浅埋深煤层开采过程中“一通三防”技术的应用

摘 要：该文介绍了浅埋深煤层“一通三防”技术在采掘过程中的应用，由于煤层埋藏浅的特殊性，通过不断创新、实践，建立了多巷道、大断面、低风压、大风量、高效通风系统；优化矿井通风系统、加强通风设施管理、加强采空区管理，提高煤炭资源回采率，减少采空区遗煤，有效的防治了浅埋深煤层因漏风多而造成的采空区自然发火；形成了一套浅埋煤层开采过程中“一通三防”的创新性技术，为“高产、高效、”矿井的规模化生产打下了基础。

关键词：浅埋深煤层 “一通三防” 技术 应用

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（C）-0087-02

1 神东矿区概况

神东矿区煤系地层主要为中下侏罗系延安组地层（J1-2y），区内主要可采煤层包括1-2上、1-2、2-2上、2-2、3-1、4-2、4-3、5-2共7层煤。上层煤埋藏深度一般为50―150米，覆盖层主要为第四系更新统（Q3）一全新统（Q4）松散层和正常基岩；散层厚0―65米，与下覆岩层呈不整合接触。煤层你倾角0～10°，矿区可采煤层埋深最大的煤层平均埋深为230 m，1-2煤―5-2煤间距为170 m，平均地表以下70 m即可见到煤层。

神东矿区瞄准了世界采矿发达国家水平，创建安全高效矿井，走规模化发展的路子。在实现资源规模配置的基础上，采用现代化的开采手段，实现煤炭的规模生产。坚持“以快制胜，以变应变”的发展战略，突破传统煤矿设计理念和建设思想，应用快速建井的模式，在不到9年的时间里改建和新建了10个特大型矿井，通过挖潜改造，使2个矿井年产能力达到2000万t以上，5个矿井年产能力达到1000万t以上，建成了千万吨矿井群。生产规模化，是基于对煤炭赋存条件的科学认识和对煤炭发展方向的超前审视，也是基于对现代管理理念和科技手段的高度认知，是实现煤炭工业集约化生产的根本要求。在生产建设过程中，依靠科技进步，优化产业结构，系统地解决了阻碍矿区建设的一系列难题，依靠技术创新和管理创新，应用先进科技手段改造和提升传统煤炭生产工艺，积极探索煤炭企业走新型工业化道路的有效途径，集成国内外先进的采、掘、通风技术，建成了系统简单、装备精良、高产高效为基本特征的“一井一面”千万吨矿井群。矿区建设的主要技术模式是：斜硐、大分区、条带式布置及全煤大巷开拓技术、快速建井技术、大断面超长煤巷掘进技术、本质安全型矿井建设等核心技术。在认真审视国内煤炭行业系统、装备、工艺、体制和管理与先进国家的差距的同时，理性突破传统煤矿设计规范，跳出传统煤矿的设计思路，系统思考，整体推进创立了斜硐开拓新方式、实现了井田无盘区布置方式。

矿井先进模式的创新基石是浅埋深煤层开采过程中“一通三防”技术的应用和创新性发展，没有创新性的“一通三防”技术作为支撑，采矿工程的规模化发展是很难实现的，浅埋深煤层开采过程中“一通三防”技术的应用主要有以下特点。

2 建立了多巷道、大断面、低风压、大风量高效通风系统

制约煤矿产量增长的关键因素是矿井通风系统，国家瓦斯治理的十二字方针中提出的“以风定产”原则，充分体现了矿井通风与矿井产量的从属关系。要想把一个矿井的产能由300万t提高到1000万t以上，矿井通风必须改革，通风巷道的设计一定要创新，基于这一理念，神东形成了多巷道、大断面、低风压、大风量高效通风系统，高效通风系统设计观念创新，是解决煤矿产能增长的根本途径。

（1）高效通风系统设计观念创新：通风系统是一个由主要通风机、通风网络和通风设施多要素组成的复杂动态系统，其设计分为通风系统的选择、风机工况的优化、单项通风工程优化。开采浅埋深瓦斯矿井，通风系统必须实现风量大，保障产能和稀释瓦斯等有害气体对供风的需要，系统风压低，减少浅地表开采外部漏风，从系统上预防煤层自燃；系统可靠性高，抗灾能力强，在低风压状态下实现供风区风流的稳定性和矿井通风机的稳定性。扩大井下巷道断面，降低巷道阻力。扩大巷道断面和简化支护是一对矛盾，在确定了围岩自然平衡拱尺寸、锚杆支护参数、经过巷道围岩松动圈测定和矿压观测，计算围岩失稳冒落范围，结合多次现场试验，确定出矩形巷道断面积不超过19 m2是稳定的；增加进风井筒及巷道数量，降低进风系统阻力；多风井回风，降低矿井回风系统阻力。

