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工作面启封可行性论方案

徐州矿务集团三河尖矿

7441工作面启封、拆除及回采方案

论证报告

二O一三年十月三十日

第一章工作面启封方案

一、概述

1、工作面概况

7441工作面走向长300m，倾向180m，于2012年7月8日中班贯通形成切眼，8月10日开始安装，工作面共安装支架119架，采高3.1m，煤层倾角10～20°、厚度2.4～5.4m、平均5.2m。

工作面92～94号支架处揭露一条贯穿工作面走向的火成岩，并伴生一条落差2.1m的正断层，92支架向上工作面全岩。

2012年9月21日试生产至2012年12月7日，溜尾推进30m、溜头推进14m。

工作面采用“U”型下行通风方式，工作面需风量1192m3/min。

2、工作面发火及封闭情况

12月7日早班6点左右开始工作面防灭火形势恶化，12月8日早班完成对轨道巷的封闭工作，并进行了喷浆处理。

12月10中班运输巷打一道板墙并喷涂了快速密闭材料，12月11日中班运输巷进行砌墙封闭，并进行喷浆处理，12月12日中班运输巷完成了第二道密闭墙封闭工作，并进行了喷浆处理，12月14日夜班轨道巷完成了第二道密闭墙封闭工作，并进行了喷浆处理。

工作面封闭后，通风工区定期安排人员对该区域密闭墙内外CH4、CO、O2、T等进行检查记录。

3、地质构造

7441工作面轨道巷走向长340m，已回采30m，剩余310m，运输巷走向长240m，已回采14m，剩余226m；倾斜长176--268m（斜距），煤层直接顶板泥质胶结粉砂岩5.2m，老顶中细砂岩6.2m，直接底板粉砂岩1.0m，老底泥岩2.2m，煤层平均倾角12°。

7441工作面靠近井田边界F1（落差110—295m）大断层和一条落差22m的断层，该工作面运输巷揭露4条正断层f1H=0.8∠70°、f2H=2.5m∠55°、f3H=1.0∠56°、f4H=22∠65°。

切眼揭露1条正断层产状为f5H=1.4∠65°。

轨道巷揭露7条正断层产状分别为f6H=4.0∠70°、f7H=2.5∠70°、f8H=1.6∠65°、f9H=2.5∠65°、f10H=2.0∠70°、f11H=6∠50°f12H=0.9∠85°。

轨联巷揭露2条正断层产状分别为f13H>48m∠60-80°、f14H=2.0m∠50-80°；东四新增轨道上山、运输上山和7441运输巷以及回采期间均揭露一条火成岩墙厚3.6～7m。

轨道巷回采30m，运输巷回采14m停面，回采期间靠近轨道巷遇到运输巷原揭露的f2H=2.5m∠55°断层及火成岩墙，断层落差和火成岩厚度均小于运输巷，在距火成岩墙0～10m处有一条顶板破碎带顺着火成岩墙方向延伸，给工作面回采造成较大困难；还遇到轨道巷方向过来的一条火成岩墙厚2.5m左右。

过断层和火成岩期间由于直接顶板为泥质胶结的粉砂岩十分破碎，在采动的影响下顶板发生冒顶现象，直接冒到老顶。

工作面启封恢复回采后预计还将过8条断层和两条火成岩墙，影响最大的是两条纵贯整个工作面的断层f2H=2.1～2.5m∠55°，f14H=2.0～2.5m∠50-80°及火成岩墙。

