煤层自然发火处理技术

煤层自然发火处理技术（精选7篇）

煤层自然发火处理技术 第1篇

关键词：煤矿井下,煤层自然发火综合防治体系,高效灭火剂,钻孔施工

任楼煤矿72、73、82煤层经中国矿业大学鉴定为二类自燃煤层, 在多年的开采中发生过多起煤炭自燃现象, 给企业造成了巨大的经济损失, 给矿工的生命安全带来了威胁。公司与北京科技大学联合进行了研究, 奠定了一定的理论基础, 并在生产实际中, 任楼煤矿形成了一套具有自己特色的防治煤层自然发火综合防治体系。

1 煤层自燃的技术机理

煤自燃是煤与氧自发产生的氧化放热反应, 始于物理吸附, 然后发生化学吸附和化学反应, 这是一个化学动力学过程;煤氧复合过程首先是氧气的输送, 这是流体渗透和扩散的过程, 流体渗透过程中不断消耗, 各种气体陆续产生释放, 是一个有源有汇的质量传递过程;煤氧复合产生热量, 受热动力驱动, 煤体温度发生变化, 是一个热力过程;煤氧复合所产生的热量扩散和积聚形成传热过程。

煤与氧从开始接触到发生化学反应的整个过程中伴随着氧含量减少、反应气态产物增加, 且有吸热和放热效应发生。热量的产生使煤体内部产生温差、煤与空隙内气体内能发生变化, 从而存在热传导、热对流和热量的积聚。煤体内部气体内能、气体成分和含量的变化改变了气体的运动过程, 气体运动过程的变化影响了空气渗流, 使氧含量发生变化, 进而又影响煤氧复合、热传导、热对流、热积聚等一系列过程。

因此煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的、动态变化的、自动加速的物理化学过程, 其实质是一个缓慢地自动氧化、放热、升温最后引起燃烧的过程。

2 沿空掘进巷道的自然发火防治措施

沿空巷道与相邻采空区一般仅留4m±煤柱。在采掘期间, 由于矿山压力的影响, 巷道顶板煤炭产生大量裂隙而形成松动区, 甚至发生局部冒顶, 巷道靠采空区侧的小煤柱也同样产生了大量沟通采空区的裂隙, 从而为沿空巷道顶板煤炭及相邻采空区煤炭的自燃创造了漏风条件。

防治措施如下:在生产中严禁在风巷沿采空区侧布置钻场、绞车窝、水窝等, 采空区另一侧不得同时进行采掘活动。严格执行沿煤跟顶施工, 必须要留顶煤的巷道段, 及时绘制巷道剖面图, 并标出顶煤厚度。顶煤松动的巷道段进行喷浆, 防止向采空区漏风, 同时注水泥浆予以阻隔。巷道的高冒区采用导风或用不燃性材料充填封闭的方法进行处理, 并在井下巷道及图纸资料中标明高冒区的位置和产生时间, 定期对高冒区进行防火检查, 发现异常情况及时补充采取措施, 进行处理。

严禁贯通采空区, 如有出现与采空区相通的地点, 其前后50m范围内要进行喷浆封闭巷道拨门或其他沿空掘进与采空区相邻的压碎煤柱, 每隔5m左右打3~5m深的钻孔, 压注防治自然发火化学浆液, 即MHAM1—1型煤矿高效灭火剂和黄泥。巷道施工在经过收作线前后50米进行喷浆封闭, 防止漏风, 喷浆厚度不小于30m m。设置防自然发火观测站, 观测站设置在收作线下风侧10m±, 挂牌管理, 设专职瓦斯检查员, 配备一氧化碳、温度、瓦斯等专用检查仪器每天进行防灭火检查。

3 工作面收作及封闭期间的自然发火防治措施

任楼煤矿7煤发火点在采空区, 发火期短, 遇陷落柱及终采期停产或工作面推进速度低于0.8m/d易发火。并且大采高工作面配风900m3/m in时, 从工作面进入采空区34~70m范围内存在紊流与层流混合过渡区, 该区为采空区自燃风速带 (0.1~0.24m/min) 。因此, 工作面在回采期间不存在自燃现象, 但是在工作面收作期间, 有自然发火危险。针对此种情况, 得出如下防治措施:

