CN113931682B - 一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统 - Google Patents
一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统，一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统，包括防治系统，所述防治系统由自燃防治子系统、冲击地防治子系统、协同防控子系统组成。本发明切实改善多源灾害的防控状况，实现了孤岛工作面综放开采过程中的煤自燃、高瓦斯和冲击危险等灾害的全面统筹、协同防控和一体化治理，取得了显著的效果；降低了水帘洞煤矿多源灾害治理成本，有效避免了矿井灾害的发生和切实提高了多源灾害矿井掘进和生产效率，达到了安全、经济、有效的多源灾害防控目标。从整体上看取得了可观的经济效益和良好的社会效益，具有较好推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，尤其涉及一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统。
背景技术
目前，我国煤炭行业发展遇到了瓶颈，面临着发展阶段、发展模式、发展目标、发展动力转换和发展约束强化等多个方面的转变；煤炭消费总量逐步下降，但煤炭作为我国能源结构的重要组成部分，在未来相当长的时期内仍然将居于主体地位；在新形势下煤矿开采势必随时代发展需求而变化，宏观上从单一满足经济建设为目的的工程活动，转向为安全、高效、高回收率、保护环境的科学采矿；然而，我国大多数煤矿开采地质条件复杂，其中95%以上的为井工开采矿井；矿井中围岩变形、瓦斯积聚、自燃发火、冲击地压、突水涌水、高危粉尘等多源灾害频发，致灾机理复杂，使得煤矿安全生产形势十分严峻，科学采矿和绿色开采之路任重而道远；孤岛工作面受两侧采动形成的高支承压力，是诱发瓦斯灾害、煤层自燃、冲击地压、巷道大面积失稳等多源灾害的重要原因。因此，研究孤岛工作面煤自燃、瓦斯和冲击地压协同防控，形成孤岛工作面多源灾害一体化防控体系对于具有多源灾害的采煤工作面的安全开采具有重大的实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统，其切实改善多源灾害的防控状况，实现了孤岛工作面综放开采过程中的煤自燃、高瓦斯和冲击危险等灾害的全面统筹、协同防控和一体化治理，取得了显著的效果。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统，包括防治系统，所述防治系统由自燃防治子系统、冲击地防治子系统、协同防控子系统组成；
所述自燃防治子系统包括漏风供氧模块、自燃危险处理模块；
所述冲击地防治子系统包括工作面危险区域划分模块、危险监测模块、工作面防冲模块；
所述协同防控子系统包括采空区与瓦斯协同防控模块、小煤柱自燃与冲击地协同防控模块、瓦斯与冲击地协同防控模块、掘进瓦斯与冲击地协同防控模块。
优选地，所述自燃危险处理模块包括危险区域判定单元、自燃监测预警单元、自燃分区防控单元。
优选地，所述自燃监测预警单元由矿用本安型多参数传感器、矿用监测基站及监测软件三部分构成。
优选地，所述自燃分区防控单元包括工作面防灭火措施、小煤柱防治措施、相邻采空区防治措施。
优选地，所述工作面防灭火措施具体为：为确保临时停采期间工作面的防灭火安全，灌注液态二氧化碳处理。
优选地，所述小煤柱防治措施通过人工对小煤柱两侧进行不间断巡查，利用红外成像仪巡查，夜班、中班巡查人员利用测温枪巡查，对温度异常地点进行详细记录，温差超过2℃时立即对温度异常地点进行标记。
优选地，所述小煤柱自燃与冲击地协同防控模块：通过合理布置小煤柱宽度，使巷道尽量位于应力降低区，预防冲击地压；同时，采用锚网带联合支护，锚索加固，并对巷道进行全断面喷砂灰浆，喷射厚度不小于100mm。
优选地，所述采空区与瓦斯协同防控模块：通过“超前预抽+采前预抽+边采边抽”技术降低工作面A和工作面B之间的工作面瓦斯浓度，通过“高位钻场+扇形钻孔聚合”抽采技术降低采空区瓦斯浓度；在工作面回采时，在上工作面、下隅角垒沙土袋或矸石袋，并喷涂堵漏，在工作面隅角积聚和隔绝氧气进入采空区。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明切实改善多源灾害的防控状况，实现了孤岛工作面综放开采过程中的煤自燃、高瓦斯和冲击危险等灾害的全面统筹、协同防控和一体化治理，取得了显著的效果；降低了水帘洞煤矿多源灾害治理成本，有效避免了矿井灾害的发生和切实提高了多源灾害矿井掘进和生产效率，达到了安全、经济、有效的多源灾害防控目标。从整体上看取得了可观的经济效益和良好的社会效益，具有较好推广应用前景。
