浅埋近距离煤层群上覆采空区火灾及气体下泄防治研究

针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF6气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体的下泄机理。研究结果表明:煤层自燃倾向性、复杂埋藏条件和老窑火区是发生煤层自燃的主要原因,在标定12个火区中心点和39 077 m2隐患区域基础上,发现地面、采空区火区和工作面三者裂隙相互连接是导致CO气体在工作面后半部分涌入工作面并在回风隅角处聚集的主要原因。同时,研究发现,采用井上下联防联控手段可消除上覆采空区内高温点,使得CO气体浓度稳定在0.05%以下,有效控制了采空区自燃和气体下泄问题,保障了13103工作面安全生产。

上覆采空区气体下泄防治技术研究与应用

为有效防治沙坪煤业13103工作面上覆采空区有害气体侵入,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析研究上覆采空区有害气体运移规律,提出了上覆采空区有害气体下泄防治技术。模拟结果表明:回采50 m时,上覆采空区一氧化碳(CO)自上而下向工作面和进风巷方向扩散,由工作面中后部位置涌入工作面,在回风隅角处聚集。回采400m时,切眼侧CO范围较50m时增大,13103工作面靠近回风隅角处采空区CO积聚现象严重。在此基础上,提出均压系统和煤柱隔离相结合的上覆采空区有害气体下泄防治技术,并开展现场应用。现场试验表明:均压技术可有效阻止有害气体下泄,降低工作面有害气体浓度。

多煤层开采上覆采空区有害气体下泄定量化关系探讨

多煤层开采过程中上覆采空区有害气体易下泄至下伏采动空间,导致下伏开采工作面有害气体超限。以大同矿区双系煤层群开采侏罗系采空区有害气体向石炭系工作空间下泄为工程背景,应用关键层理论、流体力学等理论,提出了侏罗系采空区有害气体下泄的条件,对双系采空区连通特征进行了分类并给出其判别标准,创建了侏罗系采空区有害气体向石炭系工作面下泄的多参量控制方程。结果表明:大同矿区侏罗系煤层采空区有害气体向石炭系工作空间或采空区下泄的条件是,双系之间存在一定宽度的气体运移通道且双系流场间存在压差;大同矿区双系间采空区连通特征可以分为双系采空区流场不连通、双系采空区流场连通但不致灾、双系采空区流场连通且可致灾3类,同忻矿8207工作面与上覆侏罗系采空区的连通特征属于第Ⅲ类;针对同忻煤矿8207工作面开采条件,应用建立的有害气体下泄多参量控制方程,确定工作面主关键层破断2 h后,9403~10112 m3的有害气体从侏罗系采空区下泄到8207工作面及其采空区,从而导致8207工作面采场中有害气体2 h内增加30%~33%,易导致工作面有害气体超限。研究成果为多煤层开采上覆采空区有害气体向下伏采动空间下泄的条件、机理、下泄量计算等研究提供了全新的思路。

基于均压通风系统的多煤层开采有害气体下泄防治

马脊梁煤矿开采14-2号煤层305盘区8505工作面时,上覆14-2号煤层305盘区8507采空区有害气体下泄,造成8507工作面上隅角缺氧,通过在8507工作面建立上下煤层的均压通风系统——调节风窗与局部通风机联合均压,有效防治了上覆煤层采空区有害气体下泄到本煤层工作面。

上覆采空区有害气体下泄防治技术

大同矿区侏罗系属于近距离煤层群开采,上覆采空区内的有害气体容易下泄进入下部工作面,严重威胁着作业人员的生命安全。采用相似材料模拟试验系统研究覆岩破断运移与裂隙分布规律,结合现场实测数据分析有害气体下泄过程。结合多层采空区流场动态平衡原理,设计升压通风调节系统抑制有害气体下泄。对四台矿8209工作面升压系统进行了技术研究,通过计算确定了合理的升压值。现场应用结果表明,升压技术可以有效遏制上覆采空区有害气体下泄,保障下部工作面安全开采。

