浅埋藏工作面漏风特征及堵漏效果检验.doc

浅埋藏工作面漏风特征及堵漏效果检验 李世雄 卢斌 褚廷湘 山西河曲晋神磁窑沟煤业有限公司 河南理工大学安全科学与工程学院 摘 要： 基于浅埋藏煤层采空区受地表裂隙诱导漏风的影响, 从采空区煤自燃防治为出发点, 以磁窑沟煤矿 10-2 号煤层 10202 工作面为研究对象, 通过示踪气体, 得到了浅埋藏工作面漏风特征并通过堵漏技术措施前后漏风对比分析, 验证了工作面堵漏效果研究结果表明:进风巷至工作面倾向 30m 左右范围内为漏入段, 倾向 30m 至回风侧为漏出段, 且地表漏风通道存在;进风风流漏入采空区风量为161.2m3/min, 地表漏出风量 90m3/min;实施封堵措施后, 进风风流漏入采空区降低到 76.1m3/min, 地表漏风降低到 24m3/min整体漏风量与堵漏技术实践前后降低了 85.1m3/min, 堵漏效果比较显著通过对漏风及堵漏实践的分析, 识别了工作面漏风特征及堵漏效果, 对指导矿井的防灭火实践具有重要的现实意义关键词： 浅埋藏; 工作面漏风; 堵漏; 煤自燃; 地表裂隙; 作者简介：李世雄 (1970—) , 男, 山西河曲人, 工程师, 主要从事矿井一通三防工作, E-mail:panda28@.com。

收稿日期：2017-03-31Air leakage characteristics and the stoppage practice in shallow buried working faceLI Shi-xiong LU Bin CHU Ting-xiang Shanxi Hequ Jinshen Ciyaogou Coal Industry Co., Ltd.; School of Safety Science and Engineering, Henan Polytechnic University; Abstract： Based on the effects of goaf air leakage induced by the surface crack in shallow buried coal seam, and in view of coal spontaneous combustion prevention, taking the 10202 working face of Ciyaogou Coal Mine as the research object, the air leakage characteristics of shallow buried working face was mastered using tracer gas. By comparative analysis of the air leakage after leakage stoppage, the stoppage effect was verified. The results showed that: the leak-in zone was from the air intake way to 30 m along the working face dip, and the leak-out zone was from 30 m along the dip to air return way, and the surface air leakage channels were present; the volume of the air leakage was 161. 2 m3/min, the surface leakage air volume was 90 m3/min; after implementing the stoppage measures, the leak-in volume decreased to 76. 1 m3/min, the surface air leakage volume decreased to 24 m3/min, and the total air leakage volume reduced 85. 1 m3/min, the stoppage effect was significant. Through the analysis of air leakage and its practice, the air leakage characteristics and stoppage measures' effects were identified, which is of important practical significance for mine fire prevention.Keyword： shallow buried; working face air leakage; stoppage; spontaneous combustion of coal; surface crack; Received： 2017-03-31引用格式:李世雄, 卢斌, 褚廷湘.浅埋藏工作面漏风特征及堵漏效果检验[J].煤炭工程, 2017, 49 (10) :91-93, 96.矿井火灾 90%以上是因煤炭自燃而引起的, 其中发生在采空区的煤自燃的比例在 60%以上[1]。

因此, 采空区是煤矿井下自燃防治的重点而对于浅埋藏煤层, 采空区自燃危险性更高, 主要体现在工作面回采后易形成地表裂隙, 形成漏风通道文献[2, 3]指出浅埋开采工作面上覆岩层垮落带与裂隙带交叉, 裂隙带高度扩大, 易形成地表裂隙及沉陷从煤自燃角度来看, 浅埋藏煤层的采动, 易形成地表漏风通道, 从而对采空区煤自燃产生影响如补连塔矿为典型的浅埋藏矿井, 由于覆岩裂隙贯通, 导致开采的 22305 工作面自然发火, 造成了巨大的损失[4]采空区漏风是造成煤自燃的主要原因之一, 因此工作面的漏风特征及堵漏是井下防灭火比较关注的内容[5-7]目前在矿井漏风检测方面 SF6示踪气体检测技术比较成熟, 由于其无毒无害, 释放量小, 检测精度高, 在漏风测定中广泛被应用张作华等[8]在安家岭井工矿一号井利用 SF6示踪技术定量分析了工作面漏风状况邬建明等[9]利用示踪气体分析了浅埋藏薄基岩工作面回采过程中的漏风规律, 得到了浅埋藏工作面的漏风特征石必明等提出了采用能位测定与示踪技术联合检测采空区漏风, 从定性和定量两方面比较准确地确定采空区漏风通道之间的漏风关系刘国忠通过示踪气体进行矿井采空区或地表漏风测定, 漏风检测效果具有良好的可靠性。