附图说明
图1为本发明提出的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统的框图；
图2为本发明提出的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统中部分框图；
图3为本发明提出的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统中解释示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统，包括防治系统，防治系统由自燃防治子系统、冲击地防治子系统、协同防控子系统组成；自燃防治子系统包括漏风供氧模块、自燃危险处理模块；
其中漏风供氧模块是为了检测工作面A、工作面B以及工作面A和工作面B之间的工作面的氧气浓度以及漏风程度，从而可以研究工作面的漏风供氧规律；其中，自燃危险处理模块包括危险区域判定单元、自燃监测预警单元、自燃分区防控单元；危险区域判定单元通过监测氧浓度以及浮煤厚度进行判定危险区域；
其中，自燃监测预警单元由矿用本安型多参数传感器、矿用监测基站及监测软件三部分构成，矿用本安型多参数传感器通过无线自组网或485总线网络的形式，将采集的煤自燃多参数信息发送到矿用监测基站，通过其内置的嵌入式处理器进行处理以及协议的封装，然后再通过矿井以太环网发送到监控中心服务器，监控中心服务器再与Internet外网相连，让每一个 Internet网络上的授权用户都可以访问它，同时利用手机app访问服务器的信息，实现了孤岛综放采空区煤自燃特征信息的远程网络化实时动态监测预警，解决了目前现场人工巡检存在的工作量大、信息量少、漏报率高、时效性差等问题 。
其中，自燃分区防控单元包括工作面防灭火措施、小煤柱防治措施、相邻采空区防治措施；工作面防灭火措施具体为：为确保临时停采期间工作面的防灭火安全，灌注液态二氧化碳处理；小煤柱防治措施通过人工对小煤柱两侧进行不间断巡查，利用红外成像仪巡查，夜班、中班巡查人员利用测温枪巡查，对温度异常地点进行详细记录，温差超过2℃时立即对温度异常地点进行标记；相邻采空区防治措施：减少漏风、小煤柱及相邻采空区密闭加固、惰化采空区，总结为减小漏风降低氧浓度。
冲击地防治子系统包括工作面危险区域划分模块、危险监测模块、工作面防冲模块；其中，工作面危险区域划分模块划分的危险区域主要有两个：一是掘进工作面迎头范围L1区域以内，二是迎头后方L2区域范围内；前者主要受巷道开挖扰动影响，原应力平衡状态被打破，围岩发生破裂，支护结构与煤岩体处于失衡—再平衡的运动阶段，形成的塑性圈发生动态演化，此时极易诱发冲击地压；后者距开挖时间较长，支护结构与煤岩体已基本平衡，开挖引起的周围岩体变形已经稳定，塑性圈处于平衡阶段，但受到高地应力环境影响，上覆岩层对周围煤岩体的应力作用逐渐显现，围岩出现应力蠕变现象，积累一定时间后容易引起蠕变型冲击地压；
其中，危险监测模块在巷道开挖扰动后，应力环境失衡导致巷道围岩空间区域受应力调整影响程度不同，不同空间范围产生的可监测信号也不同，由此确定空间监测区域和监测方式；
其中，工作面防冲模块：在工作面A和工作面B之间的工作面面顺槽实体煤柱帮施工卸大直径卸压钻孔进行卸压防冲，采用SGZ-ⅢA型钻机，配备每节长1.0m钻杆，φ133mm钻头施工；
协同防控子系统包括采空区与瓦斯协同防控模块、小煤柱自燃与冲击地协同防控模块、瓦斯与冲击地协同防控模块、掘进瓦斯与冲击地协同防控模块；
采空区与瓦斯协同防控模块：通过“超前预抽+采前预抽+边采边抽”技术降低工作面A和工作面B之间的工作面瓦斯浓度，通过“高位钻场+扇形钻孔聚合”抽采技术降低采空区（包括相邻采空区）瓦斯浓度；在工作面回采时，在上工作面、下隅角垒沙土袋或矸石袋，并喷涂堵漏，在工作面隅角积聚和隔绝氧气进入采空区；
小煤柱自燃与冲击地协同防控模块：通过合理布置小煤柱宽度，使巷道尽量位于应力降低区，预防冲击地压；同时，采用锚网带联合支护，锚索加固，并对巷道进行全断面喷砂灰浆，喷射厚度不小于100mm；
瓦斯与冲击地协同防控模块：孤岛工作面隅角瓦斯来源孤岛工作面采空区、相邻采空区、小煤柱和工作面实体煤；采空区瓦斯通过“高位钻场+扇形钻孔”聚合抽采和垒墙喷浆封闭联合控制，小煤柱瓦斯喷浆封闭，工作面实体煤瓦斯以“超前预抽+采前预抽+边采边抽”加以控制；