（2）增加进风井筒及巷道数量，降低进风系统通风阻力，根据单一巷道通风与多条巷道并联通风（进风或回风）来确定平巷数量，其方法是：当单一巷道时，设其风阻为R1，当巷道数目增加一倍，而每条巷道的基本参数不变，则由于巷道数量的增加，使周长与面积增加一倍。即当两条巷道通风时，其风阻是相同条件下一条巷道通风时风阻的1/4，风阻和巷道数量的平方成反比。用多巷道通风对减少风压损失，改进通风效果，优点非常明显。但巷道数目越多，将增加矿井基建投资和建设工期，同时也增加了矿井的后期维护费用。但是在浅埋深煤层开采过程中，经过经济和技术比较，高产高效矿井增加一个副井井筒的一条辅助运输大巷；综采面两顺槽按双巷道形式布置满足超长工作面（工作面走向长300 m，倾斜长5000 m）长距离、大风量、低风压推进需要，其理念是超前的，具有高度创新性。

（3）多风井回风，降低回风井系统阻力。超长矿井工作面几何尺寸是一般矿井综采面的4～5倍，其回风巷道直接与矿井回风系统相连接。如果像矿井进风系统一样，通风距离延长了一倍，通风阻力成倍增加，削弱了进风系统的降阻结果，同时，矿井投资上承受不了，因此，充分利用浅埋深煤层开采的特点在每2～3个综采工作面回风侧的保安煤柱区设计一个通风立眼，成倍缩短了矿井回风系统侧的风流线路，达到降阻目的。

3 加强通风设施管理，优化矿井通风系统

矿区建设过程中，不断开展“一通三防”系统评估工作。加强通风基础管理、对通风系统进行评价、分析。在进行通风系统优化的同时，采用大断面、多通道方式布置巷道，降低矿井通风阻力；采用大功率、对旋式主要通风机，提高矿井通风能力；简化盘区布局，简化生产系统，减少角联通风；根据矿井延伸和采掘接替的变化，及时调整并不断简化、优化，减头减面，淘汰落后的采煤方法、工艺，做到系统合理、设施完好、风量充足、风流稳定，使通风阻力和阻力分布比例等达到《煤矿井工开采通风技术条件》的规定；各采掘工作面、机电硐室实现独立通风；井工矿各水平、盘区、采掘工作面、硐室均达到了《煤矿安全规程》规定的通风设计。

完成了矿井通风阻力测定、主要通风机性能测定、矿井通风能力核定。提出了技术改造设计方案、大胆应用了以三维扭曲正交弯掠组合叶片技术为主的BDK系列高效节能环保的主要通风机，使风机性能特性与矿井风网特性相匹配。矿井通风系统优化工程的顺利实施，对高产高效矿井建设直到了关键性的作用。

4 瓦斯管理技术水平不断提高，预防瓦斯灾害发生

浅埋深煤层中瓦斯附着量比较小，瓦斯可通过地表裂隙等漏网通道通道释放到大气中。但是，也存在瓦斯含量较大的局部区域和高瓦斯矿井，按国家规定必须采取预抽的方法解决，综采面用通风方法不能解决瓦斯超限问题的工作面，为彻底解决瓦斯超限的发生，采用以下治理瓦斯超限措施。

（1）进行采空区瓦斯抽放，利用抽放瓦斯解决综采面及回风隅角瓦斯问题的工作面，抽放系统装备能力按照工作面回采期限内的最大瓦斯涌出量进行核定，并具备一定的富余系数。同时，加强综采面上下两顺槽三角区顶板管理，上下两顺槽采取退锚等措施进行处理，对防治瓦斯超限有积极的作用。

（2）浅埋深煤层中的高瓦斯矿井，进行本煤层瓦斯抽采，抽采率要达到AQ1026行业标准。瓦斯矿井按高瓦斯管理，除执行国家有关规定外，对通风能力大于生产能力1.3倍以上，通风系统合理。回风井不得兼作提升行人井。盘区及以上设专用回风巷，专用回风巷内不得布置、电器设备或作为行人通道。瓦斯矿井内的高瓦斯区，瓦斯涌出量达到应抽标准的，必须建立抽放系统进行抽放。采掘工作面执行上限配风，按瓦斯量（瓦斯涌出不均衡系数KCH4取值不小于1.4）和适宜风速计算，取其最大值。

（3）综采工作面回撤、安装期间，回撤面实现独立通风，生产工作面回风流不得串入回撤、安装工作面。在瓦斯管理困难时段，即工作面回撤、安装期间，施工通风设施时充分考虑回撤、安装时大型设备及特种车辆的通行需要，工作面回风绕道安设自动风门；高瓦斯矿井及瓦斯矿井高瓦斯区、低氧区的矿井综采面回撤时，必须从工作面回风侧向进风侧单向顺序回撤，并对矿井总回风的瓦斯浓度进行24 h集中连续监测，超限报警，能切断被监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；形成了预测预报、防煤与瓦斯突出措施、效果检验和安全防护的“四位一体”综合防突出体系。同时，在辅回撤通道每两联巷间设置风门，利用风门控制回撤工作面风量。瓦斯矿井其他工作面如果采用双向回撤时，必须在新鲜风流中安设“双风机双电源”局部通风机，向回撤点供风。

