平行升压技术在防治地表裂隙漏风方面的应用

浅埋深工作面采空区顶板裂隙沟通地表塌陷裂缝,形成漏风通道,在矿井负压通风作用下,地面新鲜空气通过裂隙进入采空区,造成采空区煤炭自然氧化,工作面面临封闭危险。通过研究应用平行升压技术,提高采煤面大气绝对压力,实现采场与漏风通道的风压平衡,消除了采空区漏风和煤层自燃隐患,实现了安全开采。

再生顶板煤自燃漏风裂隙控制机理

再生顶板煤自燃是矿井火灾常见类型之一,其顶板裂隙漏风是导致遗留煤炭氧化自燃的关键原因。现阶段,对于再生顶板的支护方式仅从“强帮固顶”的角度出发,针对裂隙漏风的控制研究尚不完善,尤其缺乏在应力集中导致漏风裂隙演化扩展方面的研究。基于此,针对山东鹿洼煤矿2304工作面回风巷再生顶板,以弹性力学理论、临界破坏准则及广义胡克定律为基础,分别推导了各种措施下的应力集中系数与再生顶板围岩特性参数的关系,并利用再生顶板现场情况结合压溃实验与分形维数,阐明了各种措施下的再生顶板应力集中控制情况与裂隙演化规律研究。结果表明:岩石弹性模量对再生顶板的应力集中影响最为显著,且根据现场工况计算得出,使用锚杆支护时,最大应力集中系数为2.341,水泥浆胶结支护时,最大应力集中系数为1.563,纳米浆泡材料胶结支护时,最大应力集中系数为1.393;此外,利用压溃实验发现水泥材料胶结体的裂隙主要从中心向四周扩散,其横向纵向的裂隙数量均会持续增加,并逐渐贯通,而纳米浆泡材料仅会在原有裂隙基础上继续演化发育,当单轴压力超过8 MPa后,纳米浆泡材料胶结体的裂隙基本不再发育;分形维数计算结果表明,当压力小于5 MPa时,纳米浆泡材料的多孔结构会使分形维数大于水泥材料胶结体;当压力大于5 MPa时,尤其是超过抗压强度后,纳米浆泡材料胶结体的分形维数小于水泥浆胶结体,故裂隙扩展演化速率更加缓慢,有利于阻止再生顶板的裂隙漏风。

煤层反采过程中的裂隙漏风及处理

我国东部地区矿产资源形势严峻,多个企业反采以往遗漏的煤层,创造经济效益。然而,以往的上行顺序采煤判别方法,没有对裂隙漏风做详尽的研究,使得判别方法不合理。分析并介绍了煤层反采过程中的裂隙漏风问题,提出了以往判别法中的不合理之处,并对其进行了初步修改。对于现有煤矿存在的煤层反采裂隙漏风问题提出了系统的解决方法,为煤层反采工作起到一定的指导作用。

浅埋厚煤层地表漏风对采空区煤自燃影响数值模拟研究

西部矿区浅埋厚煤层通常采用抽出式通风方式,地表漏风不仅使风流紊乱,而且其中的O 2贯穿采空区,与采空区遗煤共同作用使其氧化,从而发生煤自燃,并且产生的CO等有害气体超标,严重影响矿井的正常开采。目前一般采用现场实测、理论分析及实验研究方法对地面漏风引起的采空区内煤自燃的气体浓度场和温度场等进行研究,然而地表裂隙漏风自然发火实验复杂程度较高,理论分析及实验研究方法难以从三维角度认识地表漏风对采空区内煤自燃的影响规律。针对上述问题,根据我国西北矿区埋深浅、煤层厚等特点,建立三维数值计算模型,采用数值模拟与现场实测相结合的方法研究了浅埋厚煤层条件下导气裂隙采空区“三带”分布情况及不同工况下采空区O 2浓度场、CO浓度场、温度场、压力场等的分布规律,并采用ZD5煤矿火灾多参数监测装置进行现场验证。结果表明:采空区内“三带”分布规律和O 2浓度场分布受地表漏风影响明显,采空区顶部O 2容易聚集,改变了采空区内气体流场分布规律,采空区内高体积分数O 2(体积分数为18%~23%)聚集范围为沿采空区走向0~270 m、沿采空区竖直方向3~20 m,特别是在沿采空区走向0~80 m、沿采空区竖直方向3~8 m空间O 2充足、有一定遗煤且热量不容易散失,该区域煤自然发火危险程度较高;采空区内回风隅角压力最小,为-10 Pa,回风口压力最低,进风口压力最大,沿倾向、竖直方向及走向压力均逐渐增大;采空区内温度和CO分布规律类似,在采空区底部受顶部漏风影响很小,主要受工作面进风隅角影响,热量积聚和CO聚集规律与不漏风时基本一致,而从采空区中部开始,温度和CO主要受顶部漏风影响,在中部区域温度和CO均呈现“O”形圈分布,采空区顶部,温度和CO在每个断裂带与采空区交接处达到极大值,并向两侧递减,在最深部的断裂带与采空区交接处出现最大值。

