无煤柱开采沿空留巷防止漏风的安全技术措施

1无煤柱开采沿空留巷防止漏风的安全技术措施无煤柱开采技术已广泛被应用，它是一项提高回采、减少掘进工程量、保证接续、提高工效、降低成本的即安全又经济的有效开采工艺。但是通过回采实践过程揭露一些不容忽视的问题，即，在有自燃倾向性煤层中采用该各开采工艺时，往往由于沿深留巷过程中漏风问题解决不好，造成采空区，开切眼上。下顺槽，最终停采线漏风而自然发火，特别是在厚煤层中分层采和放顶煤开采时，采空区自然事故出现的几率更高、更明显。为减少漏风稳定系统、抑制自燃发火方面做如下几方面的安全技术。一、水砂充填带隔离采空区这种防火工艺就是在采煤过程中随即将开切眼附近，采面后部的上下顺或者左右上山依次充填，工作面回采完后将停采线附近予以充填。如图1所示，最后用一个充填将采区予以封闭，起着一种隔离煤柱的作用。充填带的宽度开切眼和停采线处一般为10宽，上下顺槽或上山则随该井巷的宽度而定。开切眼和停采线处充填带的充填工艺和正常开采时充填法相同，上下顺槽或上山的充填工艺和一般巷道包帮灌浆充填相似。这种水砂充填方法工艺简单，在有水砂充填的矿井无需增添设备，无水砂充填系统的矿井，只需添置砂浆泵和管材即可。二、可塑性胶泥堵漏风如图2。当两个前进式工作面（综采工作面）回采完成后，留出2了两条沿空巷道，第三个后退式回采工作面就自然地形成。为防止此两条沿空巷风流漏入采空区而引起煤的自然发火，应采用一种半塑性不凝固的胶泥，将胶泥压入采区矸石堆的缝隙中，胶泥与矸石堆能很好胶结，形成了一片4米宽的矸石墙。这样在沿空巷道采区的一侧形成了一个不透气的隔离带，阻止了风流漏入老空区。这种半塑性、不凝固胶泥与矸石胶结合当巷道动压来临时，随着巷道变形而变形，不会形成新的裂隙而漏风。三、喷涂塑料泡沫防止漏风为防止巷道风流漏入采空区引起自然发火普遍采用常温凝固的塑料泡沫喷涂到密闭上、巷道壁上、形成厚度为20~30厘米的闭孔泡沫塑料层。这种泡沫塑料一般都具有难燃、抗静电、耐压、不透气的特性。以常温固化尿醛树脂为原料的防漏风泡沫塑料喷涂技术。《泡沫－1型》发泡装置喷放泡沫。这种塑料泡沫对煤、岩石、木材、金属体和其它材料都很好胶结，在出现矿山压力时，此时尿醛塑料泡沫可以缩其初始高度的70～80％，只有稍微漏气。通过煤矿井下1200米的密封采空区的试验、堵漏风效果良好。《泡沫－1》型塑料泡沫装置，仅需2人操作，在6小时的小班内可喷涂厚度为0.2～0.3泡沫层100m2。尿醛塑料泡沫密闭漏风与负压关系式为：Q=ahα，式中Q—塑料泡沫层漏风量a和α—根据试验数据用对比法求出的系数；h－已密闭采空区负压，mmH2O。图3为沿空巷道沿老空区侧喷涂的防漏风尿醛泡沫塑料层。图4为不同厚度3泡沫塑料的负压h与漏风量Q关系。四、风压调节法防止漏风风压调节法是使用一定的通风设备和设施作为手段，改变井下通风压力状态，降低采空区或封闭区进回风侧的风压差，减少漏风的一种工艺。采用建立调压峒室法。在一些易自然发火的煤矿，为了控制向采空区漏风，在已采过的联络巷密闭，或工作面回采完毕的采终线密闭可以普遍设立调压峒室以调节密闭区（即采空区）内外的压力差，以阻止向采空区的漏风。调压峒室的结构如图5所示。调压室的风墙与防火墙间距离一般是5～10米，当调压室水柱计呈现负压状态时，启动风机并将窗口调板调至水柱压力为零，此时密闭区内的气压与调节峒室的大气压力趋于平衡，以此阻力向密闭区（或采空区）漏风。五、飞灰充填带封闭采空区飞灰是火力发电厂在烟道中排出的污染大气的尘埃。飞灰的形状和化学成份随煤质和粉碎工艺以及燃烧方法的不同而变化。它的一般物理性状和化学成份列表中。SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOH2O强热减量比重比表面积cm2/g粒度(目)48.2025.7610.754.01.250.653.01.952700200以下飞灰颗粒形状多数为球形,容易吸收水汽而结块。作为煤矿井下用防火材料具有气密性能好，脱水性强的特点，并可用水力输送和风力输送。