工作面向前推进f2断层落差由2.1m逐渐增加到2.5m，火成岩由3.6m，逐渐增加到7.0m。

随着断层落差和火成岩厚度的增大顶板管理的难度将会更大。

二、火区治理启封方案

1、施工消火道

7441消火道设计长度460m，其中煤巷310m，岩巷150m，岩巷段与原切眼方向平行，与7441老切眼帮距10m。

拐弯处处理5m平台，停头位置施工钻机平台。

7441消火道煤巷段近似于运输巷平行，岩巷段绕到老切眼后部，利用平行于切眼的巷道施工钻孔，向采空区内压注防灭火材料。

（图1-1所示）

图1-17441消火道通风系统示意图

2、工作面缩封方案

（1）、考虑到不影响7451综放工作面拆除，确定缩封时间为7451工作面拆除结束之后，所有启封措施和缩封工作必须由救护队负责（11月25日-12月5日）。

（2）、首先对轨道巷进行缩封，密闭墙位置选在轨道巷第一道墙向外不低于0.5m处，密闭墙砌筑完毕后，两墙之间填夹注黄土或MEA充填料，确保墙体及四周不漏风。

（11月下旬之前）

（3）、其次再缩封运输巷，7441运输巷密闭墙第一道墙位置选在7441工作面下口向外不低于6m的位置，间隔0.5m再砌筑第二道密闭墙。

为保证缩封过程中施工人员安全，必须采取“锁风法”前移密闭墙位置，缩小火区封闭区域，编制专项措施。

图1-27441面缩封后通风系统示意图

（4）、缩封后，通过7441运输巷风桥对7441两道采取均压措施，使两道压力趋于平衡，减少采空区内的漏风。

同时将注氮管路延接到缩封后的封闭墙位置，做好工作面注氮工作。

（5）、缩封后，在两道密闭墙向外合适位置分别布置钻场向工作面打钻，终孔位置在支架顶煤和后尾梁向上5米处，每5架布置一个钻孔压注MEA灭火剂；对于因钻孔困难而未能施工到位不能覆盖顶煤的支架，在工作面分段启封后再通过一次性成孔钻具进行补充打钻压注MEA灭火剂，进一步采取阻化处理。

（6）、缩封工作结束后，在7441运输巷与7441消火道之间施工一条运输联络巷，长度为20m，煤巷（图1-3所示）。

联络巷位置选在工作面下出口向外30m位置，预留足够长度巷道防止7441面内出现异常情况时能采取相应措施，而不影响其他区域。

7441运输巷缩封后第二道距离7441运联巷超过6m部分需要进行再次封闭。

图1-37441运输联络巷贯通后通风系统示意图

3、启封前火区治理

启封前火区治理为静态治理阶段。

1）、注氮管路铺设

7441运输机道缩封结束及消火道施工结束后，注氮管路氮气出口必须接至轨道巷和运输巷封闭墙及消火道钻场附近。

2）、7441消火道钻场及钻孔布置

在7441消火道岩巷段设置钻场，沿着消火道岩巷段到巷道顶端设置1排钻孔，孔间距为10m，钻孔落点为架顶及采空区顶部，采用MK-5钻机及一次性成孔钻具向7441火区施工钻孔。

在7441消火道顶端设置施工高位钻孔，通过扇形布置钻孔，向7441火区及轨道巷方向三角带区域施工钻孔，为保证钻孔成孔效果及终孔位置，采用MK-5及一次性成孔钻具，原则上钻孔长度不超过50m。

（钻孔设计如图2-4所示）

钻孔布置方式：

钻孔垂直切眼布置，钻孔间距10m。

钻孔参数要求：

钻孔直径不小于75mm，全程一次性成孔钻具，前部为1m花管。

灌注空间：

平均宽度20m，长180m，平均高10m，孔隙率按0.3计算，灌注空间为10800m3。

图1-47441消火道施工钻孔示意图

3）、三相泡沫和MEA灭火剂灌注方式

缩封工作结束后，在消火道钻场内施工高位钻孔，通过7441消火道内的高位钻孔对支架、尾梁顶煤以及采空区内遗煤进灌注三相泡沫和MEA灭火剂，使工作面和采空区内充满大量泡沫，达到降温灭火和阻化自燃的目的。

