凝结工艺，直至形成第N上端隔离墙体和第N下端隔离墙体，其中N≥2，且第N上端隔离墙体和第N下端隔离墙体组成第N隔离墙体，第N上端隔离墙体、第N下端隔离墙体与对应采空区中部垮落压实的煤岩体形成第N隔离带，工作面回采结束后构筑永久密闭，通过采煤工作面顺槽密闭墙与停采线煤柱封闭采空区，将整个采空区从开切眼至停采线分成N+1个隔离区域。
本发明基于采煤工作面推进度，在采煤工作面上端头的采空区侧以及下端头的采空区侧分别挂设固定柔性模板并灌注微膨胀混凝土形成充填体，进而组成多个隔离墙体，并与对应采空区中垮落压实的煤岩体，沿着采空区向采煤工作面推进方向形成多个隔离带，从而将整个采空区从开切眼至停采线分成N+1个隔离区域；同时，该封堵隔离方法构筑的隔离墙体采用柔性模板为模具，与巷道顶低板及巷道壁紧贴，且微膨胀混凝土形成的充填体强度高、体积大，因而形成的隔离墙体的封堵效果明显优于注胶及采用砂石袋堆砌的墙体，提高了多个隔离带对采空区煤自燃分区隔离预防的效果，增强了煤矿井下防灭火工作的可靠性，减小防灭火工作成本，降低了劳动强度，解决了现有采空区防灭火技术劳动成本高、效率低、安全性差的缺点。
上述的基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法，其特征在于，步骤一中所述柔性模板为混凝土膜袋。优选作为柔性模板的混凝土膜袋应用较广，容易获得，且方便根据矿井下巷道参数定制对应尺寸的混凝土膜袋，充填体自膨胀后紧贴顶底板及巷道壁，既提高了漏风封堵的效率，又提高了本发明方法的可行性。
上述的基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法，其特征在于，步骤一中所述开切眼与第一隔离墙体之间的距离L1、步骤二中所述第一隔离墙体至第N隔离墙体中相邻隔离墙体之间的距离Li的计算公式如下：
其中，L为L1或Li，单位为m，
为采空区氧化带宽度，单位为m；V采煤工作面向前推进L1m的实际平均推进速度，或者相邻隔离墙体之间采煤工作面实际平均推进速度，Vmin为采煤工作面最小安全推进速度，单位均为m/d；k为安全系数。
本发明根据矿井的采空区氧化带宽度、采煤工作面最小安全推进速度与实际生产中某时段内采煤工作面的实际平均推进速度的关系建立相邻隔离墙体之间的距离的经验计算公式，在确保减少由采煤工作面向采空区漏风的同时也为隔离墙体的构筑时机和位置提供了测算依据，有效提高了采空区煤自燃预防的可靠性，避免了过度防护造成的无效工作，进一步提高了采空区煤自然分区隔离预防的防灭火效率；另外，本发明可以根据矿井在某时段内的实际情况随时调整参数，其适用性与安全性均明显高于现有调节风量及压差的方法。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明基于采煤工作面推进度，在采煤工作面上、下端头的采空区侧设置多个隔离墙体，将整个采空区从开切眼至停采线分成若干隔离区域，有效减少了采空区内部气体流动，既可减少由工作面向采空区自燃危险区域的漏风又可防止采空区出现自燃危险后有毒有害气体向工作面的扩散，提高了采空区煤自燃预防工作的可靠性。
2、本发明根据矿井下巷道参数定制对应尺寸的柔性模板内灌装微膨胀混凝土，从而根据采空区实际情况形成隔离墙体，方法简单，灵活方便，充填体与顶底板及巷道壁接触密实，充填体强度高，进一步提高了采空区煤自燃预防的效果。
3、本发明中相邻隔离墙体之间的距离的经验计算公式准确可靠，为端头堵漏风防火措施提供了理论依据，可根据工作面实际推进情况对重点时期进行有针对性的封堵作业，避免了过度防护造成的无效工作，进一步提高了采空区煤自燃预防工作的效率。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明中采空区隔离带的分布示意图。
附图标记说明:
1—开切眼； 2—第一下端头隔离墙体； 3—第j-1下端隔离墙体；
4—遗煤压实稳定区； 5—第j下端头隔离墙体； 6—第N下端头隔离墙体；
7—主运顺槽密闭墙； 8—停采线煤柱； 9—辅运顺槽密闭墙；
10—第N上端头隔离墙体； 11—第j上端头隔离墙体；
12—第j-1上端头隔离墙体； 13—第1上端头隔离墙体。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、如图1所示，采煤工作面布置完毕后由开切眼1向前推进L1m后，在采煤工作面上端头的采空区侧以及下端头的采空区侧分别挂设柔性模板，并采用锚杆固定，然后向柔性模板内灌注微膨胀混凝土进行充填形成充填体，充填体凝结后分别形成第一上端隔离墙体13和第一下端隔离墙体2，且第一上端隔离墙体13和第一下端隔离墙体2组成第一隔离墙体，随着采煤工作面继续推进，第一上端隔离墙体13、第一下端隔离墙体2与对应采空区遗煤压实稳定区4中垮落压实的煤岩体形成第一隔离带；