1) 工作面收作期间关门后配风<900m 3/m in;2) 从工作面收作线向工作面以里80m, 提前敷设注浆管路, 每10米设置一个三通;3) 工作面铺网前15m对工作面喷洒阻化剂 (JDAQ-MZH-1型阻化剂) ;4) 在工作面收作完毕并封闭之后, 集中对收作线及采空区进行防灭火灌浆。工作面回采期间随时检查上隅角气体, 当出现异常时, 及时取气样进行色谱仪分析, 并对采空区进行点注式 (即控制流量的方法) 灌注MHAM1—1型煤矿高效灭火剂与黄土的混合浆液, 并每班取气样分析, 关注气体变化情况。

4 采空区高温点的防治措施

任楼煤矿2010年Ⅱ1采空区遗煤自燃现象, 通过采用灌浆和均压两种方法, 快速有效熄灭火源。整个治理过程共分为如下三个阶段。

第一阶段:封堵漏风通道为主, 灌浆覆盖采空区为辅。

首先, 从Ⅱ1采区轨道上山施工钻孔, 对二阶段溜煤眼灌注J DAQ-3型无机充填材料及黄泥浆进行封堵, 杜绝了煤眼漏风。其次, 从轨道对高温点施工灌浆钻孔, 确保浆液到达采空区高温点。

第二阶段:灌浆熄灭火区为主, 均压减少漏风为辅。

在总结第一阶段经验的基础上, 从Ⅱ1采区轨道上山施工9个钻孔, 对8217机巷、Ⅱ8211风巷封闭墙附近及8217运煤斜巷定点灌注化学浆 (MHAM1—1型煤矿高效灭火剂和黄泥浆) 进行封堵。同时, 利用Ⅱ8210工作面收作期间敷设的原注浆管路, 再次对Ⅱ1采区一车场封闭墙内和Ⅱ1采区2.5车场Ⅱ8210机联巷封闭墙内灌注化学浆进行封堵, 防止漏风。另外, 在中一采区总回建设两道控风设施, 提高回风侧的风压, 降低进回风之间的压差, 进一步减少采空区的漏风量。

第三阶段:巩固治理成果, 彻底封堵漏风通道。

经过第一、第二阶段的治理, Ⅱ1采区高温点已经得到了有效的控制, 根据气体分析数据显示, 火区已经熄灭。但是为了进一步巩固火区治理效果, 从源头上消除采空区遗煤的自燃, 结合Ⅱ1采区复杂的巷道层位关系和地质条件, 采用“膜式”全覆盖封堵技术封闭火区, 通过在采空区高位对整个采空区空间内灌注大量防灭火浆液, 随着浆液的流动沉积覆盖整个采空区, 犹如一道覆盖膜阻断了进风侧与采空区之间的漏风通道, 极大的减少采空区漏风, 火区得到了有效封闭, 避免了采空区遗煤自燃。

5 结论

任楼煤矿自然发火的特点表现为自然发火周期短、发火地点分散、近距离多煤层开采巷道布置复杂, 漏风渠道复杂, 治理困难。把这类高瓦斯易燃煤层工作面作为研究对象, 深入细致地进行采空区自然发火机理及行为规律研究, 把握它们之间的内在联系和变化规律, 制定措施标准, 实行科学化管理, 通过该项目研究掌握了任楼煤矿煤层自然发火规律, 对于煤层自燃的防治具有指导作用, 能减少煤炭资源的损失和保护矿工的生命安全, 其研究成果也可以在其它矿山推广使用, 其经济、社会效益显著, 推广应用前景良好。

参考文献

[1]煤炭工业部.矿井防灭火规范.北京:煤炭工业出版社, 1988.