4、启封工作方案

1、以上各项工作到位，且火区内的气体、温度等指标只有经取样化验符合《煤矿安全规程》第248条规定，证实火已熄灭后，方能采取分段启封通风方案。

火区同时具备下列条件时，方可认为火已熄灭：

（一）火区内的空气温度下降到30℃以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同。

（二）火区内空气中的氧气浓度降到5.0%以下。

（三）火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下。

（四）火区的出水温度低于25℃，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同。

（五）上述4项指标持续稳定的时间在１个月以上。

附7411工作面两道密闭墙气体化验报告。

时间

地点

CO

（ppm）

CH4

%

CO2

%

C2H6

（ppm）

C2H4

（ppm）

C2H2

（ppm）

O2

%

墙内

温度

墙外

温度

8月2日

7441轨道巷

0

0.01

0.84

0

0

0

2.43

32

30

8月5日

7441轨道巷

0

0.03

1.26

1

0

0

1.64

33

29

8月7日

7441轨道巷

0

0.02

1.31

0

0

0

1.88

34

29

8月9日

7441轨道巷

0

0.01

0.59

0

0

0

1.71

32

30

8月12日

7441轨道巷

0

0.00

0.23

0

0

0

3.42

32

30

8月14日

7441轨道巷

0

0.00

0.21

0

0

0

1.74

32

29

8月16日

7441轨道巷

0

0.00

0.22

0

0

0

2.42

32

29

8月19日

7441轨道巷

0

0.00

0.18

0

0

0

1.38

31

30

8月21日

7441轨道巷

0

0.00

0.17

0

0

0

0.75

32

30

8月23日

7441轨道巷

0

0.00

0.18

0

0

0

0.86

34

29

8月26日

7441轨道巷

0

0.00

0.14

0

0

0

2.04

32

29

8月28日

7441轨道巷

0

0.00

0.04

0

0

0

4.56

32

30

8月30日

7441轨道巷

0

0.00

0.16

0

0

0

1.63

33

29

时间

地点

CO

（ppm）

CH4

%

CO2

%

C2H6

（ppm）

C2H4

（ppm）

C2H2

（ppm）

O2

%

墙内

温度

墙外

温度

8月2日

7441运输巷

0

0.04

1.02

0

0

0

2.61

32

31

8月5日

7441运输巷

0

0.03

0.28

0

0

0

1.25

34

31

8月7日

7441运输巷

0

0.02

0.69

0

0

0

1.53

34

31

8月9日

7441运输巷

0

0.06

2.17

1

0

0

0.69

33

30

8月12日

7441运输巷

1

0.07

2.16

1

0

0

1.56

33

30

8月14日

7441运输巷

1

0.07

2.13

1

0

0

1.64

33

30

8月16日

7441运输巷

2

0.07

2.23

2

0

0

0.99

32

30

8月19日

7441运输巷

2

0.06

2.02

2

0

0

3.40

32

31

8月21日

7441运输巷

2

0.07

2.36

3

0

0

0.64

32

30

8月23日

7441运输巷

2

0.07

2.35

4

0

0

0.59

33

31

8月26日

7441运输巷

3

0.06

2.24

4

0

0

1.11

32

31

8月28日

7441运输巷

0

0.06

2.14

3

0

0

2.18

32

30

8月30日

7441运输巷

1

0.06

2.10

4

0

0

2.16

33

31

根据2013年8月份气体化验结果，该面已具备启封条件。

2、7441工作面启封采取分段启封方式，每10m为一段，风机安装在东四新增轨道上山，从运输巷接入风筒，逐段恢复通风，每一段向上未恢复通风的部分用珍珠岩粉在架间垒墙封闭，并在墙面喷涂防漏风材料，对封闭区继续注氮气，将O2浓度控制在5%以内。

3、对7441工作面内恢复每一段通风后，必须对该恢复通风范围内的电气设备、支架检修好，通过7441消火道所施工的高位钻孔，向7441采空区裂隙中压注超高水充填材料。

压注超高水充填材料时，用木板等材料在采空区与综采支架之间进行隔离，防止混合膏体流入支架。

灌注空间：

平均宽度10m，长180m，平均高5.4m，灌注空间为9720m3。

根据超高水充填材料充填公式，每0.112吨可以充填0.85m3计算，共计需要充填材料1283吨。

4、对每一段恢复通风区域的支架及尾梁顶煤，采取在面内从支架顶梁前端施工钻孔压注MEA防灭火材料，对顶煤再次进行阻化处理。

5、对支架及尾梁顶煤阻化处理和向老切眼压注超高水材料完成后，再向上逐段恢复通风；每恢复一段重复一遍上述工作。

直至整个工作面恢复局扇供风。

5、启封后火区治理

1）、工作面启封后为火区动态治理阶段，7441工作面铺网扩棚期间，根据防灭火情况，工作面通风方式采取上行通风。

（图1-5所示）

图1-57441改上行风后通风系统示意图

2）、通过消火道高位钻孔继续向采空区内压注氮气。

6、拆除期间火区治理

7441工作面拆除期间，该面通风系统继续改为局扇供风，即将7441工作面下出口原密闭墙位置砌墙封闭。

通风系统示意图如下图：

图1-77441拆除期间局部通风系统示意图

第二章工作面拆除方案

一、7441工作面状况

由于7441工作面受地质因素及开采条件限制，工作面启封后受断层构造、支架状况及需继续调面等因素影响，工作面不具备继续回采条件，矿初步拟定对工作面进行拆除。

7441工作面选用MG400/930-WD型双滚筒采煤机，运输设备选用SGZ1000/1710刮板输送机，工作面支护采用ZF7200/17/35型液压支架支护（支架技术参数见表2-1）。

