特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法技术

本发明专利技术涉及一种特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法，包括：确定试验工作面撤架时易自燃发火地点；选择合适停采位置；减少支架后方浮煤；锚网支护支架上方和工作面顶板；加强火灾预测预报；控制撤架时工作面通风方式；第一道防火线采空区埋管注氮气；第二道防火线支架顶部打高位钻孔注凝胶；第三道防火线支架上部打小钻注水和目标注氮；采空区堵漏；加强工作面下出口的排水。该特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法采用立体防火技术，在工作面建立了三道防火线，因此有效地防止了工作面的自燃发火，保障了工作面安全撤除全部支架和设备。

Stereo Fire Prevention Method of Removing Frame in Mining Goaf of Multi-layer Coal Seam with Extra Thick and Flammable Coal Seam

The invention relates to a three-dimensional fire prevention method for multi-layer coal goaf in Extra-thick flammable coal seam, which includes: determining the spontaneous ignition site when the test face is removed; selecting the appropriate stopping position; reducing floating coal behind the support; above the support with anchor mesh and roof of the working face; strengthening fire prediction and prediction; controlling ventilation mode of the working face when the support is removed; and the goaf of the first fire prevention line. Nitrogen is injected into the buried pipe; second holes are placed on the top of the fireproof line bracket to drill the gel; the upper part of the third fireproof line supports small drill water injection and target nitrogen injection; the goaf block up the leakage; and the drainage of the outlet under the working face is strengthened. The three-dimensional fire prevention technology is adopted in the multi-layer coal goaf of this thick and flammable coal seam. Three fire lines are established in the working face, which effectively prevents the spontaneous combustion of the working face and ensures the safe removal of all brackets and equipment in the working face.