（4）矿井定期对综采面及其周围区域瓦斯涌出量进行分析，根据分析结果采取增阻增压措施。实施瓦斯抽采的综采面，合理确定抽放半径，提高抽放效果，降低回风隅角瓦斯涌出量。综采面回风隅角要安装使用瓦斯稀释器，防止隅角有害气体积聚。综采面停产检修时，煤机要停放在工作面进风侧或靠工作面回风侧50架范围内。同时，综采面设置的各种传感器、断电仪等监控系统运行可靠、灵敏，瓦斯超限报警时，能切断工作面及其回风巷内全部非本质安全型设备电源。

5 加强采空区管理，提高回采率，减少遗煤，防治浅埋深煤层自然发火

针对矿区煤层浅埋藏、薄基岩、厚风积沙的开采条件、采掘面留顶煤、井上下漏风、自然发火严重的实际情况，建立了大断面、低负压、大风量矿井通风系统，坚持“快掘、快采、快撤、快闭、快注”原则，坚持少留顶煤、清理浮煤、撒布岩粉、井上下堵漏等综合防治措施，针对不同煤层自然属性，确定自燃标志性气体、自然发火期、研究出了自燃危险区域判断方法，建立自燃火灾早期预测预报体系，提出综合预防技术措施，完善防灭火手段。

（1）优化采煤方法，合理选择支架，加大采高，不留顶底煤或减小留设厚度，提高资源回采率，及时清理巷道、两隅角、架前、皮带下浮煤，防止煤炭遗留采空区，有效预防了采空区等的煤炭自燃。

（2）优化回采面通风系统，合理调配风量，在进风隅角设置风筒布材质的挡风帘、回风隅角设置风筒布材质的导风帘，均衡采空区风压，减小采空区漏风。在保证安全均衡稳产的前提下，在采空区遗煤升温前，加快工作面推进速度，将其甩入采空区窒息带。

（3）将采空区灌浆、注氮、喷洒阻化剂、撒布岩粉等措施落到实处，综采工作面实行随采随注进行注氮，工作面永久封闭后待采空区内氧气浓度降到5%以下时，停止注氮。

（4）及时进行地表堵漏工作，防止地表裂隙漏风，消除采空区遗煤自然发火隐患。定期对密闭进行检查，对受损的密闭及时进行喷浆等措施进行维护，防止漏风。

（5）不间断的进行气体监测，对防火墙、回风巷及其它可能发热的地点进行检测，充分利用束管连续监测和人工定期检测方法，特别是在季节和气温变化较大时，加强对工作面有害气体的检测，实时开展防火预测预报工作。增设注氮机，实施注氮工作。

（6）确定矿井自然发火“三带”分布情况，对煤层自然发火“三带”分布规律进行了研究；开展了近距离煤层群开采防火技术研究的阶段性工作；推广应用红外束管监测系统，束管监测距离较远的矿井装备红外束管监测系统，实现采空区连续监测。

6 建立健全防治粉尘机制，完善综合防尘管理具体办法

完成了矿区主要尘源点采样562个，测定全尘浓度、呼吸性粉尘浓度、分散度、SiO2含量、煤尘爆炸性指数等。通过主要尘源点的参数测试、分析、总结、评估，提出了矿区主要尘源点控制技术措施，完善了综合防尘管理实施办法，出台了粉尘内部管理标准和符合现场实际的管理制度。实施了矿井综采面、连采面、辅运大巷、胶运大巷、回风大巷粉尘治理工程。在岩巷、半煤岩巷掘进工作面试验“长压短抽“通风方式，使用矿用除尘风机除尘，有效解决了岩巷、半煤岩巷掘进巷道粉尘浓度超标问题。使用HBKO1/600型干式除尘系统，取得了良好效果，全尘降尘率达76.7%～83.5%。综采工作面积极推广架间自动化喷雾装置和回风防尘滤网，掘进面推广使用机组负压除尘装置，连采机除尘器除尘，主运输胶带机大巷转载点封闭底皮带降尘技术、触控式自动喷雾和底皮带振动式自动喷雾；采掘机组试用高压外喷雾、防尘剂，降低粉尘浓度，保护职工健康、杜绝煤尘事故起到了积极作用，粉尘浓度得到有效控制。为煤矿安全主产和保护矿工身体健康做出了较大贡献。

7 监测监控智能化，实现监控监控24 h自动监测

煤矿采掘工作面、硐室、回风大巷均按《规程》要求上齐了通风安全监测监控系统，提高了自动化程度和管理水平。同时实现了安全监控24 h实时在线监测，对监测到的瓦斯、一氧化碳等超限信息，风机开停异常等信息能够及时上传，实现报警自动断电。规范了安全监控系统数据传输接口。提高了安全监测联网数据的统一性、规范性、准确性和稳定性，及时消灭现场“一通三防”事故隐患，为确保矿井安全生产提供了有力保障。

随着煤矿开采强度的不断增大，矿井“一通三防”会存在很大隐患。在实际生产中严格按照要求强化通风系统的管理，要不断优化通风系统、降低通风阻力。此外，先进技术及设备的研发及应用也至关重要，为矿井“一通三防”工作提供技术支持，确保矿井开采安全。

参考文献

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