其中：

ZF7200/17/35型液压支架113架；ZFG7200/20/32型液压支架6架。

由于工作面支架整体长度达到7.6m，在支架拆除过程中难度较大。

表2-1工作面支架主要技术参数

支架型号

ZF7200/17/35

ZFG7200/20/32

单位

高度

1700/3500

2000/3200

mm

宽度

1410/1580

1410/1580

mm

中心距

1500

1500

mm

系统压力

31.5

31.5

MPa

初撑力

6184

6184

kN

工作阻力

7200

7200

kN

支护强度

0.83-0.85

0.83-0.85

MPa

适应底板比压

＜2

＜2

MPa

适应倾角

＜25

＜25

（°）

推移步距

700

700

mm

拉后溜步距

700

700

mm

移架力

633

633

kN

推溜力

361

361

kN

安全阀压力

36.7

36.7

MPa

三、工作面拆除方案分析

根据工作面设备配备情况及现场条件，现提出两套工作面拆除方案：

方案Ⅰ：

工作面系统恢复后，扩棚拆除。

在工作面推进过程中，由于工作面地质条件复杂，过断层顶板破碎，采用铺网推进，工作面下部40架因推进距离短，回采时支架上方没有铺网。

该方案初步考虑两种方法，一种是在工作面防灭火方案全部实施到位后，对工作面内支架和系统进行恢复，工作面支架不再向前推进，在工作面前方直接扩棚5米。

另一种是工作面向前推进7米，在支架顶梁上方正常铺网上绳，为支架拆除创造条件，铺网上绳结束后再扩大棚5米。

从这两种扩棚方法比较看，由于工作面支架状况较差，推进难度大，直接扩棚可以缩短工作面推进时间。

但是，工作面在以前推进过程中，40架向下支架顶梁上方没有铺网，上部受断层影响铺网质量较差，且工作面封闭已1年左右，原有金属网可能损坏，如不再铺网上绳，支架拆除过程可能十分困难，尤其是工作面后溜子，如果工作面不推进铺网，可能无法拆除。