【技术实现步骤摘要】
特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法
：本专利技术涉及煤矿防火
，尤其涉及一种特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法。
技术介绍
：某煤矿综采放顶煤工作面开采煤5层，其厚度为10m，在煤5层上部4m的高度有煤4-2层，其厚度为3m，在煤4-2层上部约4m的高度还有煤4-1层，其厚度为2.5m，工作面推进后，不仅煤5层20％的浮煤留在了采空区，而且当采空区老顶垮落时，煤4-2层和煤4-1层也全部垮落到采空区，使采空区浮煤成倍增加，其采空区留下的浮煤量在国内也是罕见。根据化验，这3层煤均为易自燃煤层，这样就形成了多层易燃煤层采空区，使工作面采空区极易自燃发火，其自燃发火因素为：①煤5层、煤4-2层和煤4-1层的最短发火期为20～30天，在工作面推进的20～30天里，这些成倍增加的浮煤还处于采空区的氧化带，易自燃发火；②采空区浮煤呈立体赋存，位置较高，不管是洒阻化剂，还是黄泥灌浆，均顺底板流走，不易包裹这些浮煤。③工作面撤架时不仅采空区易自燃发火，而且支架上部的这3层松动煤层也易自燃发火。④综放面小煤柱开采，受矿压影响，小煤柱很多地方已松动，不仅使小煤柱易自燃发火，而且使邻近采空区也易漏风自燃发火。⑤矿井通风系统不太合理：角联巷道较多；有的巷道变形严重，风阻太大；有的巷道存在下行通风。正是由于多层易燃煤层采空区存在极易发火的因素，使矿井开采以来，工作面上隅角一直有CO存在，一旦工作面推进度放慢，工作面极易自燃发火，为了保障矿井的安全，很有必要开展“多层易燃煤层小煤柱综放面防火技术”项目的研究。目前国内外只开展了单一煤层和两层复合煤层自燃发火机理及防治技术的研究，例如平煤集团八矿进行了复合煤层防火技术的研究，铁煤集团大兴矿采用注氮为主的综合防火技术有效地防治了复合煤层大采高综放面的自燃发火。但国内外均未进行多层易燃煤层自燃发火的研究，特别是采空区注氮防火时，未研究防止处于采空区高位的浮煤氧化自燃发火的注氮方法和注氮参数。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法，能够对特厚易燃煤层多层煤工作面撤架时的自燃现象有效预防，并及时处理，防止出现火灾现象。煤层自燃发火的机理分为内因和外因，内因通过实验室对煤样的研究得出；外因通过对试验工作面的考察得出。引起煤层自燃发火的内因和外因找到后，再对矿井的自燃发火危险程度进行综合的评判。影响煤层自燃发火的外因很多，但主要为煤层赋存条件、采煤方法、通风状况和掘进方式等。选取某工作面为本项目试验工作面，工作面位置及井上下关系本工作面可采走向长200米，工作面倾斜宽118米，采放高度为10.35米，工作面煤层容重为1.38t/m3，工业储量为33.7万吨。本采区为矿井的西三采区东翼，高低位于1050—950m水平之间，上部以1050大巷为界，下部为未开采的四采区，东至井田边界保护煤柱，西至矿井工业广场保护煤柱。采区西面布置轨道下山、运输下山，轨道下山布置在煤5层底板岩石中，回风巷经1000中部车场与采区轨道下山相联通。综采工作面下顺槽沿煤层布置在950-939.8米水平，区部地段底板留有2-3米底煤，走向长432.3米，上顺槽沿煤层底板布置在1005-989米水平，长486米，开切眼沿煤层倾向布置，倾角22-33°，斜长118米。工作面两道及联络巷均为梯形断面，锚网(索)支护，巷道净高2.8m，净上宽运输巷为3.6m，回风巷及联络巷为2.8m，净下宽运输巷为4.4m，回风巷及联络巷为3.6m，净断面运输巷为11.2m2，回风巷及联络巷为8.96m2。开切眼为矩形断面，净高2.7m、净宽6.4m、净断面17.28m2，采用锚网(索)配单体柱钢抬棚、木垛联合支护。采煤工作面实际需风量取787.88m3/min，工作面的采煤方法为倾斜特厚煤层走向长壁综合机械化低位放顶煤采煤法。试验工作面平均厚度为10.19m，在煤5层上部4.87m的高度有煤4-2层，其平均厚度为3.5m，在煤4-2层上部约7.15m的高度还有煤4-1层，其平均厚度为3.06m，工作面推进后，不仅煤5层20％的浮煤留在了采空区，而且当采空区老顶垮落时，煤4-2层和煤4-1层也全部垮落到采空区，使采空区浮煤成倍增加，形成了近距离煤层群，实践证明，近距离煤层群比远距离煤层群和单一煤层更易自燃发火。试验工作面为低位放顶煤开采，使采空区浮煤成倍地增加，形成了多层易燃煤层采空区，使工作面采空区极易自燃发火，其自燃发火因素为：采空区浮煤呈立体赋存，位置较高，不管是洒阻化剂，还是黄泥灌浆，均顺底板流走，不易包裹这些浮煤；工作面撤架时不仅采空区易自燃发火，而且支架上部的4-2煤层松动煤层也易自燃发火。通过以上实验室对煤层自燃发火的研究，结合对试验工作面发火的考察，找出了煤层自燃发火期、氧化自热期、易自燃发火地点和易自燃发火时间等自燃发火规律。在采掘过程中考察的煤层自燃发火期比实验室的堆煤实验考察更为准确，故对试验煤矿近几年的自燃发火进行分析。煤矿在开采的历史中曾在巷道揭露煤层后25天出现过明火，共计2次，说明工作面所采煤层的自燃发火期为25天左右。通过对试验工作面自燃发火的统计，结合对煤层自燃发火的内、外因素的分析，提出以下地点为试验工作面最易自燃发火地点：①巷道冒顶区由于综采面进、回风顺槽沿近距离多煤层底部掘进，巷道压力大，且所掘煤层又为软煤层，因此在掘进过程中易产生高冒顶，在这些冒顶区中，碎煤居多，漏风后易发生氧化，且氧化发热的热量不易扩热，极易发生自燃。②开切眼开切眼为工作面最易发火的地点之一，其原因为：①开切眼断面大，煤5层的顶煤和上部的4-2煤层和4-1煤层均属易自燃发火煤层，易产生松动圈或高冒区漏风氧化自燃；②开切眼由于安装支架时间较长，一般都超过了煤层自燃发火期才开始回采，因此煤层易自燃；③开切眼初采时支架移架后大量已达到发火期的煤炭被丢入采空区，增加了采空区发火的因素；④开切眼由于尚未形成采空区，无法实施注氮防火。③采空区氧化带深部工作面压力较大，推进度较慢，特别是碰到断层时推进度更慢，这样就使采空区氧化带浮煤在没有进入窒熄带时就达到其自燃发火期而氧化自燃。工作面采空区氧化带的深部为82m，煤层最短发火期为22天，如果工作面的月推进度没有达到82m，则采空区内氧化带的深部极易发生煤层自燃。例如，工作面2010年3月出现100ppm高浓度CO，就是由于工作面当月只推进50m，使采空区浮煤达到其最短自燃发火期后，仍然处在氧化带的范围内，从而使采空区氧化带深部的浮煤氧化发热。④巷道拐弯处巷道拐弯处巷道压力增大，易发生巷道冒顶，风流经过巷道拐弯处时，风向发生变化，风阻增加，易向巷道顶部冒顶区渗漏，使冒顶区易氧化自燃。⑤巷道断面突然缩小处巷道断面突出缩小，通常是由于支架失修，煤壁变形外移，使断面缩小，但支架的残余支撑力又能防止破碎煤体坍塌。这种断面突然缩小造成的局部通风阻力所产生的风压差更容易在煤壁裂隙内形成渗透流场。在渗流场内，空气流动速度会呈现紊流区、层流区、直至流速为零的有序分布。由于风流路径短，易自燃风速在裂隙内将非常稳定，极易发生自燃。采空区自燃发火的原因是因为采空区有大量的浮煤，这些浮煤如果有自燃发火倾向，则会发生氧化自热，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法，其特征在于，包括一、确定试验工作面撤架时易自燃发火地点：易自燃发火地点为采空区氧化带与窒熄带交界处、支架上方碎煤、已撤架地方的垮落浮煤、采空区冷却带上方的氧化带；二、选择合适停采位置：将试验工作面的停采线选在顶板岩石较为稳定的地点；三、减少支架后方浮煤：试验工作面定位撤架时，保证支架尾梁后方为矸石，减少支架后方采空区的浮煤，当采空区开始挂网前，将支架附近的浮煤扫尽；四、锚网支护支架上方和工作面顶板：对支架上部采取锚网支护的防火措施，通过锚网支护，将支架上部松动圈的高度缩小；五、加强火灾预测预报：在撤架时，采取预测预报措施，早期预测预报采空区和支架上部的自燃发火；六、控制撤架时工作面通风方式：工作面采用负压通风，将工作面进风的风量较少，并减小工作面风侧风阻；七、第一道防火线采空区埋管注氮气：在采空区埋入注氮管，降低氧化带前半部氧含量以及降低氧化带和窒熄带交界处的浮煤的氧含量；八、第二道防火线支架顶部打高位钻孔注凝胶：采用向支架上方打高位钻孔注凝胶阻化、堵漏和降温；九、第三道防火线支架上部打小钻注水和目标注氮：向支架上方或架缝钻孔，并向孔内注水，在支架后部埋入钢管，利用钢管向目标注氮；十、采空区堵漏：对采空区的进、回风侧进行堵漏；十一、加强工作面下出口的排水：在工作面下出口挖好水仓，安装大流量的水泵和相应的排水管。...