煤层自然发火处理技术 第2篇

10211工作面采用U型通风方式, 工作面走向长度1000m, 倾斜长度200m, 煤层平均厚度2m, 煤层平均倾角为19°, 属于Ⅱ类自然发火煤层, 煤样最短自然发火期为58天, 有煤尘爆炸性。

2 工作面停采前措施

2.1 强化回采期间防火管理

1) 当工作面回采到离停采线100m时, 通过工作面上隅角预埋的灌浆管路对采空区加大灌浆量。机、风两巷如果使用圆木配合液压单体支柱支护时, 必须将木料全部回收, 严禁木料埋入采空区;同时要减少遗煤、洒煤, 每班做好支架和运输机清理工作, 严禁随意丢顶、底煤和浮煤。回采至停采线时, 要保证工作面液压支架的侧护板完全打开, 确保工作阻力满足要求, 同时减少空顶面积。铺网时, 要按照要求联网, 提高铺网质量, 钢丝网要进入采空区1m以上, 防止采空区漏风。2) 回采期间, 要保护好工作面机、风巷注氮、灌浆管路, 回柱前必须将管路放置到实底, 严禁管路悬空, 管路保护不到位严禁回柱、拉架、抵车。同时要施工浅孔动压钻孔注水, 对煤体进行注水, 湿润煤体、增加煤体含水率, 钻孔间距7~8m, 孔深5m, 具体钻孔施工参数根据工作面现场地质情况进行调整。3) 工作面距停采线最后40m范围内, 严禁大幅度甩采, 保证机、风巷均匀回采, 防止因局部推进迟缓而造成老空区自然发火。

2.2 强化上、下隅角管理

1) 工作面上、下隅角是采空区漏风的主要通道, 采用袋装碎矸封堵漏风通道, 从而减少采空区漏风供氧, 减缓采空区遗煤的氧化速度, 达到防灭火的目的。在工作面机、风巷距停采线100m的范围开始, 要加强上、下隅角的充填封堵。下隅角每间隔10m, 施工一道隔离垛墙, 采用袋装碎矸进行封堵, 垛墙厚2m以上, 封堵范围为机巷下帮至第1架架尾。上隅角由风巷上帮至最后一架架尾连续充填。所有袋墙墙面竖缝要错开, 逐层垒砌, 严禁出现阶梯墙面, 以减少采空区供氧条件。工作面停采后机、风巷严禁滞后采空区, 并保证充填严实无漏风。施工隔离垛时, 不能将灌浆 (注氮) 预留管口封于隔离垛内;且对管路进行保护, 将管路靠帮靠底, 不得悬空。

2) 建立健全工作面通风系统, 对采区主要风门加强巡视和检查, 保证通风系统稳定和可靠。同时, 加强工作面机、风巷的维护, 保证通风断面符合规定。回采至停采线100m时, 保持采空区全面灌浆, 风巷每隔30m迈步灌浆管路。工作面收作期间除正常交替迈步式预埋灌浆外, 风巷在距收作线老塘侧80m、60m、40m、20m处, 分别预埋一趟3寸灌浆管路;机巷在距收作线老塘侧60m和30m处, 分别留设两趟管径不小于3寸注氮管路, 最里端1m改为花管, 用钢丝网缠绕保护。两趟管路均在机巷下帮并延接至收作线外, 并挂牌编号管理, 并用与主管路多通相连, 每趟管路分别有控制瓦笼。

3 收作期间措施

3.1 强化通风及瓦斯管理

在收作结束前, 在机、风巷指定位置安装局部通风机, 局部通风机必须实行“三专三闭锁”。工作面液压支架拆除回收后, 要保证工作面煤壁侧通风正常、行人通道宽不小于1.5m, 高不低于1.8m。收作期间, 必须采用全负压通风, 降低工作面配风量, 配风以回风流CH4浓度不超过0.5%、温度等符合《规程》要求为原则, 以减小工作面风压, 减少向采空区漏风。要加强现场瓦斯管理工作, 重点检查工作面隅角、架头、架尾、架间及车窝、硐室内的瓦斯情况, 杜绝瓦斯积聚, 防止瓦斯事故。

