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-1-5301工作面过断层综合防灭火方案及施工安全技术措施第一节5301回采工作面概况5301工作面是530采区首采工作面。该工作面设计推采长度870m，倾斜宽70m。工作面东为530轨道集中巷和胶带集中巷，东、西均为实炭区；南距正在掘进5302胶带顺槽140m；北邻唐口煤业；其它均为实炭区。5301工作面煤层为石炭-二叠系月门沟群山西组3煤层，煤厚7.30～11.87m，平均厚9.84m；煤层结构简单，煤层下部偶有0～0.05m夹矸，不连续、不稳定；煤层节理、裂隙发育，特别是断层附近煤体比较破碎。煤层普氏硬度系数在1.21～2.77kg/cm2。采用综采放顶煤回采工艺。一、瓦斯新河矿井为瓦斯矿井，根据矿井2014年瓦斯鉴定资料：绝对涌出量：CH4=2.39m3/min；相对涌出量：CH4=5.37m3/t；参考唐口煤矿邻近采区6305工作面回采过程中的瓦斯涌出量情况以及5301工作面两顺槽掘进期间的瓦斯涌出情况，预计5301工作面相对涌出量：CH4=0.6m3/t，瓦斯绝对涌出量CH4=4m3/min。二、煤尘及煤的自燃倾向性经山东鼎安检测技术有限公司鉴定：煤尘具爆炸性；3煤层属Ⅱ类（自燃），自燃发火期40天。三、地温延深区恒温带深度60m，温度16.5℃，根据钻孔简易测温资料计算，非煤系地层地温梯度为1.8℃/100m，煤系地层地温梯度为2.2℃／100m，计算工作面温度为35～37℃，属于一级高温区。四、通风系统该工作面采用U型通风方式，工作面轨道顺槽进风，胶带顺槽回风，全负压独立通风。五、采煤工艺工作面采用走向长壁后退式采煤法，综合机械化放顶煤回采工艺组织回采，全部垮落法管理顶板。使用MG400/930-WD型电牵引双滚筒采煤机双向割煤和支架尾梁插板伸缩摆动放顶煤。采煤机进刀采用端部自开缺口、斜切进刀的方式，进刀深度0.8m，斜切进刀段长度为-2-45m。当采煤机割透端头煤壁后，前滚筒下降，后滚筒上升，反向沿输送机弯曲段割入煤壁，直至进入直线段，达到正常截割深度（0.8m）；待进刀段推直前部输送机后，调换滚筒位置，反向割三角煤至端头；再调换滚筒位置，清理进刀段浮煤，并开始正常割煤。采用多轮间隔顺序等量放煤。放煤工序滞后移架工序5～10个支架。端头的过渡支架处不放煤，只在中间架放顶煤，每割一刀放一次顶煤。放煤顺序按单号放煤口顺序放煤，一次放出顶煤量的三分之一到二分之一，然后再按双号放煤口顺序放煤，这样反复进行两、三轮，将煤放完，尽量使顶煤保持均匀下降，以减少混矸，提高采出率，实行“无煤适时封门”的原则。六、断层及产状情况巷道埋深大，地压大，煤层有强冲击地压倾向性，煤层顶底板有弱冲击地压倾向性。工作面地层形态受到永东闸向斜构造的影响，地层产状变化比较明显，走向NE～SE，倾向SE～SW，倾角5～13°，平均倾角10°左右。-980m水平530采区发育永东闸向斜和永东闸西向斜。永东闸向斜位于530采区北部，永东闸（村）北侧，T21-1孔以西。轴向由北向东南，延展长度约0.58km，幅度约30m，西翼倾角较缓，在5°左右。从区内煤层形态看，具有明显的向斜构造特征，与永东闸向斜特征相吻合；向斜轴部位于FF44-2和FF5301-1断层之间，两翼产状明显，东翼走向SE，倾向SW，倾角7°左右，西翼走向NE，倾向SE，倾角5°左右。向斜构造对工作面回采影响小。工作面胶带顺槽和轨道顺槽掘进过程中均揭露正断层FF44-2、F5301-1和F5301-2断层。FF44-2断层落差11～15m，对工作面回采影响严重；F5301-1断层落差1.5～3.0m，对工作面影响小；F5301-2断层落差2.3～3.5m，对工作面影响小。FF37-38断层位于工作面以外，附近落差5m左右，未探查出其位置、产状等特征，分析可能位置、断层落差有变化，预测对工作面无影响。工作面断层特征及对回采影响情况。第二节防灭火设计该工作面所开采煤层为自燃煤层，自然发火期为40天。