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浅埋煤层大采高综放开采安全保障技术研究

文档作者：石尚尧文档来源：潞安新疆煤化工(集团)有限公司生产技术处		点击数：	更新时间： 2022年11月19日
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第17卷第3期(总第106期)
2012年6月
煤矿 开 采
Coal mining Technology
Vo1．17No．3 (Series No．106)
June 2012
■田番露弱叠程目
浅埋煤层大采高综放开采安全保障技术研究
石尚尧
(潞安新疆煤化工(集团)有限公司生产技术处，新疆哈密839003)
[摘要] 大采高综放开采采空区空间范围大，易积聚大量有毒有害气体。针对柳塔矿工作面
上隅角CO超限和采空区CH 涌出不均衡的现象，详细分析了原因，采取工作面上、下隅角挂设挡风
帘、回风巷设置临时风障、工作面安设导风墙、封堵采空区地表裂缝、加快工作面推进速度和优化放
煤工艺等措施，有效地解决了工作面有毒有害气体涌出异常的情况，保证了工作面的安全生产。
[关键词] 浅埋煤层；大采高；综放开采；瓦斯涌出；综合防治
[中图分类号]TD712．54 [文献标识码]B [文章编号]1006—6225(2012)03—0030-03
Safety Guarantee Technology of Full-mechanized Caving M ining with
Large-mining——height in Shallow Buried Coal-seam
由于大采高综放开采机械化程度的提高，煤体
破坏的范围也随之加大，造成破碎的煤体与氧气的
接触面积增大，导致氧化速度加快，释放更多有毒
有害气体。根据实际回采过程中监测数据显示，大
采高综放开采比原设计的开采方法的瓦斯(CH )
和一氧化碳(CO)涌出量均有所增大。尤其是工
作面机头和机尾的顶煤在移架过程中不能充分自然
垮落，导致该处顶煤滞留采空区，加快了煤体的低
温氧化，同时使采空区内的有毒有害气体在顶煤垮
落时被排出，使工作面有毒有害气体增加。
1 工作面回采条件
1．1 工作面基本情况
12108回采工作面位于柳塔矿井田东部，为12
煤层东部盘区第1个放顶煤工作面。煤层平均厚度
7．3m，倾角1～3。，密度1．32t／m ，工作面长度
275m，推进长度978．5m，采煤方法为倾斜长壁大
采高综放开采，全部垮落法管理顶板。回采工艺为
“
一刀、分段、间隔、顺序、一次全量加补放”。
工作面采用ZYF10200／25／42D电液控制液压支架，
SL750采煤机割煤，割煤高度3．8m，放煤高度
3．5m，采放比1：0．92。由于煤体中硬，排头支架
及过渡支架后方大块煤多，容易导致自然发火。
1．2 工作面CO和CH 涌出不均衡
柳塔矿瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井，但由于煤
层特厚、工作面长、大采高综放开采强度大，导致
工作面回采时上隅角屡屡超限。12108工作面瓦斯
涌出具有很大的不均衡性。瓦斯涌出的地点主要集
中在上隅角和工作面机尾2个支架尾梁的上方。涌
出时间主要集中在2个作业工序上：一是移架时，
尤其移机尾2个支架时超限特别严重，达到每移必
超的地步；二是放煤时，顶煤体一旦松动，大量瓦
斯解吸后涌人到回采空间。瓦斯每次超限持续时间
从数秒到数分钟不等，严重时甚至1h以上。瓦斯
超限严重时，上隅角上帮浓度可达1．5％ ，下帮可
达1．2％ ，为此不得不加大矿井总回风量，来稀释
风流中瓦斯。
瓦斯超限严重影响安全生产，也给矿井通防管
理带来了极大的隐患。由于工作面推进速度慢，导
致采空区中CO浓度又偏高。伴随工作面周期来
压，采空区内的有毒有害气体在顶煤垮落时被排
出，CO和CH 浓度随之变化。当顶板压力增大
时，由于顶板垮落，采空区内的高浓度气体被冲
出，上隅角有毒有害气体含量增大。根据观测，
12108工作面周期来压步距58．99m，当工作面推
进至40～60m左右时，上隅角CO浓度为0．002％
一0．006％ ，最高可达到0．008％，O：浓度降低到