3.2 强化自然发火参数预测预报

加强防火预测预报, 三班对工作面机、风巷冒高处、上隅角、下隅角、架头、架尾、架间及老塘侧等地点附近加强检查, 若探管或风流中温度、CO等出现异常情况, 立即汇报处理。工作面回采至停采线20m和10m时, 分别埋两路取样束管, 对安装好的束管进行现场测试, 并挂牌编号标记, 以便专职测气员随时通过束管对采空区气体情况进行检测。距收作线20m始每十架工预埋防火探查管, 探查管必须随采随延至支架前, 便于取样检测, 并挂牌编号管理。工作面停采后, 在工作面支架头尾、支架间、上下隅角和采空区等重点地点设置防火观察点, 每班进行检查, 若发现异常, 要及时进行处理。

3.3 落实防火措施

一是均压防灭火。工作面收作期间, 在保证工作面瓦斯、温度等符合规定的前提下, 要适当控制风量, 可控制在600m3/min左右, 从而降低进风侧和回风侧的气压差, 减少采空区漏风量。

二是灌浆防灭火。根据收作期间现场防火情况, 随时对架间插管, 利用高压胶管进行防火灌浆或者注胶, 充填采空区里的漏风区域, 减少漏风量, 防止煤层自然发火。要保证防火灌浆系统正规、可靠, 运行正常, 确保灌浆的质量和数量, 水、土比不低于3∶1, 并在浆液中添加粘稠剂和阻化剂, 对于工作面内灌浆覆盖不到的地段, 进行喷洒阻化剂, 要将底板、支架间隙后方喷透撒匀, 阻化剂与水配比为1∶5, 根据现场喷洒效果, 可适当调整比例。喷洒施工过程中要设专人观察巷道支护情况, 保证洒满底板、支架间隙后方及其他角落、不留死角。

三是注凝胶防灭火。根据工作面现场防火情况需要, 在工作面收作期间, 可以利用移动注胶泵对工作面上下端头支架后部采空区注凝胶封堵, 以加强工作面架后堵漏管理, 充填采空区内的漏风通道, 减少漏风, 抑制煤层自然发火。同时要加强注胶管理工作, 充分利用防火阻燃材料, 及时对机、风巷冒顶区、上下隅角、架尾、架间及采空区等有自然发火隐患的地点打撞管进行注胶, 做到封严堵实。

4 结语

防止煤层自然发火是综采工作收作期间安全管理的重点。通过采取上述措施, 有效防止了收作期间煤层自然发火事故, 为综采工作面收作期间的防火管理提供了一些可以借鉴的经验。

摘要：在综采工作面回收前, 需要提前做好铺网使棚等准备工作, 且随着工作面推进度减缓和停采, 防止煤层自然发火尤为重要。本文介绍了综采工作面收作期间防止自然发火的技术措施, 值得借鉴。

关键词：综采工作面,收作期间,防止,自然发火

参考文献

煤层自然发火处理技术 第3篇

21141综采放顶煤工作面位于矿井西部二水平2 1采区下山西翼, 回风巷长1 455 m, 胶带运输巷长1 538 m, 可采长度1 298 m, 采深684.4 m。工作面切眼长130 m, 煤层倾角12°~14°, 平均煤厚15 m, 采出率85%左右。该工作面于2013年9月回采结束。工作面回采期间, 由于冲击矿压影响必须保持低速推进, 造成采空区遗煤大量氧化, 极易发生自燃现象, 给工作面安全撤除带来极大困难。

1 回撤工作面自燃危险性分析

21141综放工作面为易自燃厚煤层, 月推进度在15~18 m, 采空区遗煤自燃危险性特别严重, 撤除期间防火形势十分严峻。

(1) 采空区遗煤多, 为采空区自然发火提供了充足的可燃物。工作面煤层平均厚15 m, 为特厚煤层, 回采方式为一次采全高放顶煤开采, 工作面采出率低, 仅为85%, 采空区遗煤达15%。大量遗煤为采空区自然发火提供了充足的可燃物[1]。