因此，在这两种方法中，优先选择铺网上绳后，再扩大棚进行工作面拆除。

方案Ⅱ：

沿工作面前方10m左右平行于工作面施工拆除巷道，然后通过联络巷对工作面支架进行拆除。

施工拆除巷道规格：

宽度不低于5.5m，高度不低于2.4m。

联络巷宽度低于4米，每一个联络承担4～6架支架拆除。

使用该方案优点为：

1、防灭火管理较为容易；2、巷道施工较为方便；3、避免工作面推进过程中顶板管理困难。

缺点：

支架拆除过程中顶板压力大或顶板破碎易出现埋支架或支架拉不出来现象。

三、工作面拆除方案的确定

在上述两个方案中，均考虑在工作面恢复过程中即对后溜子进行拆除，把溜子与支架的连接装置拆除，从运输机道用回柱机把溜子整体下拉，拆除的设备从消火道中运出。

从两个方案比较看，采用方案Ⅰ铺网扩棚，为支架拆较为有把握，但施工时间较长；采用方案Ⅱ拆除过程承担支架不能完成拆出来的风险。

综合分析，拟使用方案Ⅰ。

第三章7441工作面回采方案

1、工作面巷道布置

7441工作面拆除后，为了加快东翼地区收缩，7441工作面及东四煤柱还需加快进行收缩，根据地质条件及7441煤层赋存条件，对7441工作面提出两种回采方案：

方案Ⅰ：

甩掉地质构造带，仅对上部赋条件较好条带进行回收。

从7441运输机道施工运输联络巷，再施工抬高运输机道，利用7441原材料道进行放面（见图3-1：

7441工作面布置图）。

方案Ⅱ：

重新施工跳面切眼，利用原来的7441轨道巷及运输巷进行回采，工作面设备使用原工作面拆除设备，该方案切眼开在运输机道工作面停采位置前方30m，垂直于运输机道。

2、采煤方法及设备的选择

方案Ⅰ：

考虑到工作面埋深较浅，且工作面长度低于130m，拟选用ZF3200/16/24B及SGZ-764/400运输机。

设备配置见表3-1。

表3-174411面回采设备及型号

序号

设备名称

型号

单位

功率（KW）

数量

1

双滚筒采煤机

MWG-180/435-W

部

435

1

2

前部刮板输送机

SGZ-764/400

部

2×200

1

3

后部刮板输送机

SGZ-764/400

部

2×200

1

4

液压支架

ZF3200/16/24B

架

64

5

转载机

SZZ-1000/400

台

400

1

6

破碎机

PLM-3000

台

250

1

7

乳化液泵

BRW400/31.5型

套

3×250

3

8

污水泵

WQK20-40-7.5

台

2×7.5

2

9

防尘泵

BPW315/10

台

2×75

2

10

移动变电站

KBSGZY-1000/6

台

1

11

移动变电站

KBSGZY-2000/6/3.45

台

1

12

刮板输送机

SGB-630/150

部

2×75

1

13

皮带

SDJ-1000/250

部

4×125

2

14

组合开关

QJZ3-1200/3300-6

台

3

QJZ-1600/1140

台

1

方案Ⅱ：

工作面设备配置见表3-2。

表3-27441新面回采设备及型号

序号

设备名称

型号

单位

功率（KW）

数量

1

双滚筒采煤机

MG400/930-WD

部

930

1

2

前部刮板输送机

SGZ-1000/2×855

部

2×855

1

3

后部刮板输送机

SGZ-1000/2×855

部

2×855

1

4

液压支架

ZF7200/17/35

架

119

5

转载机

SZZ-1000/400

台

400

1

6

破碎机

PLM-3000

台

250

1

7

乳化液泵

BRW400/31.5型

套

3×250

3

8

污水泵

WQK20-40-7.5

台

2×7.5

2

9

防尘泵

BPW315/10

台

2×75

2

10

移动变电站

KBSGZY-1000/6

台

1

11

移动变电站

KBSGZY-2000/6/3.45

台

1

12

刮板输送机

SGB-630/150

部

2×75

1

13

皮带

SDJ-1000/250

部

4×125

2

14

组合开关

QJZ3-1200/3300-6

台

3

QJZ-1600/1140

台

1

3、方案比较

两种方案优缺点

序号

优点

缺点

方案Ⅰ

（1）重新放面，可以甩掉7441面内构造，有利于作面安全生产。

（2）根据我矿接续，安装7441面时间短，推进速度快，不仅能够保证我矿接续，也能降低东四区域防灭火的压力。

（1）造成一定资源浪费。

（2）工作面运输系统相对复杂，造成系统复杂；

方案Ⅱ

（1）充分回采东四区域煤炭资源；

（2）补充井巷工作量小，系统简单。

（1）根据7441启封节点计划，7441老面拆除后再安装到新面，周期长，（拆除3个月，安装2个月）不能够保证我矿接续；

（2）回采期间过大于2.5m断层，推进度慢，对防灭火工作不利。

（3）原7441工作面支架检修工作量不确定，且安装工作量大。

（4）边拆除边安装，施工组织难度大。

通过比较认为，工作面重新选择合适的支架能够方便安装和回采，有利于防灭火工作的开展，现在使用的支架对煤层角度较大工作面适应性相对较差，初步拟使用方案Ⅰ。

第四章7441工作面启封、拆除时间安排

一、7441工作面启风节点时间安排

根据7441工作面启封及拆除方案，至10月28日7441消火道已施工煤巷320米，岩巷工程80米，剩余工程60米，计划11月10日施工到设计位置。

根据集团公司要求，给合我矿7451工作面拆除情况，11月25日前对7441轨道巷进行缩封，在11月25日后对7441运输机道进行缩封。

在施工消火道过程逐步实施7441工作面防灭火工作，主要包括从消火道内注防灭火材料，注氮气等工作，计划在2014年3月气体指标达到要求后开始对工作面进行启封。

二、7441工作面拆除节点时间安排

在7441工作面启封后，首先对工作面系统进行恢复和支架设备等维修（1个月），然后进行工作面铺网、上绳、扩大棚（30天），支架拆除（50天）。

7441工作面启封及拆除时间计划（表4-1）

项目名称

工作量

计划天数

时间安排

备注

7441消火道施工

120m（岩巷）

40

2013.10.1～2013.11.20

7441轨道巷缩封

项

15

2013.11.10～2013.11.25

7441运输巷缩封

项

10

1013.11.25～2013.12.5

7441工作面启封、系统恢复

项

31

2014.3.1～2014.3.31

7441工作面铺网、上绳、扩大棚

项

30

2014.4.1～2014.4.30

7441工作面设备、支架拆除

项

50

2014.5.1～2014.6.22

三、存在问题：

1、7441工作面启封后防灭火工作实施效果还有待进一步检验，如果预期效果差，将影响工作面启封和拆除进度；

2、三河尖矿现有编制队伍不能抽调力量对7441工作面进行拆除，需集团公司协调力量协助我矿进行工作面拆除。