急倾斜煤层水平分段综放开采采空区自燃特点分析

作者:邬剑明;陈震;吴玉国 刊名:煤矿安全 上传者:张真真

【摘要】通过分析急倾斜煤层水平分段综放开采后围岩破坏、移动规律,利用SF6示踪气体检测,得出阿刀亥煤矿井上下漏风规律,结果表明:急倾斜煤层采空区自燃火区呈立体蔓延趋势,进而发展为立体火区,该结果为制定急倾斜煤层采空区自燃火灾防治方案提供科学依据。

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急倾斜煤层目前较常用的主要有钢丝绳锯走向长壁采煤法、倒台阶采煤法、伪倾斜柔性掩护支架采煤法、仓储式采煤法及水平分段综放采煤法等6种。相比较,水平分段综放采煤法产量大、机械化高、效率高,是一种最适宜急倾斜特厚煤层高产高效的采煤方法。但是,该采煤方法回采损失严重、遗煤较多,加之特殊的煤层赋存条件,采空区在竖直方向随采深增加不断叠加,使得老空区和顶煤整合接触,由此造成更多容易引起采空区自燃的因素。一旦工作面上部采空区内发生自燃火灾,受围岩移动规律影响,地表漏风通道增多,连续供氧条件充足,火区的蔓延迅速,增加了火区治理难度。结合阿刀亥煤矿进一步分析研究漏风规律与矿压显现特征从而判断火区蔓延趋势,以正确指导急倾斜煤层开采矿井采空区自燃火区治理。1矿井概况神华包头矿业有限公司所属的阿刀亥煤矿,现开采石炭二迭系拴马桩群CU2煤组,煤种为瘦焦煤,平均厚度22.28m,平均倾角7682,属急倾斜特厚煤层。煤层自燃倾向性经鉴定为类,为自燃煤层。普氏硬度系数f=1.52.0,适宜放顶煤开采。顶底板均为砾岩层,采用水平分段走向长壁综采放顶煤开采工艺,工作面沿走向推进,櫂分层厚度为1220m,采高2.2m。放顶高度为9.817.8m。2自燃成因分析阿刀亥煤矿采用水平分段综放开采,落煤损失严重、破碎遗煤多,煤柱易压碎,密闭、地表裂隙等均存在漏风,采空区遗煤氧化热量未能及时散发,煤层本身具有自燃倾向性。阿刀亥煤矿开采实践表明急倾斜煤层采空区自然发火大多是由于地表裂隙漏风所致。为进一步证明采空区自燃火区的主要漏风来自地表裂隙,特采用SF6作为示踪气体在地表裂隙处一次性瞬时释放,通过井下1209东翼工作面上隅角接收,经束管采样系统采集气样的方法。2.1试验过程阿刀亥矿为抽出式负压通风,故在标高为1412m的东部采区地表寻找合适裂隙处一次性瞬时释放SF6气体(见图1),通过1209东翼工作面上隅角采样点接收,经井下布置的束管采样系统,每隔10min在束管采样点采集气样,采样结束后应用气相色谱仪分析气样SF6含量。图1释放SF6检测地表漏风示意图2.2结果分析通过上隅角采样点检测数据(见表1)分析,发现采样点的SF6接收时间在释放后的3545min,表明地表裂隙与采空区之间存在漏风通道。通过采集气体的浓度及接收的时间关系来计算漏风速度,地表漏风风速在4.45.1m/min,供氧条件良好,加速采空区自燃。由此表明,急倾斜煤层水平分段综放采空区漏风主要来自地表裂隙。3自燃特点分析3.1急倾斜煤层围岩移动特点急倾斜煤层开采后,上覆岩层受竖向应力与水平应力的双重作用,直接顶沿岩层法线方向弯曲直至冒落。随着冒落带的形成,老顶缓慢下沉并产生表1采样点检测数据记录SF6释放时间、地点采样时间SF6浓度/10-6漏风风速/mmin-113:05在1209工作面地表裂隙处释放13:10013:20013:30013:40013:506.314:0038.214:1013.514:202.114:30014:4004.45.1离层沉降在直接顶冒落矸石上,从而形成卸载拱。在卸载拱以外,由于岩石的悬伸作用而出现压力增高区支承压力区。上覆岩层不断向深部和顶板方向扩展,形成一个不断扩大和移动的动态陷落V型漏斗。而底板附近竖向应力得到释放,仍受较大水平应力的作用,形成一定范围的抛物线形卸载区,见图2。-直接顶冒落带;-顶板中的卸载拱;-底板中的卸载区;-支承应力区图2开采急倾斜煤层时围岩应力重新分布示意图国内外许多专家根据急倾斜煤层地质条件也进行过相似材料模拟试验,研究表明:因急倾斜煤层地质特殊性,煤层开采过程中

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