(2) 良好的漏风条件为采空区遗煤自燃提供了足够的O2。工作面瓦斯涌出量最高达6 m3/min, 温度23~26℃, 根据安全需要, 工作面最大配风量达到1 100 m3/min;同时工作面瓦斯含量高, 需要进行采空区瓦斯抽放, 这就增加了采空区与外界的压差, 进一步增加了采空区漏风量[2]。采空区漏风量大, 使工作面采空区自燃带范围增大[3,4];下隅角至工作面1#—20#架采空区为采空区主要进风通道, 上隅角至工作面后10架采空区为采空区主要回风通道, 是预防自然发火的重点区域[2]。另外, 工作面回风巷采用沿空小煤柱 (煤柱宽5 m) 留巷, 由于矿压显现明显, 巷道变形量大, 进行过多次扩修, 回风巷煤柱变窄压碎, 易向邻近采空区漏风, 造成回风巷煤柱防火压力增大。

(3) 工作面撤除周期长, 为热量积聚提供了条件。从停采准备撤除到撤完工作面设备和支架至少需要1个月时间, 在此期间支架不推进, 采空区浮煤缓慢氧化, 积聚的热量又不能及时被吹散, 煤体温度升高, 为自然发火提供了充足的条件[5,6,7]。

(4) 煤层自然发火期短, 推进速度慢。根据千秋矿煤样自然升温实验结果分析得:煤样在初始温度为25℃时最短自燃周期为17 d, 结合经验参数采空区内遗煤自燃区一般集中在20~50 m。而千秋矿受冲击矿压影响21141工作面推进度仅为0.6m/d, 使得采区“三带”向前移动速度变慢, 氧化和升温区内的煤体在一定条件下长时间的氧气发生复合反应集聚热量而加快自燃进展[6,8], 在工作面回撤期间若不采取有效措施, 将极大增加煤体自燃的可能性。

根据21141工作面自燃危险性分析和煤炭自燃机理, 阻止煤体氧化是不可能的, 只有减缓煤体的氧化速度、破坏蓄热环境, 进而延缓煤的发火周期。针对综放工作面自然发火点难确定的特点, 千秋矿制订了以控风和降温为主的综合防火技术, 并取得了良好效果。

2 回撤准备工作

工作面煤壁距终采线20、15 m时, 在工作面上、下端头各预留直径50 mm无缝钢管1根, 续接到工作面终采线后, 用于注泥浆和三相泡沫;工作面煤壁距终采线15 m时, 开始沿工作面倾斜方向铺设单层金属菱形网, 单层金属菱形网铺设拉移1排支架后, 开始沿工作面倾斜方向铺设风布, 第3排开始上双层金属菱形网, 第4排铺设26 mm、长150 m的废旧钢丝绳, 钢丝绳铺设间距0.6 m。双层金属菱形网、风布、钢丝绳要一直铺到支架停移处;风布倾斜、走向位置都搭接300 mm, 用连网丝每200 mm连一结, 严禁把风布来回折叠、折破。工作面支架停移后, 立即组织人员采用水泥掺黄土比例为1∶3的泥浆对工作面支架前梁风布与顶煤缝隙、后尾梁、风布破损处进行逐架漫抹, 漫抹黄泥厚度不少于15 mm, 不得出现裸露煤体。

3 回撤期间自然发火防治措施

3.1 加强气体监测

千秋矿建立了“监控系统预警, 便携仪器定位, 人工测量确诊, 束管分析定性”的防火预警系统。采用人工检测、安全监控系统监测和束管监测系统采样分析的方法, 对工作面煤体氧化情况进行监测, 各种监测应定点、定时, 以便于分析。

(1) 监测地点布置。支架后尾梁处从第1架开始, 每10架1个点;支架前梁架缝间从第5架开始, 每10架1个气体观测孔;工作面及回风流;回风隅角。工作面气体观测孔仰角30°~40°, 孔深6~8 m (与采空区打透, 封孔后预留气体测量软管) 。每天对以上测点抽取气样化验分析, 开展自燃火灾预测预报。

(2) 选用精确的监测仪器。21141工作面停采回撤时预测自然发火的仪器采用火灾束管监测系统的色谱分析仪器、监控系统的CO传感器, 配合人工测量用的便携式瓦斯鉴定器、便携式CO鉴定器和风表。

(3) 自然发火参数监测必须做到“四定”, 即定人、定时间、定地点、定仪器。需人工测量的参数主要有工作面CO、CO2、CH4、温度、风量, 正常情况下工作面气体和温度情况每班检测1~2次, 风量每天检测1次并记录。每班人工取气体观测孔气样送地面气象色谱分析仪分析1次, 并形成日报表和周曲线图。

