神華新疆能源有限責(zé)任公司烏東煤礦井田位于準(zhǔn)南煤田東南段,距烏魯木齊市東北部約34km,北距米泉市13km,行政區(qū)劃屬烏魯木齊市東山區(qū)管轄。 烏東煤礦(原鐵廠(chǎng)溝煤礦、堿溝煤礦、大洪溝煤礦及小紅溝煤礦)是一個(gè)聯(lián)合技術(shù)改造項(xiàng)目,隸屬于神華新疆能源有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)神華新疆公司),礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6.OOMt/a,它是對(duì)神華新疆公司位于烏東礦區(qū)的原鐵廠(chǎng)溝煤礦、堿溝煤礦、大洪溝煤礦及小紅溝煤礦四個(gè)生產(chǎn)煤礦,通過(guò)整合各煤礦深部煤炭資源和實(shí)行深部聯(lián)合開(kāi)拓,實(shí)現(xiàn)礦井集中出煤、集中排水,改善礦井的安全生產(chǎn)條件,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)生產(chǎn)煤礦的聯(lián)合技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
一、火災(zāi)防治技術(shù)
烏東煤礦開(kāi)采的急傾斜煤層,均為自燃煤層,自然發(fā)火期為3月-6月,開(kāi)采過(guò)程中受到過(guò)自燃發(fā)火影響。由于綜采工作面長(zhǎng)度短(一般在30m-50m左右),工作面后方自燃寬度小,通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和觀(guān)察,自燃帶一般位于工作面后方10-13米的位置,由于綜采工作面推進(jìn)度較快,因此,工作面在回采中本水平的煤不會(huì)發(fā)生自燃,發(fā)火源來(lái)自上分層采空區(qū)。
急傾斜煤層開(kāi)采時(shí),頂板巖層向采空區(qū)彎曲并伴隨有巖層面的向下移動(dòng),有時(shí)底板巖層也會(huì)向采空區(qū)凸起并伴隨層面下滑,隨著采空區(qū)的擴(kuò)大,巖層將產(chǎn)生破裂、垮落,巖層移動(dòng)穩(wěn)定后,上覆巖層會(huì)出現(xiàn)垮落帶、裂隙帶和整體移動(dòng)帶,有時(shí)底板也會(huì)出現(xiàn)整體移動(dòng)帶和裂隙帶。同時(shí)分段放頂煤開(kāi)采后,在地面形成巨大的多次沉陷的塌陷坑,塌陷坑周邊產(chǎn)生多組間距較大的地表裂隙,這些裂隙最終會(huì)與頂板巖層中形成的裂隙相貫通,從而產(chǎn)生大量的漏風(fēng)供氧通道,為采空區(qū)頂板側(cè)遺煤自燃提供了良好的供氧途徑,造成采空區(qū)頂板側(cè)遺煤自燃,并隨放煤過(guò)程進(jìn)入工作面,對(duì)工作面構(gòu)成了嚴(yán)重的發(fā)火威脅。
為確保礦井安全生產(chǎn),烏東煤礦通過(guò)20年的探索總結(jié),建立起以地面回填、黃泥灌漿、氮?dú)夥罍缁?、采后及時(shí)封閉等為主的綜合防滅火措施及監(jiān)測(cè)系統(tǒng),提高了礦井自燃火災(zāi)防治及應(yīng)急處理能力。
地面回填手段應(yīng)用于工作面回采的全過(guò)程,注漿防滅火手段應(yīng)用于工作面采后封閉和突發(fā)性發(fā)火的處理,氮?dú)夥罍缁饝?yīng)用于工作面超前預(yù)防注氮和臨時(shí)封閉注氮以及其他防滅火手段失效后進(jìn)行工作面封閉的最后一種手段,采煤工作面回采結(jié)束后,及時(shí)對(duì)工作面進(jìn)行永久封閉,防治工作面自然發(fā)火。
同時(shí),綜采工作面回采時(shí)要保證工作面有穩(wěn)定、可靠的風(fēng)量,控制好主扇對(duì)工作面的全負(fù)壓,以減少風(fēng)壓對(duì)采空區(qū)的影響。綜采工作面在回采過(guò)程中,要掌握好工作面推進(jìn)度和均勻放煤,工作面端頭和架后大塊要及時(shí)進(jìn)行處理,減少端頭和架后向采空區(qū)漏風(fēng),回風(fēng)端頭尾巷長(zhǎng)度從后部刮板輸送機(jī)算起不超過(guò)1米,進(jìn)風(fēng)端頭要消除尾巷。工作面回風(fēng)巷要安設(shè)一氧化碳傳感器和溫度傳感器,利用礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的、連續(xù)的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)查明原因進(jìn)行處理。