掘进瓦斯与冲击地协同防控模块：在掘进工作面迎头布置大直径卸压钻孔兼做掘前预抽钻孔，同时，在每班掘进前必须布置超前探眼；如果出现瓦斯异常涌出，立即停止掘进，合管抽放；在施工锚索眼及锚杆眼时发生瓦斯涌出异常时，必须在此孔周边布置斜交抽放钻孔，合入抽放管道，进行应急瓦斯抽放；此外，在相邻工作面掘进期间向孤岛工作面布置了超前抽放钻孔抽放瓦斯；
本发明切实改善多源灾害的防控状况，实现了孤岛工作面综放开采过程中的煤自燃、高瓦斯和冲击危险等灾害的全面统筹、协同防控和一体化治理，取得了显著的效果；降低了水帘洞煤矿多源灾害治理成本，有效避免了矿井灾害的发生和切实提高了多源灾害矿井掘进和生产效率，达到了安全、经济、有效的多源灾害防控目标。从整体上看取得了可观的经济效益和良好的社会效益，具有较好推广应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统， 包括防治系统，其特征在于，所述防治系统由自燃防治子系统、冲击 地防治子系统、协同防控子系统组成；
所述自燃防治子系统包括漏风供氧模块、自燃危险处理模块；
所述冲击地防治子系统包括工作面危险区域划分模块、危险监测模块、工作面防冲模块；
所述协同防控子系统包括采空区与瓦斯协同防控模块、小煤柱自燃与冲击地协同防控模块、瓦斯与冲击地协同防控模块、掘进瓦斯与冲击地协同防控模块;所述采空区与瓦斯协同防控模块通过“超前预抽+采前预抽+边采边抽”技术和“高位钻场+扇形钻孔”聚合抽采技术降低采空区瓦斯浓度；所述小煤柱自燃与冲击地协同防控模块合理布置小煤柱宽度，并采用锚网带联合支护，对巷道进行全断面喷砂灰浆；所述瓦斯与冲击地协同防控模块通过“高位钻场+扇形钻孔”聚合抽采、垒墙喷浆封闭、“超前预抽+采前预抽+边采边抽”控制瓦斯；所述掘进瓦斯与冲击地协同防控模块在掘进工作面布置钻孔兼做掘前预抽钻孔，在每班掘进前布置超前探眼，在相邻工作面掘进期间向孤岛工作面布置超前抽放钻孔抽放瓦斯。
2.根据权利要求1所述的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前 多灾害联合防治系统，其特征在于，所述自燃危险处理模块包括危险 区域判定单元、自燃监测预警单元、自燃分区防控单元。
3.根据权利要求2所述的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前 多灾害联合防治系统，其特征在于，所述自燃监测预警单元由矿用本安型多参数传感器、矿用监测基站及监测软件三部分构成。
4.根据权利要求2所述的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前 多灾害联合防治系统，其特征在于，所述自燃分区防控单元包括工作 面防灭火措施、小煤柱防治措施、相邻采空区防治措施。
5.根据权利要求4所述的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前 多灾害联合防治系统，其特征在于，所述工作面防灭火措施具体为： 为确保临时停采期间工作面的防灭火安全，灌注液态二氧化碳处理。
6.根据权利要求4所述的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前 多灾害联合防治系统，其特征在于，所述小煤柱防治措施通过人工对 小煤柱两侧进行不间断巡查，利用红外成像仪巡查，夜班、中班巡查 人员利用测温枪巡查，对温度异常地点进行详细记录，温差超过2℃ 时立即对温度异常地点进行标记。
7.根据权利要求1所述的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前 多灾害联合防治系统，其特征在于，所述小煤柱自燃与冲击地协同防 控模块：通过合理布置小煤柱宽度，使巷道尽量位于应力降低区，预 防冲击地压；同时，采用锚网带联合支护，锚索加固，并对巷道进行 全断面喷砂灰浆，喷射厚度不小于100mm。
8.根据权利要求1所述的一种高瓦斯低洼孤岛工作面煤层采前多灾害联合防治系统，其特征在于，所述采空区与瓦斯协同防控模块：通过“超前预抽+采前预抽+边采边抽”技术降低工作面A和工作面B之间的工作面瓦斯浓度，通过“高位钻场+扇形钻孔”聚合抽采技术降低采空区瓦斯浓度；在工作面回采时，在上工作面、下隅角垒沙土袋或矸石袋，并喷涂堵漏，在工作面隅角积聚和隔绝氧气进入采空区。
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