3.2 控风堵漏防火

(1) 对回撤工作面风量进行控制并及时改为正压局部通风机通风。工作面正常回采期间的风量为1 100 m3/min, 工作面停采后, 风量立即降为600m3/min, 直至工作面改为正压局部通风机通风。当工作面最下部3架回撤完毕, 工作面下隅角和下安全出口垮塌, 立即对工作面下巷进行封闭, 采用局部通风机通风, 严防全负压通风下安全出口不畅, 存在高负压、低风量现象, 形成自然发火隐患。

(2) 在工作面上、下隅角和工作面重点防火区域封闭堵漏风。工作面停采前10 m, 每推进2 m在工作面上、下隅角各施工1道挡风墙, 挡风墙用黄土袋堆垛, 每层2排并逐层压实, 不得头重脚轻, 在倾斜巷道中打设时应先将底板垫平, 墙体要有适当的迎山角, 保证挡风墙牢固可靠。在挡风墙内预埋直径50 mm无缝钢管, 充填化学凝胶至注满为止。停采后利用风动钻机在工作面下端头1#—20#架、上端头1#—10#架每架施工2个防火钻孔 (1个钻孔仰角12°~15°、孔深12~15 m, 另1个钻孔仰角50°, 孔深10 m) , 先注浆湿润煤体后改注凝胶直至胶体从支架顶部向外溢出为止。工作面停采后立即对上、下隅角及上、下隅角至安全出口外10 m和工作面下部1#—20#架、工作面上部1#—10#架前梁头和后尾梁进行喷水泥浆封闭 (喷浆必须严实) 。

(3) 采空区深部注三相泡沫封闭堵漏风。利用距工作面停采15 m预留的50 mm的无缝管路注三相泡沫。第1次充填量以下端出现泡沫为止 (或根据采空面积计算充填量) , 以后每天补充1次。

(4) 保证通风系统稳定。工作面回撤期间必须加强通风设施管理和风量管理, 确保通风系统稳定。工作面风量至少每天测定1次, 通风设施每班巡检1次, 确保通风设施完好。工作面风量配备要严格把握, 工作面在满足瓦斯治理和生产需求的基础上, 尽量减少风量, 严禁无计划盲目加大配风量。

3.3 降温防火

(1) 采煤工作面两巷注水降温法。工作面停采后, 立即在上、下端头至回风巷、胶带运输巷闭墙位置每2 m施工1组防火钻孔 (1组3个钻孔, 正顶1个, 两帮各1个, 孔深5~8 m, 钻孔仰角45°~55°, 方位角:向巷帮外偏25°~35°, 钻孔布置如图1所示) , 防火钻孔周围用聚氨酯封填 (平常不用时管孔用堵头堵严) , 进行注水、注浆, 每天每孔注浆量不低于2 m3, 保持煤体湿润, 以延长煤层自然发火期。

(2) 工作面架间注浆降温法。停采后在工作面每架支架前梁顶中心和架缝后上方施工防火钻孔, 每架布置2个钻孔, 1个钻孔仰角12°~15°、孔深12~15 m, 另一个钻孔仰角50°, 孔深10 m, 钻孔外露长度不得大于200 mm (图2) 。钻孔施工好后立即与工作面注浆管路连通进行注浆湿润煤体, 直到大量泥浆从支架前梁和后尾梁溢出为止, 以后每隔1 d对工作面进行注浆1次, 始终保持煤体湿润。同时根据观察孔内CO气体变化情况, 大于100×10-6时改为注凝胶直至胶体从支架顶部和尾部溢出为止。

(3) 采空区深部注浆降温法。利用工作面煤壁距终采线20 m时上隅角预埋的注浆管, 向采空区深部注黄泥浆, 降低采空区深部温度, 减缓采空区遗煤氧化。注浆量可根据工作面采空区情况及下隅角出水情况、出水温度而定, 当下隅角大量出水且出水温度与空气温度相近时停止注浆, 以后每天进行补注。