井下裂隙塑性封堵防灭火技术研究应用

针对煤矿井下工作面裂隙漏风导致煤自燃的问题,提出了采用塑性封堵材料对工作面裂隙进行封堵的防灭火技术。通过使用塑性封堵材料在陕西彬长大佛寺煤矿40103工作面的封堵性能研究实验,得出塑性封堵材料不仅能迅速填充较大的裂隙,而且对存在的细微裂隙也能起到有效封堵作用。结果表明:塑性封堵材料对于工作面裂隙封堵效果优异,塑性封堵材料的使用极大地降低了工作面由于裂隙漏风导致煤自燃的可能性,对煤矿井下裂隙封堵材料的现场应用具有一定的指导意义。

浅埋煤层群开采工作面防灭火技术研究

针对3305采煤工作面埋深浅、采空区漏风复杂以及采面与上覆采空区间间距小等问题,提出以预防性灌浆、注氮为主的防灭火技术措施,并通过强化监测手段提高火灾预警能力、通过减少漏风实现采空区遗煤及时惰化。结合3305采煤工作面现场情况,对采用的防灭火技术措施进行详细分析。现场应用后,3305采煤工作面回采期间采空区及上覆2#煤层采空区均未发现有遗煤自燃发火征兆,采用的防灭火技术措施取得较好效果。

资源整合矿井复采煤层堵漏风技术应用分析

复采煤层巷道掘进过程中受原小窑影响,容易发生顶板冒落,矿井采用负压通风,巷道掘进过程中会遇到原小窑采空区向掘进巷道漏风的问题。为了解决薛虎沟煤矿2#复采煤层掘进过程中的小窑漏风问题,通过加强揭露空巷管理、地面裂隙巡检、掘进巷道风量测量、掘进工作面短探管理等及时发现井上下的漏风裂隙及地点。结合矿井实际状况,综合考虑高分子材料注浆堵漏风、巷道喷浆堵漏风、地面废旧井筒堵漏风和井下小窑巷道封堵堵漏风等方法的优缺点,根据漏风裂隙实际情况选取合理措施对裂隙进行封堵,巷道堵漏风效果良好。

采煤工作面煤柱自然发火防治技术研究

针对130205工作面回风巷煤柱自然发火问题,以封堵煤柱内漏风裂隙、回风巷表面裂隙为出发点,针对性设计防灭火技术方案。具体在煤柱内注入凝胶实现漏风裂隙有效充填、煤柱靠近130203采空区注入三相泡沫应对采空区位置遗煤及煤柱表面破碎煤体氧化升温问题、在回风巷煤柱帮喷涂盖尼克塑性喷涂材料封堵采动裂隙,并详细设计防灭火技术措施。现场应用后,130205工作面回风巷煤柱漏风问题得以有效解决,煤柱内基本不存在高温点,表明现场使用的防灭火技术取得显著应用效果。

急倾斜特厚煤层采空区煤自燃治理关键技术研究

针对陈兴远煤矿42-43号急倾斜特厚煤层采空区易发生煤自燃的问题,通过分析岩层移动规律发现,受采动影响形成的顶板侧裂隙漏风与采空区大量遗煤复合作用是影响采空区煤自然发火的主要因素。针对火区地表漏风严重、浮煤区域分布广且呈立体分布的特点,提出构建地表回填堵漏风,井下钻套一体化快速灭火钻孔施工、立体式灌注三相阻化泡沫泥浆快速降温防复燃的火区综合治理技术。应用这些技术有效抑制了火区的蔓延,并成功扑灭了该火区。

