高瓦斯近距离煤层采空区瓦斯与煤火协同防治技术

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯与煤火防治领域，具体涉及高瓦斯近距离煤层采空区瓦斯与煤火协同防治技术。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，煤矿生产中最突出的灾害就是瓦斯与煤自然发火，当工作面瓦斯与煤自燃共存时，极大地威胁着矿井安全生产，尤其是高瓦斯近距离煤层采空区的瓦斯与煤火灾害的问题，在煤层开采后，上邻近煤层垮落到采空区中，加剧了瓦斯及煤火防治问题，同时在矿井瓦斯和煤自燃的防治措施实施过程会存在漏风方面矛盾，由于瓦斯抽排会导致采空区漏风，就容易引起煤自燃，并且煤体自燃又成为瓦斯燃烧和瓦斯爆炸的引火源可能导致瓦斯爆炸，成为矿井生产的重大危险源；反过来，在防治自燃过程中，所采取的采空区和煤体封堵，减少漏风，以及松散煤体灌注防灭火黄泥胶体形成隔离带等措施，又不利于瓦斯的抽排。因此，在高瓦斯近距离煤层开采时，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。

随着开采深度及产量的加大，采空区瓦斯和自燃两大问题将趋于突出。开采强度增加，一方面带来本煤层遗煤量的增多及近距离邻近煤层破碎度增加，自燃条件更为有利；同时，本煤层及邻近煤层涌出的瓦斯也增大，工作面瓦斯绝对涌出量也大幅增加，客观上自然增大了工作面的通风量，导致采空区自然发火更加频繁突出。

在特定的开采自然条件下，采空区自然发火主要决定于采空区氧浓度分布状态，采空区瓦斯涌出影响着采空区氧浓度分布；而流场氧浓度分布和瓦斯分布和涌出规律由流态所决定。上述客观现象表明，即存在提高瓦斯安全性的同时也必将使自然发火安全性降低；反之，降低自然发火危险性的同时又不能满足安全排放瓦斯的要求，容易导致两种安全隐患的顾此失彼的失衡问题。采空区瓦斯与煤火复合致灾关系如图1所示

由图1可知，对于高瓦斯近距离煤层采空区瓦斯与煤火灾害关系为：

(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。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供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，实现了301综采工作面安全高效生产。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

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：

S1、沿301工作面进风顺槽下帮、回风顺槽上帮各预埋2英寸钢管200m，钢管内各布置单芯束管3条、温度传感器及传输电缆3套，监测点之间间隔50m，共埋设监测点6个；预埋束管外套2英寸钢管，探头外套3寸钢管进行保护。每根束管负责一个测点的气样，为了防止采空区积水堵塞束管，则每个探头抬高1m以上，温度传感器埋入钢管中与束管进气口平齐，引线从2英寸的钢管内拉出；连续测定采空区不同监测点的气体浓度；采用Surfer8.0软件将氧浓度随测点深入采空区的深度绘成曲线，同时，将瓦斯浓度随测点深入采空区的深度绘成曲线，确定采空区瓦斯与煤火灾害防治的关键区域；

S2、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，在回风巷距工作面回风口5m处安装CH₄传感器一台；在工作面上隅角即切顶线对应的煤帮处安装CH₄传感器一台；采煤机必须安装机载式CH₄断电仪或便携式CH₄检测报警仪；当瓦斯浓度超过0.8％时，工作面必须停止作业，所有作业人员撤至新鲜风流中，并向矿调度汇报；查明原因处理完毕后，瓦斯浓度小于0.8％时方可恢复生产；在工作面上隅角、回风巷口各安装一台CO传感器，报警浓度为24ppm；在出现CO报警后，应立即停止作业，作业人员迅速撤离到安全地点，待查明原因处理完毕后，CO浓度小于24ppm，方可恢复生产；

S3、在301工作面回采期间，供风量为3500m³/min左右，通风区每旬对工作面进行一次风量测定，测定点为进风巷、回风巷、内错尾巷；

S4、在301工作面高位抽放巷起坡至三采回风上山开门，找到并沿13#煤层顶板K3灰岩掘进，和回风巷平行施工岩巷，同时在距切眼360m处，从尾巷爬坡至13#煤层顶板，掘进至切眼附近后反掘，裸巷不进行支护，净宽2.5m，净高2.4，断面6m²，与煤层顶板相距30m，与回风巷内错25m；