步骤二、采煤工作面继续向前推进，且每次向前推进Lim后均依次重复步骤一中的挂设柔性模板、锚杆固定、充填形成充填体、充填体凝结工艺，直至形成第j-1上端头隔离墙体12和第j-1下端隔离墙体3，第j上端头隔离墙体11和第j下端头隔离墙体5，……，第N上端隔离墙体10和第N下端隔离墙体6，其中N≥2，j为不大于N的自然数，依次类推，第j-1上端头隔离墙体12和第j-1下端隔离墙体3组成第j-1隔离墙体，第j上端头隔离墙体11和第j下端头隔离墙体5组成第j隔离墙体，……，第N上端隔离墙体10和第N下端隔离墙体6组成第N隔离墙体，且第j-1上端头隔离墙体12、第j-1下端隔离墙体3与对应采空区遗煤压实稳定区4中垮落压实的煤岩体形成第j-1隔离带，第j上端头隔离墙体11、第j下端头隔离墙体5与对应采空区遗煤压实稳定区4中垮落压实的煤岩体形成第j隔离带，……，第N上端隔离墙体10、第N下端隔离墙体6与对应采空区遗煤压实稳定区4中垮落压实的煤岩体形成第N隔离带，工作面回采结束后构筑永久密闭，通过采煤工作面主运顺槽密闭墙7、辅运顺槽密闭墙9与停采线煤柱8封闭采空区，将整个采空区从开切眼1至停采线煤柱8分成N+1个隔离区域；
步骤一中所述开切眼与第一隔离墙体之间的距离L1、步骤二中所述第一隔离墙体至第N隔离墙体中相邻隔离墙体之间的距离Li的计算公式如下：
其中，L为L1或Li，单位为m，
为采空区氧化带宽度，单位为m；V采煤工作面向前推进L1m的实际平均推进速度，或者相邻隔离墙体之间采煤工作面实际平均推进速度，Vmin为采煤工作面最小安全推进速度，单位均为m/d；k为安全系数。
本实施例中，安全系数k的取值范围为0.6～0.9，且开采煤层煤自燃倾向性越高、采空区遗煤量越大、漏风越大、围岩温度越高的情况下，安全系数k取相对较小值。
实际操作中，在采煤工作面的推进初期，工作面过地质构造、停采线附近或因其它原因导致工作面推进缓慢甚至停采时，相邻隔离墙体之间采煤工作面实际平均推进速度V较小，根据上述计算公式计算得到的相邻隔离墙体之间的距离L小于工作面的氧化带宽度，在最短自然发火期内无法保证采空区的遗煤从氧化带进入窒息带，该时期内形成的上端隔离墙体、下端隔离墙体、以及上端隔离墙体和下端隔离墙体之间对应采空区的遗煤压实稳定区4中垮落压实的煤岩体形成了封闭的隔离区即隔离带，结合之前构筑的隔离带，将采空区分隔成了若干间距不等的隔离条带，且相邻的上端隔离墙体之间、相邻的下端隔离墙体之间形成遗煤自然堆积区5，有效减少了漏风进入采空区深部，并且一旦采空区某处发生自燃，其所处周围的隔离条带高效及时阻止了火区的蔓延；
随着采煤工作面的推进，进入正常开采期，相邻隔离墙体之间采煤工作面实际平均推进速度V大于或等于采煤工作面最小安全推进速度Vmin，根据上述计算公式计算得到的相邻隔离墙体之间的距离L大于工作面的氧化带宽度，有效保证了采空区的遗煤从氧化带进入窒息带的时间小于或等于最短自然发火期，该时期内的上端隔离墙体、下端隔离墙体与上端隔离墙体和下端隔离墙体之间采空区的遗煤压实稳定区4中垮落压实的煤岩体形成了封闭的隔离区即隔离带，结合之前构筑的隔离带，将采空区分隔成了若干间距不等的隔离条带，有效减少了漏风进入采空区深部，并且一旦采空区某处发生自燃，其所处周围的隔离条带高效及时阻止了火区的蔓延。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采煤工作面布置完毕后由开切眼向前推进L1m后，在采煤工作面上端头的采空区侧以及下端头的采空区侧分别挂设柔性模板，并采用锚杆固定，然后向柔性模板内灌注微膨胀混凝土进行充填形成充填体，充填体凝结后分别形成第一上端隔离墙体和第一下端隔离墙体，且第一上端隔离墙体和第一下端隔离墙体组成第一隔离墙体，随着采煤工作面继续推进，第一上端隔离墙体、第一下端隔离墙体与对应采空区中部垮落压实的煤岩体形成第一隔离带；
步骤二、采煤工作面继续向前推进，且每次向前推进Lim后均依次重复步骤一中的挂设柔性模板、锚杆固定、充填形成充填体、充填体凝结工艺，直至形成第N上端隔离墙体和第N下端隔离墙体，其中N≥2，且第N上端隔离墙体和第N下端隔离墙体组成第N隔离墙体，第N上端隔离墙体、第N下端隔离墙体与对应采空区中部垮落压实的煤岩体形成第N隔离带，工作面回采结束后构筑永久密闭，通过采煤工作面顺槽密闭墙与停采线煤柱封闭采空区，将整个采空区从开切眼至停采线分成N+1个隔离区域；
步骤一中所述开切眼与第一隔离墙体之间的距离L1、步骤二中所述第一隔离墙体至第N隔离墙体中相邻隔离墙体之间的距离Li的计算公式如下：
其中，L为L1或Li，单位为m，
为采空区氧化带宽度，单位为m；V采煤工作面向前推进L1m的实际平均推进速度，或者相邻隔离墙体之间采煤工作面实际平均推进速度，Vmin为采煤工作面最小安全推进速度，单位均为m/d；k为安全系数。
2.根据权利要求1所述的基于采煤工作面推进度的采空区煤自燃分区隔离预防方法，其特征在于，步骤一中所述柔性模板为混凝土膜袋。
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