18％左右，持续1—2天后，缓慢下降到0．004％
左右，0 浓度恢复至18％ ～19％。同时瓦斯涌出
也不均衡，在工作面放煤和移架时瓦斯浓度波动较
大，最高可接近限值1．5％ 。图1为工作面上隅角
CO和CH 浓度变化示意图。
2 工作面安全隐患分析
2．1 上隅角CO超限原因
(1)顶煤垮落在大采高综放开采技术条件
[收稿日期】2012—02—29
[基金项目]国家“十一五” 科技支撑计划资助项目(2008BAB36B11—03)
[作者简介]石尚尧(1965-)，男，山东德州人，工程师，现任潞安新疆煤化工(集团)有限公司生产技术处主任工程师。
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石尚尧：浅埋煤层大采高综放开采安全保障技术研究 2012年第3期
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(b)CO浓度变化
图1 工作面上隅角CO和CH 浓度变化
下，由于一次采出煤体厚度大，煤体破坏的程度也
随之加大，同时采空区留有一定厚度的遗煤，造成
破碎的煤体与氧气的接触面积增大，导致氧化速度
加快，所以，大采高综放开采比相应强度的大采高
开采方法CO涌出量更大。同时采空区内的有毒有
害气体在顶煤垮落时被排出，使工作面CO增加。
(2)漏风12108工作面12煤层为I级易自
燃煤层，有自然发火倾向，加之放顶煤技术加大破
坏了煤体与氧的接触面积，加速了煤体的氧化。并
且该工作面是神东矿区首次采用放顶煤开采的工作
面，采用“u”型通风方式，漏风的地点比较多。
漏风大加剧了采空区遗煤的氧化速度，导致工作面
CO涌出量增大。
经监测，工作面漏风主要有3种方式：采空区
漏风；工作面的风流通过采空区后面的联巷漏风；
工作面上方的地表裂缝漏风，详见图2所示。
图2 工作面漏风示意
(3)采空区遗煤工作面机头3架和机尾4
架的顶煤在移架过程中不能充分自然垮落，导致该
处顶煤滞留采空区，加快了煤体的低温氧化。
(4)推进速度慢工作面开采的12煤层为容
易自燃煤层，自燃发火期为45d。放顶煤开采工艺
条件下，导致工作面推进速度慢，给遗煤提供足够
的氧气，增加了遗煤的发热可能性。
2．2 采空区CH 涌出不均衡原因
(1)工作面移架 CH 密度小， 由于漏风的
作用，采空区CH 很容易随着风流向采空区上部
漂移，并积聚在工作面上端头后方的采空区内，随
着工作面的周期性前移，支架上方的顶板也周期性
垮落并充填采空区，将积聚的瓦斯挤出，造成CH
大量涌出。
(2)邻近层CH 柳塔矿12煤层下方为近距
离的l3煤层，当上部的12煤层工作面推过后，由
于采动影响，下部13煤层煤体充分卸压，透气性
系数大幅度增加，垂向裂隙也充分发育，13煤层
卸压CH 沿采动裂隙流动，涌出到上煤层采空区。
(3)放项煤涌出 放顶煤开采工艺下，放煤
过程中，支架上方的顶煤受扰动充分卸压，解吸后
的CH 沿卸压面大量涌出，并随放煤过程不断被
挤出到工作面，造成风流中的CH 含量大幅增加。
3 综合治理措施
(1)工作面上、下隅角挂设挡风帘 在工作
面上、下隅角附近挂风帘，下隅角风帘作用是导风
减漏，上隅角是导风稀释CO。设置上隅角风帘还
应考虑回风断面，距煤壁留出适当的空间，一般为
300—500 mm。
(2)回风巷设置临时风障 采取均压措施，
在回风巷距离工作面约50m处设置临时风障(预
留人员通行出入口)，调节工作面上隅角的风流。
(3)工作面安设导风墙 为了避免工作面风
流在上隅角发生改变，在工作面上端头前输送机头
外侧位置安设导风墙，不仅能够有效封堵向采空区
及采空区联巷密闭的漏风，而且对上隅角的风流起
到导向作用。
(4)封堵采空区地表裂缝 由于12108综放
工作面埋藏浅，只有约100m左右，一次采出煤体
高度大，采空区上方地表不可避免出现大量裂缝，
若12煤层采空区与地表的裂缝相贯通，则存在漏
风的危险。所以要加强地表的观测，对出现的裂缝
要及时封堵。
(5)加快工作面推进速度加快工作面的推
进速度，可以在采空区遗煤自燃发火期间，减少与
氧气的接触，减缓氧化的速度。
(6)优化放煤工艺，减少采空区丢煤积极
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