根据济宁矿区综采煤层的开采经验，一般每月推进速度超过60m，不会发生自然发火现象。但5301综放工作面在回采过程中，由于工作面机械设备功率大，散热量大，生产集中，开采强度大，冒落空间高，采面配风量加大，漏风强度增大，供氧充足；且高地压采掘活动下容易产生煤体压酥变形产生漏风通道的情况，有自燃的危险；两巷顶煤放出率低，采空区两巷堆积大量松散煤体，使得采空区遗煤自燃危险性增加。主要存在以下容易产生自然发火的问题：(一)煤层埋深大、地温高，工作面煤层原岩地温高，起始温度高，煤自然发火期缩-3-短，预计5301综放工作面开采强度大，散热量大，需配风量大，配风量的增加造成采空区漏风增强。借鉴唐口煤矿工作面自燃三带观测结果，预计5301采空区可能氧化带范围在10-90m范围内，可能氧化带范围大，采空区自燃发火危险区域范围增大。(二)巷道在实际掘进过程中，5301轨道、胶带顺槽自外向内依次揭露FF44-2、F5301-1和F5301-2断层。受以上断层影响，造成断层附近伴生其它小断层、裂隙发育，岩石破碎。工作面过断层期间，预计推进速度可能降慢，自燃发火危险性增大。(三)综放采空区尤其是工作面“两道两线”丢煤多、即：轨道、胶带顺槽，停采线、开切眼，由于两顺槽采用锚网支护，顶煤难以垮落，采空区漏风严重，极易造成采空区浮煤及巷帮及顶板裂隙煤自然发火。(四)采空区防灭火区域增大，一旦浮煤有自然发火的迹象，自燃火源将会迅速发展，危及安全生产，防灭火难度更大。因此，在5301回采工作面过断层过程中，采取综合防治措施，建立以灌浆为主、灌注惰性气体为辅的防灭火系统，以束管色谱微机监测系统为主、人工取样化验为辅的预测预报系统。利用设在地面的MDZ-60地面粉煤灰注浆系统对采空区进行注浆，利用DM-400注氮机通过轨顺敷设的注氮管路向工作面后部采空区注氮气惰化采空区气体。一、预测预报采用人工观测、安全监测、人工采样分析和束管监测的方法对工作面煤层发火情况进行监测，由专人盯面观测和人工采样色谱仪分析相结合的方式进行，并利用安全监测系统、束管监测系统的数据进行对比。在工作面回风隅角和风流处分别设置自然发火观测点，利用KSS200型自燃火灾束管监测系统对工作面回风隅角和风流的CO及其它有害气体浓度进行连续监测，同时人工对工作面回风隅角和风流进行取气分析，加强对煤层自然发火的预测、预报。（一）每天对束管监测数据和人工取样色谱分析结果进行分析，发现有C2H4出现或CO浓度超过0.0024%并增加较快时，及时采取相应措施并汇报通风防尘部、通防工区。（二）束管要做到吊挂平直，不堵塞，不漏气。（三）束管过滤器要做到无粉尘堵塞，过滤性好。1、人工观测检测地点：1-3#支架后部；隅角（支架后部）；工作面回风顺槽出口50m；监测埋管。检测参数：CO、O2、CO2、CH4和T（温度）。检测仪器：CO便携仪、瓦检仪、两用仪和红外测温仪。检测时间：每班检测二次，时间间隔控制在3—5小时。-4-检测说明：检查架间时使用锚杆将束管通过支架之间的空隙，插入支架上方进行检查或取样（此处开采后支架上方可能会有较多的浮煤），在检查前要捏吸气球的次数不少于10次，使取样管内的气体全部排出。检查进、回风隅角时要检查挡风帘内部的气体，把取样管伸到风帘内侧，人员站在安全地点。检查温度时使用温度计或者红外测温仪，主要测定支架之间的间隙处温度，同时使用红外测温仪对支架后部采空区的温度进行测定，要特别注意存在浮煤的位置，测得数据及时做好记录。2、取样分析采样地点：回风隅角（支架后部），架间观测最高的两个点和工作面胶带顺槽出口50m。检测参数：CO、O2、CO2、CH4、N2、C2H6、C2H4、C2H2。检测设备：气相色谱仪。采样时间：正常情况下，三班用气囊采集气样，送至地面进行色谱分析，并形成报表报送通防工区、通防副总。3、安全监测检测地点：工作面回风流。检测参数：CO、CH4、O2和T（温度）。检测设备：KJ76N型安全监控系统。检测时间：实时监测。测点调整：由通防工区调整与工作面推进相关传感器的位置。