厚煤层小煤柱工作面开采综合防灭火技术研究

8204综放工作面采用6 m小煤柱护巷,虽然可显著提高采面煤炭资源采收率及回采经济效益,但是由于煤柱宽度较小,导致采面漏风量较大,容易引起邻近的8202采空区遗煤自燃。结合8204综放工作面现场情况,从本采面采空区内遗煤自然发火防治以及邻近的8202采空区遗煤自然发火防治两个方面针对性提出防灭火技术措施,并进行工程应用。现场应用后,8204综放工作面在回采期间回风隅角位置CO体积分数始终在24×10^(-6)以内,表明现场采用的防灭火技术措施取得了较好的效果。研究成果为本矿其他小煤柱工作面回采防灭火工作开展积累了经验并为其他矿井类似条件防灭火工作的开展提供参考。

龙泉煤矿4203工作面采空区封闭技术研究

以4203工作面采空区密闭为工程背景,结合现场情况对采面胶带顺槽、回风顺槽以及抽采巷位置布置的密闭设施布置情况进行分析,并通过注浆方式封堵防火密闭周边漏风裂隙。现场应用后,4203采空区密闭设施可靠,取得较好密闭效果。

瓦斯抽采钻孔径向膨胀渗透封孔技术研究

针对本煤层瓦斯抽采钻孔漏风严重、抽采浓度低和有效抽采周期短的技术难题,分析了煤层瓦斯抽采钻孔的漏风机理和封孔关键技术,提出煤层瓦斯抽采钻孔径向膨胀渗透封孔技术,阐述了该技术封堵钻孔周边裂隙带的技术原理。最后结合实例确定了某矿2210工作面煤层瓦斯抽采钻孔的合理封孔深度为16 m,试验表明采用径向膨胀渗透封孔技术后,钻孔瓦斯抽采体积分数提高21%～32%,平均抽采流量提高0.016 m3/min,可延长抽采期1～2个月,既保证瓦斯抽采的安全、高效进行,又避免了封孔材料的浪费和抽采盲区的形成。

基于阻断漏风路径原理的新型钻孔封孔装置

瓦斯抽采钻孔的封孔质量直接影响其抽采效率,为了有效保障瓦斯抽采钻孔的封孔质量,对瓦斯抽采钻孔封孔后可能存在的漏风裂隙及其可控性进行定性分析,并据此对其漏风路径形成的难易程度进行对比。结果表明:封孔后瓦斯抽采钻孔内部及外部可能存在的裂隙主要有巷道围岩松动圈裂隙、支护装置周边裂隙、煤层内部原生裂隙、钻孔周边裂隙、封孔材料裂隙及抽采管裂隙6种;相应地,瓦斯抽采钻孔可能产生的漏风路径主要有7种,其中最容易形成的漏风路径为巷道内空气→巷道围岩松动圈裂隙→钻孔周边裂隙→抽采钻孔→抽采管。基于此,结合现有瓦斯抽采钻孔封孔装置的不足及其现场应用实际条件,从切断漏风节点之间的联系、消除漏风节点进而阻断漏风路径的原理出发,提出了1种可回收及多次补封的新型钻孔封孔装置。

风蚀地貌区浅埋厚煤层采动漏风规律研究

为研究风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采采空区漏风规律,以榆树岭矿井110501工作面为工程背景,通过相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法对采空区漏风情况进行研究。研究结果表明:110501工作面开采后,裂隙发育至地表,地表漏风裂隙平均间距约为15 m,竖直方向上,距离煤层越近,覆岩下沉位移越大,最大下沉位移量约为8 m;裂隙贯通地表条件下,采空区自燃“三带”范围增大,地表风流为主要风源,风流路径为地表裂隙→采空区→工作面;工作面后方150 m采空区内为主要漏风区域,平均漏风强度为2.29 m^(3)/s,采空区上覆岩层裂隙是主要漏风通道,靠近采空区回风巷侧裂隙漏风能力最强。研究结果可为风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采时工作面通风和采空区自燃危险区域判定提供参考。