為減少火災(zāi)對(duì)綜采放頂煤工作面生產(chǎn)的影響,提高礦井抗災(zāi)能力。根據(jù)急傾斜綜放面煤層自燃火災(zāi)的特點(diǎn),基于現(xiàn)有防滅火技術(shù)、裝備情況及礦區(qū)特點(diǎn),在充分體現(xiàn)“預(yù)防為主,防治結(jié)合”思想的基礎(chǔ)上,提出適合于綜放面安全開(kāi)采的綜合防滅火思路或應(yīng)急預(yù)案?,F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采實(shí)踐表明,效果顯著,同時(shí)也表明,在復(fù)雜賦存環(huán)境與大段高開(kāi)采條件下,急傾斜特厚煤層放頂煤開(kāi)采防滅火工作是有安全保障。
二、瓦斯防治技術(shù)
1.傳統(tǒng)的瓦斯攔截抽放技術(shù)。烏東煤礦屬于低瓦斯礦井,但是有些區(qū)域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)瓦斯異常區(qū)。采用在下分層攔截抽放瓦斯的傳統(tǒng)方法來(lái)解決瓦斯問(wèn)題,同時(shí)進(jìn)行了采后抽放工作,并取得了較好的效果。
2.工作面架后上方空間瓦斯積聚處理技術(shù)。在工作面回風(fēng)巷施工卸壓抽放鉆孔對(duì)架后空間的積聚瓦斯進(jìn)行抽放。在工作面回風(fēng)巷內(nèi)幫沿煤層走向每隔15m~30m向回采工作面采空區(qū)提前施工3個(gè)鉆孔,孔徑llOmm,長(zhǎng)度60m的高位走向鉆孔抽放采空區(qū)裂隙帶內(nèi)的高濃度瓦斯。能很好地解決回采過(guò)程中的瓦斯超限問(wèn)題。
3.源頭瓦斯治理技術(shù)。通過(guò)和科研院所合作治理,對(duì)從源頭進(jìn)行立體防治,即提前兩年進(jìn)入下水平進(jìn)行瓦斯治理,實(shí)現(xiàn)資源的本質(zhì)安全,瓦斯立體防治原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如上圖所示。同時(shí),配備瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控裝備及預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)三級(jí)聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)監(jiān)測(cè),如下圖所示,在大段高開(kāi)采下,對(duì)瓦斯的有效治理和防災(zāi)減災(zāi)提供保障。
三、防塵控制
烏東煤礦采取主要進(jìn)、回風(fēng)巷和采、掘工作面進(jìn)回風(fēng)巷道安裝全斷面凈化風(fēng)流水幕,皮帶巷各個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)安裝噴霧,井上下作業(yè)人員按要求佩戴防塵口罩等勞保用品,為防止煤塵堆積,對(duì)主要巷道和產(chǎn)塵點(diǎn)安排專(zhuān)人定期進(jìn)行沖洗。在防塵水中添加GE粉塵抑制劑,增強(qiáng)降塵效果。為了預(yù)防有限空間煤塵的積聚誘致煤塵耦合爆炸,除了合理有效控制風(fēng)量以外,在裝藥過(guò)程中使用水炮泥和黃土配合形式進(jìn)行封孔,在爆破過(guò)程起到了很好的降塵作用。另外,由于爆炸空間有限,所用炸藥量較大,爆破產(chǎn)生有害氣體積聚極易傷人。爆破時(shí)使用隔爆水袋,裝上一定數(shù)量的含堿成分的水,較好地中和炸藥爆炸后酸性氣體。烏東煤礦采用煤層注水,在防塵方面取得了很好的效果。
1.降低粉塵濃度,改善職工工作環(huán)境。煤層注水軟化試驗(yàn)預(yù)計(jì)粉塵可降低90%,各產(chǎn)塵地點(diǎn)全塵濃度由l3-100mg/m3降低到l.2-6mg/m3,呼吸性粉塵濃度由1.1-10mg/m3降低到0.14-0.8mg/m3。粉塵濃度降低,降低煤塵爆炸的幾率。
2.軟化煤層。通過(guò)對(duì)工作面頂煤和夾矸實(shí)行超前預(yù)注水軟化,破壞煤層的節(jié)理,使煤體的物理性質(zhì)發(fā)生變化,讓煤體脆性減弱,塑性增強(qiáng),使堅(jiān)硬頂煤容易冒落,從而達(dá)到工作面連續(xù)割煤,實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采。在前期試驗(yàn),工作面仍然通過(guò)頂煤松動(dòng)爆破方式,在后期技術(shù)成熟后將逐漸取消炸藥的使用。