S5、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；

S6、建立井下快速打钻下套管系统：将灭火钻机(改进型岩石电钻)、煤电钻、可作为套管的50mm钻杆、相配套的钻头、以及胶管等放置在上平巷入口附近；

S7、建立矿用移动式注浆装置系统，分别在上平巷与下平巷入口处放置一台注浆机，应保持正常，可根据实际需要即时运往使用地点。

S8、建立液态二氧化碳防灭火系统，采用矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置对采空区自燃隐患点进行降温、惰化及抑爆。

S9、建立阻化泡沫和汽溶胶阻化防灭火系统，可将阻化剂带入深部采空区。

优选的，所述灌浆防灭火系统由制浆料定量输送装置、连续制滤浆机、输浆泵及管网构成，所述制浆料定量输送装置、连续制滤浆机、输浆泵、管网依次相连。

优选的，所述制滤机包括定量送料和自动制滤浆两部分，所述定量送料部分将土按20m³/h的量均匀送入自动制滤浆部分，根据所需浆液浓度配比水量，并搅拌制成合格浆液，自动滤出浆液中大于8mm的固体颗粒。

优选的，所述矿用移动式注浆装置采用ZHJ-5/1.8N矿用移动式防灭火注浆装置，放置于井下用灌浆点附近，用于添加复合胶体胶凝剂。

本发明具有以下有益效果：

经检测，使用高抽巷后回风巷瓦斯浓度由之前的0.29～0.78％下降到0.11～0.67％，工作面瓦斯浓度由之前的0.16～0.72％下降到0.24～0.67％，上隅角的瓦斯浓度由之前的0.32～0.79％下降到0.11～0.64％。虽然回采期间绝对瓦斯涌出量大，但因应用了合适的抽采技术、采取了有效的瓦斯控制技术措施，保证高抽巷实现有效抽采瓦斯，工作面、上隅角、回风巷最大瓦斯浓度均控制在1％以内，实现了301综采工作面安全高效生产。

附图说明

图1高瓦斯近距离煤层采空区瓦斯与煤火灾害关系示意图。

图2为本发明实施例301综采面采空区“三带”观测点布置示意图。

图3为本发明实施例301综采面埋管观测探头布置示意图。

图4为本发明实施例综采采空区瓦斯与煤火灾害协同防治关键区域。

图5为本发明实施例采空区瓦斯与煤火灾害协同防治思路。

图6为本发明实施例中高抽巷布置示意图。

图7为本发明实施例中灌浆防灭火系统的结构示意图。

图8为本发明实施例301工作面采空区灌浆量图。

图9为本发明实施例301工作面高抽巷CO浓度图。

图10为本发明实施例301工作面高抽巷CO纯量图。

图11为本发明实施例301工作面束管监测CO浓度变化图。

图12为本发明实施例301综采面回风巷、工作面、上隅角瓦斯浓度的变化图。

图13为本发明实施例工作面月推进距及累计推进距图。

图14为本发明实施例工作面月产量及累计产量图。

图中：1-土场；2-制滤机；3-供水装置；4-渣泵机；5-井下灌浆管网；6-煤矿用注浆机；7-用胶地点；8-温度传感器；9-密封胶泥；

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2-6所示，本发明实施例提供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：

S1、沿301工作面进风顺槽下帮、回风顺槽上帮各预埋2英寸钢管200m，钢管内各布置单芯束管3条、温度传感器及传输电缆3套，监测点之间间隔50m，共埋设监测点6个；预埋束管外套2英寸钢管，探头外套3寸钢管进行保护。每根束管负责一个测点的气样，为了防止采空区积水堵塞束管，则每个探头抬高1m以上，温度传感器埋入钢管中与束管进气口平齐，引线从2英寸的钢管内拉出；连续测定采空区不同监测点的气体浓度；采用Surfer8.0软件将氧浓度随测点深入采空区的深度绘成曲线，同时，将瓦斯浓度随测点深入采空区的深度绘成曲线，以氧浓度划分采空区自燃“三带”(根据天池公司煤自燃极限参数值，散热带为≥18％；氧化升温带为8～18％；窒息带为＜8％)；以瓦斯浓度划分采空区瓦斯灾害区域(瓦斯不爆区＜5，＞16％；瓦斯可爆区5～16％)。将现场实际观测的氧浓度和瓦斯浓度分布等值线图叠加，对301综采面采空区瓦斯与煤火灾害协同防治关键区域进行划分；各区域分布基本情况如表1所示，确定采空区瓦斯与煤火灾害防治的关键区域；