(4) 回风巷小煤柱灌浆降温法。在工作面回风巷上帮每隔10 m施工1个穿透上邻近工作面采空区防火钻孔, 钻孔仰角25°, 孔深12 m, 每天向邻近工作面采空区注浆不少于80 m3 (具体根据工作面煤柱情况而定) 。

3.4 其他防火措施

(1) 优化瓦斯抽放。工作面回撤期间每班设专人检查抽放钻孔内气体, 每班检查不少于2次, 当发现钻场钻孔内和上隅角埋管瓦斯内CO气体浓度大于50×10-6或CH4浓度小于5%时, 及时关闭钻孔阀门停止抽放, 并根据大气压变化实时调节抽放。

(2) 注氮防火技术。利用工作面煤壁距终采线20 m时下隅角预埋的直径50 mm无缝钢管进行注氮, 注氮量不低于400 m3/h, 减缓采空区遗煤氧化。

4 结论

千秋煤矿21141工作面开采条件较为复杂, 属高瓦斯矿井, 煤层厚, 极易自燃。在工作面回撤期间, 采用控风堵漏防火技术和注浆降温防火技术, 通过合理安排, 将通风、注浆、注氮、注胶、喷浆封闭、优化瓦斯抽放等措施有机结合在一起。经过现场实践效果明显, 工作面回撤期间, 工作面风流CO浓度最高15×10-6, 采空区自燃带CO浓度最高260×10-6, 保证了工作面安全撤出。该技术在义煤集团试验成功, 取得了良好的经济和社会效益。

参考文献

[1]十亮, 张人伟, 裴晓东, 等.易自燃厚煤层采空区自然发火特性的研究[J].煤矿安全, 2006, 37 (2) :5-8.

[2]邓军.高瓦斯综放工作面采空区自燃危险区域分析[J].煤矿安全, 2011, 42 (2) :122-124.

[3]徐精彩, 王军.采面供风量与采空区遗煤自燃危险性关系分析[J].西安矿业学院学报, 1994 (3) :195-199.

[4]顾新宇, 马尚权, 陈开岩.综采工作面撤架期间防火关键技术研究[J].工业安全与环保, 2011, 37 (5) :28-29.

[5]张国枢, 戴广龙.煤炭自燃理论与防治实践[M].北京:煤炭工业出版社, 2002.

[6]牛会永, 张辛亥.煤炭自燃机理及防治技术分类研究[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[7]贾彦锋, 李红选, 景涛, 等.高瓦斯易自燃厚煤层综放工作面回撤实践[J].煤矿安全, 2012, 43 (1) :38-40.

煤层自然发火的防治 第4篇

豫西地区部分煤矿所开采的煤层为中生界侏罗系下侏罗统煤层, 煤种牌号为长焰煤。下侏罗统共含5层煤, 自上而下分别是一1煤、一2煤、二1煤、二2煤、二3煤, 煤质为不黏结煤, 中等硬度, 极易风化成粉末。各煤层均有自燃倾向, 属易自燃煤层, 发火期为1～3个月, 最短的仅为7 d。在多年的生产实践中, 防治矿井自燃既有成功的经验, 又有沉痛的教训。现将防治矿井煤层自燃的具体方法简述如下。

1矿井巷道内煤层自燃的防治方法

通常情况下, 正常通风的巷道不易发生煤层自燃。但是, 微风通风的巷道、巷道变坡点、冒落支架点、断层破碎点附近的巷道, 以及进回风构筑风门的联络巷道等, 由于满足了热量易积聚的自燃条件, 易造成煤层自然发火。其表现形式有2类:①从巷道顶、帮直接掉明火或看见明火;②从巷道顶、帮出烟, 此时火源可能在出烟处附近, 也可能与出烟处有一定距离。因此, 对不同的巷道自然发火情况, 应采取不同的防治方法。

1.1直接灭火法

(1) 挖出火源。

井下火灾范围不大, 人员能够接近火源时, 可将已燃煤炭挖取出来, 运送地面。挖取火源前应先用大量水喷浇, 待火源冷却后再逐步挖出, 挖出的空洞用阻燃性材料充填。挖取火源时, 必须随时检查瓦斯浓度和温度, 采取一定的安全措施。