【技术特征摘要】
1.一种特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法，其特征在于，包括一、确定试验工作面撤架时易自燃发火地点：易自燃发火地点为采空区氧化带与窒熄带交界处、支架上方碎煤、已撤架地方的垮落浮煤、采空区冷却带上方的氧化带；二、选择合适停采位置：将试验工作面的停采线选在顶板岩石较为稳定的地点；三、减少支架后方浮煤：试验工作面定位撤架时，保证支架尾梁后方为矸石，减少支架后方采空区的浮煤，当采空区开始挂网前，将支架附近的浮煤扫尽；四、锚网支护支架上方和工作面顶板：对支架上部采取锚网支护的防火措施，通过锚网支护，将支架上部松动圈的高度缩小；五、加强火灾预测预报：在撤架时，采取预测预报措施，早期预测预报采空区和支架上部的自燃发火；六、控制撤架时工作面通风方式：工作面采用负压通风，将工作面进风的风量较少，并减小工作面风侧风阻；七、第一道防火线采空区埋管注氮气：在采空区埋入注氮管，降低氧化带前半部氧含量以及降低氧化带和窒熄带交界处的浮煤的氧含量；八、第二道防火线支架顶部打高位钻孔注凝胶：采用向支架上方打高位钻孔注凝胶阻化、堵漏和降温；九、第三道防火线支架上部打小钻注水和目标注氮：向支架上方或架缝钻孔，并向孔内注水，在支架后部埋入钢管，利用钢管向目标注氮；十、采空区堵漏：对采空区的进、回风侧进行堵漏；十一、加强工作面下出口的排水：在工作面下出口挖好水仓，安装大流量的水泵和相应的排水管。2.根据权利要求1所述的特厚易燃煤层多层煤采空区工作面撤架立体防火方法，其特征在于，所述步骤四中，锚网支护防火措施具体包括如下步骤：工作面推进距停采线15m时停止放顶煤并挂设金属网，距停采线12m时挂设金属网、打注螺纹钢锚杆，每眼内各注树...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢震，
申请(专利权)人：天地常州自动化股份有限公司，中煤科工集团常州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32