表1301综采采空区瓦斯与煤火灾害协同防治关键区域分布表

S2、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，在回风巷距工作面回风口5m处安装CH₄传感器一台；在工作面上隅角即切顶线对应的煤帮处安装CH₄传感器一台；采煤机必须安装机载式CH₄断电仪或便携式CH₄检测报警仪；当瓦斯浓度超过0.8％时，工作面必须停止作业，所有作业人员撤至新鲜风流中，并向矿调度汇报；查明原因处理完毕后，瓦斯浓度小于0.8％时方可恢复生产；在工作面上隅角、回风巷口各安装一台CO传感器，报警浓度为24ppm；在出现CO报警后，应立即停止作业，作业人员迅速撤离到安全地点，待查明原因处理完毕后，CO浓度小于24ppm，方可恢复生产；

S3、在301工作面回采期间，供风量为3500m³/min左右，通风区每旬对工作面进行一次风量测定，测定点为进风巷、回风巷、内错尾巷；

S4、在301工作面高位抽放巷起坡至三采回风上山开门，找到并沿13#煤层顶板K3灰岩掘进，和回风巷平行施工岩巷，同时在距切眼360m处，从尾巷爬坡至13#煤层顶板，掘进至切眼附近后反掘，裸巷不进行支护，净宽2.5m，净高2.4，断面6m²，与煤层顶板相距30m，与回风巷内错25m；

S5、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；

S6、建立井下快速打钻下套管系统：将灭火钻机(改进型岩石电钻)、煤电钻、可作为套管的50mm钻杆、相配套的钻头、以及胶管等放置在上平巷入口附近；

S7、建立矿用移动式注浆装置系统，分别在上平巷与下平巷入口处放置一台注浆机，应保持正常，可根据实际需要即时运往使用地点。

S8、建立液态二氧化碳防灭火系统，采用矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置对采空区自燃隐患点进行降温、惰化及抑爆。

S9、建立阻化泡沫和汽溶胶阻化防灭火系统，可将阻化剂带入深部采空区。

如图7所示，所述灌浆防灭火系统由制浆料定量输送装置、连续制滤浆机、输浆泵及管网构成，所述制浆料定量输送装置、连续制滤浆机、输浆泵、管网依次相连。所述制滤机包括定量送料和自动制滤浆两部分，所述定量送料部分将土按20m³/h的量均匀送入自动制滤浆部分，根据所需浆液浓度配比水量，并搅拌制成合格浆液，自动滤出浆液中大于8mm的固体颗粒。所述矿用移动式注浆装置采用ZHJ-5/1.8N矿用移动式防灭火注浆装置，放置于井下用灌浆点附近，用于添加复合胶体胶凝剂。

工作面CO防治效果

图8是301工作面采空区每月灌浆量，图9-11是2013年5月到2014年3月，301工作面高抽巷CO浓度及纯量、束管监测CO浓度变化，由图可知高抽巷内CO浓度均低于38ppm，束管监测内CO浓度控制在10ppm，则301工作面回采期间CO浓度均控制在合理范围内，采空区煤体未发生自燃。

工作面瓦斯防治效果

图12是301综采面使用高抽巷前后回风巷、工作面、上隅角瓦斯浓度的变化，由该图可知，使用高抽巷后回风巷瓦斯浓度由之前的0.29～0.78％下降到0.11～0.67％，工作面瓦斯浓度由之前的0.16～0.72％下降到0.24～0.67％，上隅角的瓦斯浓度由之前的0.32～0.79％下降到0.11～0.64％。虽然回采期间绝对瓦斯涌出量大，但因应用了合适的抽采技术、采取了有效的瓦斯控制技术措施，保证高抽巷实现有效抽采瓦斯，工作面、上隅角、回风巷最大瓦斯浓度均控制在1％以内，实现了301综采工作面安全高效生产。

工作面产煤分析

图13、14为301工作面自2013年5月到2014年8月，月推进距、月产量与时间的关系，在保证301工作面安全回采的前提下，301工作面月产量最高16.1万t，最大月推进距为112m，共产原煤200余万t，推进1500余m。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。