基于钻孔摄像及示踪技术的上部远距离采空区有害气体下泄验证方法

针对特厚煤层放顶煤工作面采动影响下,上部远距离采空区有害气体是否下泄并对工作面上隅角气体浓度产生影响的疑惑,提出了利用钻孔摄像及示踪气体技术联合验证的方法。研究结果表明:特厚煤层综放工作面岩层垮落高度呈台阶状上升,垮落高度远大于普通综采工作面;工作面回采至100 m时,上部岩层垮落高度可达190 m,工作面初次来压后,远距离上部采空区有害气体经垮落裂隙下泄至工作面采空区,最终影响工作上隅角有害气体浓度;钻孔摄像结合SF6气体示踪技术可准确判定远距离采空区有害气体对回采工作面的影响,为工作面有害气体防治提供技术支持。

均压通风在综放工作面气体下泄防治中的应用

通过建立局部通风机与调节风窗增阻联合均压通风系统,有效减少上覆煤层采空区有害气体下泄。本文主要介绍了局部通风机与调节风窗增阻联合均压通风系统的建立、启动及安全保障措施。结果表明该种均压方式可以有效减少复杂条件下特厚煤层放顶煤开采上覆煤层采空区气体下泄情况。

上覆采空区有害气体下泄防治技术研究

中煤大同能源塔山煤矿综放工作面,因回采放顶煤后采空区与上覆2#煤层采空区垮通,顶板冒落高度叠加,裂隙导通上覆侏罗系采空区,在矿井负压及大气压变化情况下造成上覆采空区积存气体涌入本工作面,导致工作面、上隅角及回风流二氧化碳气体浓度升高,氧气浓度降低。通过对局部升压通风系统治理气体异常情况的可行性理论研究和实践,成功解决了采空区气体异常涌出情况,为采煤工作面上覆采空区气体下泄治理工作奠定基础。

小窑火区影响下近距离煤层群开采火灾防控技术

为解决小窑火区影响下近距离煤层群工作面开采火灾防控难题,以5112工作面为例,系统性分析了上覆小窑采空区气体爆炸危险性和有毒有害气体下可能性,评估了本层采空区自然发火的可能性。制定了液态惰气直注、均压防灭火、预测预报、注氮防灭火和漏风封堵等“本质安全型”火灾防控技术,并开创性采用水力冲砂技术对工作面后部采空区进行了全断面封堵,实现采空区区段隔离,确保了工作面安全开采。

大垂距双层采空区流场平衡控制技术

为了解决大垂距火区下综放面均压通风防治上部火区有害气体下泄时将采空区瓦斯压入火区引发次生灾害的问题,采用理论研究的方法,对大垂距双层采空区流场平衡的控制条件进行分析,确定了双层采空区流场平衡的安全调节区间。在同忻煤矿西8101工作面进行应用,结果表明:当连接双层采空区的U型水柱计压差满足(350+0.016l,538+0.016l),l∈(85,1 600)时,工作面上隅角CO体积分数在回采期间始终保持在24×10-6以下,有效地保障工作面的安全回采。

上覆采空区下工作面均压通风技术应用研究

四台矿为高瓦斯矿井,煤层均具有自燃倾向性,为容易自燃煤层,自燃等级为Ⅰ类,自然发火期为2~3个月。现开采14~#煤层,上覆12~#层采空区,本面采空区顶板随着后退式采煤推进,顶板逐渐垮落后与上覆采空区形成连通关系,由于四台矿为抽出式负压通风,上覆采空区内的有毒有害气体在抽出式负压通风的作用下,可能会顺着漏风通道由12~#层下泄进入14~#层工作面,造成重大安全隐患,所以在工作面回采时顶板初次垮落前及时启动局部均压系统。分析了均压防灭火技术原理,探讨了均压防灭火技术的优缺点,对类似矿井具有借鉴意义。

采空区下特厚煤层综放开采技术实践

通过对同忻矿石炭系3-5号层8107综放工作面地质条件的分析,确定了合理的开采工艺,解决了采空区积水防治、上覆采空区CO气体下泄、防灭火等问题,使工作面回收率达94%,实现了高产高效。