第45屆等級獎?wù)撐?--曉南礦“110工法”安全開采技術(shù)
曉南礦???譚洪軍
??摘要：無煤柱開采是合理開發(fā)利用煤炭資源、提高回采率、降低掘進率、減少巷道維護費、利于礦井安全生產(chǎn)的一項先進煤炭開采工藝。以N1-1502工作面開采過程中遇到的問題為研究對象，對曉南礦“110工法”安全開采技術(shù)進行了詳細的分析總結(jié)。
?關(guān)鍵詞：??無煤柱開采 ?“110 工法” ?高瓦斯 ?易自燃 ?安全管理
鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司曉南礦于1980年9月28日建成投產(chǎn)，隨著礦井煤炭資源的不斷開采，資源越來越少，“110工法”是一種提高回采率、降低掘進率、減少巷道維護費、利于礦井安全生產(chǎn)的一項先進煤炭開采工藝。曉南礦N1-1502工作面作為鐵煤集團域內(nèi)首個“110工法”試驗面，在運用新技術(shù)的同時，針對工作面的特點采取一系列有針對性的安全技術(shù)措施，保障了工作面的安全生產(chǎn)。
1.?實驗采煤工作面概況
1.1工作面位置
N1-1502工作面位于北一采區(qū)西部。南以北一15層中巷保護煤柱為界與南翼采區(qū)相鄰；北部與北二采區(qū)相鄰；東部為北一1506工作面（尚未開拓）；西以F2斷層為界與大興井田相鄰。煤層平均厚度1.46m。煤層傾角平均5°。工作面長210m，開采長度1185m。
1.2煤層自燃傾向性
2018年，曉南礦委托煤炭科學(xué)研究總院撫順分院對15煤層進行煤炭自燃傾向進行鑒定，鑒定15煤層自燃傾向性等級為Ⅰ類，屬容易自燃煤層，自燃發(fā)火期為1~3個月。
1.3工作面瓦斯情況
2019年8月份，曉南礦進行瓦斯等級測定，測定礦井絕對瓦斯涌出量為46.03m3/min,相對瓦斯涌出量為12.01m3/t,為高瓦斯礦井。2017年，委托中國礦大進行了煤與瓦斯突出危險性鑒定，鑒定15煤層為非突出煤層。瓦斯以吸附和游離方式賦存在煤層中，15煤層瓦斯壓力0.34MPa、瓦斯含量3.53m3/t、瓦斯放散初速度19.2ml/s、煤體堅固性系數(shù)f 1.02。N1-1502工作面基本情況見表1-1。
表1-1 N1-1502工作面基本情況
煤厚 | 1.46m | 井下標(biāo)高 | -569～-605m |
傾向長度 | 210m | 煤層傾角 | 3～7°（平均5°） |
走向回采長度 | 1185m | 自燃傾向性 | Ⅰ類容易自燃煤層 |
工作面最大瓦斯涌出量 | 26m3/min | 自燃發(fā)火期 | 1~3個月 |
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2?.實施“110工法”面臨的問題
開采前到山西、陜西、內(nèi)蒙、黑龍江、貴州等地實際考察，對頂板控制方面的技術(shù)管理有了較充分的認(rèn)識和經(jīng)驗，但作為高瓦斯礦井，還存在工作面瓦斯涌出量大、留巷采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重、采空區(qū)自燃發(fā)火等“一通三防”問題。如何解決以上問題，是順利實施“110工法”，保證工作面安全生產(chǎn)的必要條件。
3?.實施“110工法”的問題解決
?3.1?合理選擇通風(fēng)方式
（1）曉南礦N1-1502工作面原設(shè)計為“U”形通風(fēng)工作面，計劃實施“110工法”后，補充掘進N1-1502入風(fēng)改造道與N1-1502運輸順槽貫通，N1-1502工作面初期采用“兩入一回”通風(fēng)方式：N1-1502運順和N1-1502入風(fēng)改造道進風(fēng)，N1-1502回順回風(fēng)。如圖1.1 “110工法”初期Y型通風(fēng)系統(tǒng)圖。
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圖1.1??“110工法”初期Y型通風(fēng)系統(tǒng)圖
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“兩入一回”通風(fēng)方式優(yōu)點：工作面配風(fēng)量容易滿足。
缺點：采空區(qū)漏風(fēng)量較大，造成回風(fēng)隅角和回風(fēng)順槽瓦斯涌出量較大。且對采空區(qū)自燃發(fā)火極為不利。
（2）在留巷生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)由于運順留巷段與回風(fēng)隅角壓差較大，工作面絕對瓦斯涌出量達到18m3/min，經(jīng)過研究探討調(diào)整為“一入兩回”通風(fēng)方式：N1-1502運順入風(fēng)，N1-1502回風(fēng)輔助道和回順回風(fēng)。同時，N1-1502入風(fēng)改造道作為下一個工作面的軌道順槽，N1-1502運輸順槽實施留巷作為下一個工作面的運輸順槽，開采下個工作面前施工回風(fēng)順槽形成工作面完整的通風(fēng)系統(tǒng)，確保一個工作面具有三條順槽，并每個工作面回采期間留巷一個順槽，從而實現(xiàn)無煤柱開采。如圖1.2 “110工法”調(diào)整后通風(fēng)系統(tǒng)圖。
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圖1.2??“110工法”調(diào)整后通風(fēng)系統(tǒng)圖
通過合理調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，采用“一入兩回”通風(fēng)方式后，改變了留巷初期通風(fēng)方式采空區(qū)內(nèi)場流情況，相對減少采空區(qū)漏風(fēng)。