飞灰可以作为防止井下密闭漏风的充填材料，也可以作为4采空区周边防止漏风充填隔离带的材料，更可以代替黄泥灌浆作为防火灌浆材料之用。在煤巷、石门、立眼、斜井中均可用水力、风力流送飞灰来构筑防漏风抑制自然发火的密闭和采空区充填带。图6是某煤矿利用飞灰充填密闭的工艺图。利用飞灰作用井下防火充填材料在实际应用时，飞灰浆浓度是飞灰：水=6：4。飞灰沉淀、脱水后的体积为灌入体积1/3。所以在沉淀24小时后必须进行第二次充填，为了能充满，在密闭处的巷顶应预先挖槽，并使充填管出口伸至最高位置。飞灰由于颗粒很细，一般在200目以下，为了防止灰浆从缝隙随水脱出，在木板闭内壁铺设麻布或塑料编织布，以便于沉灰脱水。飞灰作为防火充填材料有很多优点，飞灰来源广泛，价格低廉。飞灰脱水性好，脱水后的飞灰气密性好，且强度大，渗透性好，能够将矸石，巷道壁的裂缝填满充实。一般用泵将飞灰浆输送到充填或密闭地点，速度快，所需工时少，井下任何地点均可采用。以上所述防漏风抑制自然发火的技术措施，都是煤矿行之有效的防火方法，为了有效地防止、控制、扑来无煤柱开采、沿空巷道综采工作面因漏风而引起的自然发火，毫无疑问地采用上述各项防漏风技术的同时，还应配合其它有效的防灭火技术，如阻化剂防火，井下火灾的预测预报等实行综合防灭火技术，这样才能更有效地防止自然发火的发生，保证煤矿安全生产。5沿空掘巷就是把巷道布置于低应力场，便于巷道维护，减少变形量，其关键是严格控制煤柱宽度，留小煤柱的目的是将巷道与采空区隔离，防止采空区的水与有害气体串入巷道，危及安全生产，但煤柱宽度对巷道的维护状况起决定作用，若煤柱过小，由于靠采空侧的煤柱受支承力的影响已呈塑形，容易失稳，片帮严重，若煤柱过大，则回采巷道布置在压力增高区内，将使巷道压力大，支护困难。沿空留巷gob-sideentryretaining采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道。1.概述编辑本段1.1.问题的提出为了回收传统采矿方式中留设的保安煤柱。采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用。这种留巷的做法是沿着采空区边缘在原顺槽位置保留就称为沿空留巷。沿空留巷可以最大限度回收资源。避免煤体损失。1.1.1.国外代表上世纪60年代英国、德国开始采用。这些发达国家非常重视这种一次性能源的开采。分别采用前进式和后退式的工作面沿空留巷方法以实现无煤柱开采。现在基本普及无煤柱开采。国外目前主要以无机有机混合结构形式结合钢结构骨架实施沿空留巷隔墙。我国上世纪70年代引进使用，那时候因为经济基础等因素影响，所采用的方法都没有广泛适应性。后期出现的“高水材料”成本过高、强度和耐久6性不足、特别是没有掌握矿山压力规律，从根本上扭转巷道维护困难的局面而没有得到推广。1.1.2.我国典范从20世纪90年代淮南矿业集团为了治理瓦斯，坚持实施科学创新开采。在袁亮院士带领下，淮南在实现充填材料更新、充填工艺及装备机械化的基础上，成功的采用沿空留巷，实现了煤与瓦斯同采。在较好的解决了回采工作面推进上隅角瓦斯积聚以及在高应力区掘巷引发的瓦斯突出和瓦斯爆炸事故的同时，把沿空留巷无煤柱开采推进到了一个新的发展阶段。实践证明，无煤柱开采方案实践可有效地控制瓦斯爆炸、冲击地压等相关事故的发生。通过对岩层运动和矿山压力发展变化规律的研究，正确的进行巷道矿压控制设计以及解决好巷道掘进和维护期间老塘透风问题，完全能够控制原煤柱护巷方案产生的重大事故。在掌握了沿空留巷的内在本质的基础上，西安科技大学惠兴田课题组认真分析近年沿空留巷研究成果。专注于及时和高强两方面兼顾上上下功夫。在此基础上研究并发明了封闭模铸砌体结构。这种隔墙技术由于采用预制混凝土技术作为隔墙高强内核使得隔离墙具有早期高强度，以注浆技术的密闭和充填性作为支护的及时性可以保证砌体墙体既有严密的封闭性又能够及时贴顶支护。这种技术一次解决了现有混凝土隔墙技术无法解决的及时性和高强度问题。而且成本远远低于一般泵送混凝土的成本。