4、束管循环监测（1）气体采集分析每天上午由气体分析工利用控制柜利用束管对井下各地点的束管采样抽气，并利用色谱仪进行分析。分析数据形成报表，报送通防工区、通防副总工程师。采空区的气体成份观测采用埋设束管测定，采空区气体测定范围距工作面至少150m，约50m设一粉尘过滤器，保持采空区内部一侧两个粉尘过滤器，轨道、胶带顺槽同时观测。预埋管采用50mm钢管，钢管每隔50m设置一长度0.5m三通管，管终端设置过滤器，在主管路上穿入三根束管，每根束管负责一个测点气样，每隔50m一组间隔开，每个粉尘过滤器吊挂距离底板0.5m以上，防止采空区积水堵塞束管，工作面每推进50m后开启面前50m处三通接设好束管，同时关闭通往50m以里采空区侧阀门，随着工作面推进依次埋入采空区，预埋束管取气布置方式如图1。-5-采空区50m50m12345678束管过滤器透气孔0.5m密封胶泥束管图1工作面采空区三带观测测点及埋管布置示意图（2）束管管路维护工作面的束管管路由束管监测工每天进行维护和检查，每天对束管系统进行一次全面检查。发现问题立即汇报区队值班室，并及时处理。二、防灭火系统（一）地面注浆系统工作面正常回采进行日常预防性注浆、当工作面停采出现大范围自燃发火征兆和回采结束后需要大面积进行注浆时使用设在地面灌浆站的MDZ-60地面粉煤灰灌浆系统进行灌浆。灌浆防灭火工艺如下：1、系统组成：MDZ-60地面粉煤灰灌浆系统主要由粉煤灰存储罐、浆料输送、连续式定量制浆、过滤搅拌、输浆及管网系统和外加剂添加等部分构成。2、灌浆材料：利用电厂粉煤灰作灌浆材料。3、灌浆方式：轨道、胶带顺槽埋管、根据现场情况适时注浆的方式。4、注浆参数：在适当调整灌浆系数，水灰比按2:1至5:1配制，灌浆量参数如下：日需粉煤灰量：90m3/d;日制浆用水量：450m3/d;日灌浆用水量：540m3/d;日灌浆量：600m3/d;小时灌浆量：60m3/h;5、注浆工艺：外购的粉煤灰由散状物料罐车运输并储存于粉煤灰储存罐。打开供水-6-阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；粉煤灰定量均匀送入螺旋输送机，至制浆机；制浆机把水与粉煤灰混合、搅拌制成均匀浓度浆液，并将浆液中的颗粒杂物滤出（由于粉煤灰中颗粒很少，故不需单独过滤），同时可根据需要加入悬浮剂等添加料。合格浆液从制浆机出口自流进入圆形缓冲池，经管路送至井下本工作面。6、注浆管路：地面注浆站→回风井（Φ159mm）→回风暗斜井（Φ159mm）→-980一节回风暗斜井（Φ159mm）→-980二节胶带暗斜井（Φ159mm）→530胶带集中巷（Φ108mm）→5301胶带顺槽（Φ108mm）→5301回采工作面后部采空区。注浆管路为专用，当工作面需要注浆时开启阀门连接注浆管路进行采空区注浆。7、注浆条件：采用随采随注的方式通过采空区预埋管对采空区进行预防性注浆。工作面回采过程中出现自然发火征兆、工作面推采到断层处、工作面每月推进速度低于60m丢煤多、工作面推采至“两道两线”（轨道顺槽、胶带顺槽、停采线、开切眼）等重点地点时根据情况适时进行强化注浆；当工作面回采结束并回撤完支架后，进行一次全面预防性注浆后将工作面进行永久密闭。（二）注浆1、注浆方式工作面采用胶带顺槽采空区埋管注浆的方式，对采空区进行注浆防灭火工作。预先在距工作面胶带顺槽敷设好Φ108注浆管路，当注浆管路埋入采空区30m后，将注浆管路固定到超前支架上，随工作面推采拖动注浆管路外移，使注浆管路始终保持埋入采空区30m，保证随采随注。埋管使用φ108管路，预先在距工作面胶带顺槽埋设好注浆埋管，埋管口需要吊起，高度距底板不小于0.5m。2、注浆前的准备工作（1）注浆工要了解工作范围内的管路系统（包括管径、接头方式、阀门型号及安装地点等）；准备卡子、扳手、丝锥、钳子、铁丝等工具材料。（2）注浆工到达工作地点后，首先检查管路系统状况，发现问题及时处理；有不安全因素要立即处理，处理不了的要及时汇报值班人员。3、采空区埋管注浆（