因浅埋藏工作面覆岩裂隙发育高度大, 易出现裂隙导通地表, 这此种情况下, 采空区除受工作面供风压差之外, 还受到地表漏风的影响笔者所在磁窑沟煤矿, 属浅埋藏煤层开采, 在工作面回采一定距离后, 地表出现可见裂缝, 采空区漏风较复杂且分布规律不清楚因此, 为了掌握该矿采空区漏风的实际情况, 通过实践示踪气体检漏技术, 对工作面采空区的漏风情况进行了分析, 并对实践相关堵漏技术的效果进行了检验, 确定了工作面的漏风特征及堵漏效果, 为井下防灭火提供了决策依据1 工作面概况磁窑沟煤矿属浅埋藏赋存矿井, 为瓦斯矿井井下 10202 工作面采用一次采全高、走向长壁、综合机械化、后退式采煤法, 所采 10 号煤层平均厚度 5.86m, 为自燃煤层, 自燃倾向为 II 类, 最短发火期 97d;工作面煤层埋藏平均 150m 左右;工作面倾向长度 200m, 进、回风巷沿底板掘进本煤层在该工作面内赋存较不稳定, 煤层中含有 2 层夹矸, 夹矸厚度变化于 0.1~0.4m 之间, 夹矸岩性多为泥岩及碳质泥岩采空区两巷侧遗煤高度达 1.42m 左右, 采空区中部遗煤高度 0.24~0.6m顶板采取直接冒落法管理, 加之煤层埋深浅, 地表高低起伏严重, 造成地表沉陷, 形成大、中、小裂隙, 促使井下工作面采空区漏风严重。

工作面回采过程中上隅角一氧化碳时有涌出, 影响工作面的安全回采为了掌握该矿采空区漏风及堵漏效果的实际情况, 利用示踪气体检测技术, 对工作面漏风特征及堵漏效果进行了实践检验2 测试装备及方案为了检测工作面漏风, 设计了一套 SF6气体连续定量释放装置, 如图 1 所示此装置由示踪气体钢瓶、减压器、稳压器、稳流器及流量计等组成, 释放装置经过二级稳压和一级稳流, 保证了释放流量稳定及连续可调其流量范围可控制在 20~250m L/min图 1 SF6 示踪气体连续定量释放及检测配套装置 下载原图其检测分析原理为:假设示踪气体的释放速率为 q, 采样时示踪气体已与空气充分均匀混合, 通过某一采样点 A 的风量为 QA, 示踪气体的浓度为 CA, 沿途有风流漏入, 下一采样点 B 的风量为 QB, SF6的浓度为 CB, 则这两点之间的漏风量ΔQ 为:根据磁窑沟煤矿井下漏风受地表漏风影响, 在测试路线上选择从回风巷—工作面—进风巷的测试路线采用逐点定量释放, 逐点采集的办法, 即在上风侧释放, 下风侧取样释放点与取样点间距 20m, 回风巷侧设置 1 个测点, 工作面设置 7 个测点, 进风 1 个测点, 如图 2 所示。

示踪气体释放量为 60m L/min, 每取样点取 2 个气样, 各样分析化验两次图 2 10202 工作面漏风测试方案 下载原图根据以上布点方案, 利用示踪气体的测定浓度, 根据式 (2) 、式 (3) 可计算出风量、漏风量式中, q 为 SF6气体的释放速率, m L/min;C i为各点 SF6的气体浓度, %;Q i为测点风量, m/min此外, 堵漏技术实施后, 根据上述方案, 对工作面的漏风进行重复检测, 然后对比分析, 确定漏风防治技术措施的效果3 漏风检测结果与分析3.1 堵漏前漏风测试根据 10202 的测点布置及漏风测试, 得到了工作面风量及漏风数据, 见表 1根据表 1 中实测数据, 得到了工作面的漏风特征, 如图 3 所示结合表 1 及图3 可知:①进风流漏入采空区的风量为 161.2m/min, 漏入区段集中在进风巷沿工作面倾向 30m 范围内;②漏入风量被分割成两部分, 一部分经采空区进入回风系统, 另一部分经采空区, 由地表裂隙排出, 验证了地表漏风通道的存在;③其中经采空区进入回风系统的风量为 71.2m/min, 经地表排出为 90m/min检测期间在 2014 年 11 月份, 井下温度高于地表温度, 考虑到地表裂隙的存在, 造成漏风风流由地表裂隙排出的原因, 主要是因温度差及高差导致的自然风压造成的。

但这种漏风模式, 对采空区极为不利, 因为漏风风流贯穿采空区, 漏风区域比较大因此, 当漏风测试分析结果出来后, 得到了矿方的重视, 制定了井上下联合堵漏的技术措施在 10202 工作面实施了两巷端头实施隔离墙, 进行封堵在井下工作面两端巷道每间隔 20~30m, 实施密闭墙, 进行两巷的堵漏, 增加采空区后部漏风风阻对地面裂隙进行布网式搜查, 对可见的裂隙、裂缝、陷坑, 进行回填, 压实, 降低地面裂隙的数量及沉陷面积, 投入了大量的人力及物力3.2 堵漏措施后漏风测定结果为了掌握堵漏措施的有效性, 在措施实施后, 对工作面的漏风情况进行了再次测定, 为了分析措施的效果, 测试方案与之前相同, 得到了堵漏后的漏风特征, 如图 4 所示表 1 工作面 SF6 示踪气体测定风量测试数据 下载原表 图 3 工作面漏风特征图 下载原图图 4 堵漏措施下工作面漏风特征图 下载原图由图 4 可以看出, 在井上下堵漏措施实施后, 工作面的漏风情况如下:①进风流漏入采空区的风量为 76.1m/min, 漏入区段集中在进风巷沿工作面倾向 60m 范围内;②经采空区进入回风系统的风量为 52.1m/min, 经地表排出为 24m/min;③地。