对沿空留巷具有代表意义的专利技术：发明3项：一种刚柔复合7结构模板及其沿空留巷隔墙施工方法；可变弹性接顶模板及其施工方法；用于沿空留巷的综合一体机及其施工方法。实用新型2项：一种沿空留巷砌筑隔离墙使用的复合模板；一种变形内胎模板。1.2.无煤柱开采意义减少巷道掘进量——缓解接续紧张；节约掘进费用——提高综合经济效益煤炭全部回收——延长矿井寿命，提高社会效益上世纪沿空留巷技术方案缺陷阻碍了该项技术实施近十年混凝土技术的成熟为沿空留巷打下良好基础1.2.1.现实意义减少巷道掘进量——缓解接续紧张；提高综合效益1.2.2.战略意义开发煤炭资源；提高煤炭回收率推行无煤柱开采，不仅对生产矿井进行技术改造、缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现实意义，而且也是使煤炭企业改善安全条件和技术经济指标，增产、增盈减亏的主要途径之一。根据我国的实践经验和当前的技术水平，目前推行的无煤柱开采护巷分为沿空留巷、沿空掘巷、跨采和预采无煤柱护巷以及在采空区内形成巷道四种形式，其中沿空留巷这种无煤柱护巷方式如果实施技术方案合理的话在技术和经济上有更多优越性，具有广泛意义，因而对于条件适合的矿井都应当优先采用。编辑本段1.3.无煤柱采矿经历上世纪60年代世界一些主要产煤国家为了达到少掘巷道、增加8煤炭资源回收率、增加生产的连续性和提高矿井的经济效益目的，而采用往复式“Z”形开采，前进式和后退式的工作面沿空留巷方法以实现无煤柱开采。对沿空留巷的矿压显现、适用条件、合理支护形式及新型支护材料等都进行了大量研究。在这方面做得较多的是前苏联、德国、英国、波兰等国家。这些发达国家非常重视这种一次性能源的开采。现在基本普及无煤柱开采。国外目前主要以无机有机混合结构形式结合钢结构骨架实施沿空留巷隔墙。我国上世纪70年代引进使用，那时候因为经济基础等因素影响，所采用的方法都没有广泛适应性。后期出现的“高水材料”成本过高、强度和耐久性不足、特别是没有掌握矿山压力规律，从根本上扭转巷道维护困难的局面而没有得到推广。我国从薄煤层到厚煤层，从缓倾斜煤层到急倾斜煤层，都已有沿空留巷的成功经验。但是，在沿空留巷研究与应用中仍存在着不足之处，使得一些矿井在应用沿空留巷技术中没有取得预期的效果，并限制了沿空留巷技术在我国更广泛的推广。经过几十年的发展，我国一些矿区在沿空留巷方面取得了可喜成绩。一些矿井取得了非常客观的经济效益。沿空留巷技术正处在一个急速起步的黄金时代。2.沿空留巷技术现状在几十年的研究应用中，该领域的成功与失败并存，我们分析这些经验归结如下：编辑本段2.1.密集支架形式基本不可取沿空留巷在上世纪研究初期基本上都是以支架形式完成。那时候各种支架形式的应用曾经解决过许多回采工作面的无煤柱采煤问题。9但都是应用到一些采面地压相对较小并且煤层赋存条件较好的无自然发火的低瓦斯矿井。而且应用情况也不能令人满意。这种方式因为支护材料品种多，工作量大，支护效果差，采空区隔离效果差等问题现在很少应用。图表3‑1密集圆木点柱矸石堆垛编辑本段2.2.矸石堆垛方式应该淘汰矸石堆垛法是一种看似简单经济的做法，但因为该方法不能达到及时有效支撑顶板，容易造成顶板过量下沉导致巷道不利于回采工作。这种方式虽然材料单价低，但会消耗大量的人力，而且隔离效果很差，因此适应面很小。一些好的方法的出现会加速这一方法的淘汰。图表3‑2薄煤层袋装矸石堆垛编辑本段2.3.砌体墙法存在缺陷采用预制块砌墙可以克服上述2.1和2.2节所述密集柱和矸石堆垛的许多缺陷，能够基本形成一道隔离采空区的密闭墙体。但该方法还是不能解决墙体与顶板的接顶问题，往往会造成顶板过量离层使得支护效果不佳。应该在此基础上进行改进。图表3‑3预制混凝土砌块编辑本段2.4.高水高效充填支护法事倍功半随工作面在采空区所在一侧构筑巷帮充填体形成巷帮支护带。该支护方法一般使用材料强度低，用量大且不能有效控制直接顶的离层和及时切断直接顶，不利于保持巷道的稳定性。同时，由于成本高，支护效果差，现场实际应用很少见。该方法的最大优点是充填范围大，适应性广，施工机械化程度高。该方法的最大缺