四、水災(zāi)或水患防治技術(shù)
1.水患災(zāi)害源分析。烏東礦區(qū)開(kāi)采的煤層傾角大于45。,煤層開(kāi)采由淺部向下逐步發(fā)展,淺部煤層開(kāi)采時(shí),塌陷直達(dá)地表,如果觸及地表水體,就會(huì)發(fā)生潰水事故。當(dāng)開(kāi)采向下一個(gè)分段和階段發(fā)展時(shí),采動(dòng)損害也會(huì)沿煤層向上發(fā)展,地表水體造成水患的威脅依然存在。造成這種災(zāi)害的特點(diǎn),往往是地下開(kāi)采形成的裂隙系統(tǒng)使地表水體與地下采空空間貫通,成為其補(bǔ)給源。上方已采采空區(qū)和小窯開(kāi)采的采空區(qū)與地表水體貫通,造成生產(chǎn)工作面的“頂水采煤”。為防止地表水在開(kāi)采過(guò)程中造成水患,進(jìn)行了大量防治水工程。其主要包括:(1)修建地表防護(hù)工程,防止采動(dòng)損害區(qū)與水體溝通;(2)修建井下防水工程,防止采空空間聚集的水體向開(kāi)采空間潰流;(3)井下水體預(yù)抽措施;(4)加強(qiáng)對(duì)井田范圍內(nèi)小煤窯開(kāi)采區(qū)域的調(diào)查,防止小窯積水潰入開(kāi)采區(qū)。但開(kāi)采過(guò)程中的水患曾長(zhǎng)期威脅著工作面的安全生產(chǎn)。
從系統(tǒng)科學(xué)角度出發(fā),急傾斜特厚煤層綜放安全開(kāi)采是個(gè)巨大的系統(tǒng)工程,是一個(gè)具有動(dòng)態(tài)性、開(kāi)放性的復(fù)雜巨系統(tǒng),若要進(jìn)行采空區(qū)水患防治,必須保障系統(tǒng)性安全和采掘接續(xù)科學(xué)優(yōu)化與布局的高度上綜合考慮,千萬(wàn)不能采取“頭痛醫(yī)頭,腳痛醫(yī)腳”的片面性防治措施。首先應(yīng)該將架前冒頂和漏頂、大量的有害氣體涌出、工作面潰水潰漿等重大安全隱患納入綜合防治體系,必須采取措施對(duì)工作面回采范圍內(nèi)井筒老巷進(jìn)行探查和處理,保障工作面安全生產(chǎn)。第二要堵住地表水流向開(kāi)采沉陷區(qū)的通道;第三要在井下構(gòu)筑防止采空空間聚集的水體向開(kāi)采空間潰流的通道,同時(shí)在深部水平采取預(yù)抽水措施。
2.水患防災(zāi)減災(zāi)安全開(kāi)采技術(shù)。2010年烏東煤礦西采區(qū)(原堿溝煤礦)回采東三采區(qū)+590mB3~6綜采工作面,根據(jù)地質(zhì)資料說(shuō)明,工作面回采范圍內(nèi)有歷史小窯開(kāi)采遺留老巷和4處井筒,尤其是在距石門(mén)667m處有蘆草溝原四號(hào)井回采遺留下的老井筒,井筒底部超過(guò)工作面目前所在水平,工作面回采至仳需從井筒中部橫穿而過(guò),東西兩側(cè)各留煤柱,由于資料有限,老巷和井筒內(nèi)具體情況不明。工作面穿過(guò)此井筒老巷時(shí),將面臨嚴(yán)重的架前冒頂和漏頂、大量的有害氣體涌出、工作面潰水潰漿等重大安全隱患,直接威脅工作面的安全生產(chǎn),所以必須采取措施對(duì)工作面回采范圍內(nèi)井筒老巷進(jìn)行探查和處理,保障工作面安全生產(chǎn)。為使該工作面安全順利的通過(guò)井筒,烏東煤礦西采區(qū)確定使用山東濟(jì)寧浩珂礦業(yè)公司生產(chǎn)的馬麗散、羅克休材料提前對(duì)井筒內(nèi)松散煤體進(jìn)行固化,使井筒內(nèi)浮煤與井壁原始煤體形成一個(gè)整體,確保綜采工作面安全通過(guò)老井筒。東三采區(qū)+590mB3~6綜采工作面推進(jìn)期間沒(méi)有發(fā)生架前跨冒、支架下沉、有害氣體涌出等現(xiàn)象。截止10月17日,工作面安全順利地通過(guò)了井筒。
通過(guò)馬麗散、羅克休新型材料的試用,為下一步東三采區(qū)工作面安全順利的通過(guò)其他4個(gè)井筒提供了技術(shù)保障,驗(yàn)證了材料的可靠性。結(jié)合本技術(shù)的特點(diǎn),馬麗散、羅克休材料也可用于破碎煤體的加固、高冒區(qū)的處理、密閉的堵漏、防治水災(zāi)等方面,為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。