?3.2?加強瓦斯防治
N1-1502工作面為薄煤層開采工作面，平均采高1.46m，工作面直接頂和基本頂巖性較好，不易垮落，且垮落后巖石塊也較大，造成采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重；同時，頂板巖性好造成采空區(qū)垮落步距增大，以往30m垮落步距瓦斯治理經(jīng)驗不能滿足瓦斯治理要求；運順留巷封堵不能完全嚴(yán)密造成采空區(qū)漏風(fēng)大，工作面回風(fēng)隅角瓦斯涌出量增加；針對以上問題，開采前及時形成抽采系統(tǒng)并采取以下措施：
（1）N1-1502工作面抽采方法為回順鉆場施工低傾角度長鉆孔和14層采空區(qū)導(dǎo)入孔。在N1-1502回風(fēng)順槽接設(shè)埋管抽采采空區(qū)內(nèi)瓦斯。
（2）埋管抽采：為解決回風(fēng)隅角瓦斯問題在回順側(cè)采空區(qū)埋設(shè)一趟φ315mm瓦斯抽采管路，跨步式埋設(shè)與地面瓦斯泵連接，抽采采空區(qū)瓦斯從而治理回風(fēng)隅角瓦斯問題。
隨著工作面向前推移，φ400mm瓦斯管路在軌道中巷往沿空留巷側(cè)接設(shè)φ273mm瓦斯抽采管路，每50米出一個三通并向采空區(qū)埋設(shè)瓦斯抽采管路，對沿空留巷側(cè)采空區(qū)內(nèi)瓦斯進行抽采。
（3）上臨近層瓦斯抽采：N1-1502工作面正上方為N1-1401采空區(qū)，層間距為平均為37.7m,利用N1-1401密閉對N1-1502上臨近層采空區(qū)進行瓦斯抽采。
（4）本煤層預(yù)抽：在N1-1502拆除準(zhǔn)備道安設(shè)2臺移動式瓦斯抽采泵，運順接設(shè)一趟φ315mm預(yù)抽瓦斯管路，利用水射流式煤層造穴泄壓裝置，在N1-1502工作面運順口至760m區(qū)域，每隔5m向工作面施工一個順層鉆孔，孔深90m，利用“兩堵一注”封孔工藝。利用移動式瓦斯抽采泵對預(yù)抽鉆孔進行抽采。
3.3 防治采空區(qū)自燃發(fā)火
北一15#煤層自燃傾向性等級為Ⅰ類，為容易自燃煤層，自燃發(fā)火期為1~3個月。運輸順槽留巷段漏風(fēng)，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)較大，容易發(fā)生自燃發(fā)火。為有效防治采空區(qū)自燃發(fā)火有針對的采取措施如下：
（1）在埋管抽采中安設(shè)一氧化碳傳感器，如一氧化碳濃度達到200PPm或出現(xiàn)乙烯時，停止埋管抽采，并采取防滅火措施。利用中央砂井制氮機向采空區(qū)內(nèi)進行注氮氣。
（2）利用KJ428礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)對采空區(qū)進行火情監(jiān)測。
（3）地面制氮機制出氮氣，通過注氮立孔進入井下注氮管路，N1-1502運輸順槽向采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)兩趟注氮φ108mm注氮管路，實現(xiàn)跨步式埋設(shè)，埋入深度在30～70米范圍。
（4）N1-1502工作面“110工法”留巷采空區(qū)側(cè)使用風(fēng)筒布+擋矸網(wǎng)+噴涂KA-GK快速密閉噴涂材料的堵漏方式。為減少采空區(qū)漏風(fēng)，進入留巷段開始在架后0～60m區(qū)段，采用鋪設(shè)擋風(fēng)布方式進行漏風(fēng)控制；在架后60～150m區(qū)段采用KA-GK快速密閉噴涂材料或者混凝土噴漿材料對巷道頂部和碎石幫進行初次噴涂；在成巷穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，進行復(fù)噴。通過一段時間使用，該材料適應(yīng)煤礦巷道各種形變，不妥落，不開裂，克服了水泥砂漿的缺點。有效的減少了采空區(qū)漏風(fēng)。
（5）建立健全束管系統(tǒng)，每隔50m設(shè)置一組測點；同時采用人工監(jiān)測、采樣分析等方法，以CO氣體為早期預(yù)測預(yù)報的主要氣體，以CO、烯烴類氣體為判斷自燃發(fā)火階段和程度的標(biāo)準(zhǔn)性氣體，輔以空氣溫度指標(biāo)和空氣氣味、水霧等表象類特征對火災(zāi)進行預(yù)測預(yù)報。
4.?結(jié)語
?N1-1502工作面實施“110工法”?以來，采取了有針對性的措施保證了工作面安全生產(chǎn)，通過總結(jié)N1-1502工作面“110工法”安全開采技術(shù)，為其他工作面實施“110工法”積累了豐富的經(jīng)驗，我礦采用沿空留巷新技術(shù)后，將有效的緩解采掘接續(xù)緊張關(guān)系，對延長礦井服務(wù)年限、改善安全生產(chǎn)條件具有重要意義。
參考文獻：
【1】?《N1-1502工作面110工法關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用設(shè)計方案》北京中礦創(chuàng)新聯(lián)盟環(huán)境科學(xué)研究院
【2】?《薄煤層無煤柱開采技術(shù)探討》中國科技縱橫，2014（9）.
【3】?《檸條塔煤礦110工法采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律及防治對策》煤炭科技，2018（2）.
作者簡介：譚洪軍（1986-）,男，工程師，2011年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在曉南礦地測大隊擔(dān)任技術(shù)員職務(wù)。聯(lián)系電話：15898051027。
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