(2) 用水灭火。

能够确认、判断火源的具体位置时, 直接用水灭火。用清水枪头直接向明火或出烟处喷洒水, 将明火喷洒灭, 并把明火周围的高温煤体洒透, 待洒下来的水不热为止, 并监测一氧化碳浓度, 直至其浓度为0或比自燃前下降很多。当喷洒水效果不佳时, 在条件许可的情况下, 可适当松顶、洒水 (必须对松顶区进行支棚等办法加固, 预防冒顶) 。

如果出烟点和发火点不在同一地点, 要用清水枪头从出烟点附近往内或往外洒水寻找火源。一般情况下对无冒顶或冒顶范围不大的巷道, 应逆着巷道风流方向往出烟点以里喷洒水。对冒顶严重或里外冒顶连成片的巷道, 应顺着巷道风流往外喷洒水, 每更换一次枪头喷洒水位置, 都要保证前后搭接, 不留空隙, 每次喷洒水都要用手触摸水温, 刚下来的水可能没有温度, 但要明白喷洒到火源点及附近的水会越洒越热, 有时带下来的热蒸气可扑满巷道。

对冒顶的巷道自燃, 有时用枪头喷洒水很难寻找到真正的火源, 这时在松顶危险的情况下, 可采取从出烟处松顶的办法, 然后在松顶处以里无瓦斯超限的情况下, 适当把风筒从松顶处断开, 用风筒口对着松顶以上出烟处吹几分钟, 把积聚的烟吹走, 这时一边把风筒接上, 一边观察烟是从里还是从外涌向松顶处。根据出烟方向, 就可以判断火源位置, 然后用枪头从出烟侧喷洒水后继续寻找。

(3) 注意事项。

①要有足够的水量。灭火应从火源外围逐渐向火源中心喷射水流, 水量过少, 难以灭火, 而且水和煤在高温作用下反应生成一氧化碳和氢 (水煤气) , 形成爆炸性混合气体。②要有畅通的通道。用水灭火时, 能够将产生的大量高温气体和水蒸气排出。③要切断火区电源。用水灭火时, 为防止电缆短路扩大灾害, 要切断火区的电源。

1.2打眼灭火法

(1) 井下打眼灭火法。

某些巷道自燃出烟后, 因为煤硬或煤块大等无法用枪头直接喷洒水, 加上诸如终采线、断层带等附近又不能松顶, 这时就必须通过电煤钻或岩石注水钻进行打眼, 然后采用管子接通灌浆管路进行灌浆。

(2) 地面打眼灭火法。

当主要回风巷道发生严重的煤层自燃, 造成通风系统混乱, 威胁全矿井安全时, 就必须封闭灾区进行地面打眼灭火。具体做法:设计方案→组织打钻→注浆→启封灾区→重开巷道完善通风系统。

1.3联合灭火法

对一些巷道顶、帮的自燃出烟, 有时并不是通过打钻注浆、注胶就能够解决的。如果打钻打不到火源, 灌下来的浆水不热, 而烟仍源源不断涌出时, 则应进行联合灭火。

1.4均压灭火法

当工作面运输巷发生煤层自燃后, 为了抑制火势扩大, 可以利用均压法配合其他灭火法进行灭火。在运输巷火源地点以外建风门, 回风巷建调压风门, 运输巷风门外安设局部通风机, 风筒接过火源地点以里30 m左右, 打眼灭火等。

1.5封闭灭火法

某些矿井煤层自燃后, 不能灭火或经采取各种灭火法无效果时, 应采取封闭灭火法。

2采煤工作面煤层自燃的防治方法

生产过程中, 易造成工作面煤层自然发火的原因:由于诸多因素的影响, 工作面推进度小于规定推进度, 或者运输巷、回风巷的高温点没有处理彻底, 采进采空区后又迟迟停滞不前, 或者工作面遇到断层, 或者与其他矿井相通有漏风通道。有的是上、下拐头采空区发火, 有的是支架顶、切眼采空区发火。因此, 对不同的自然发火, 应采取不同的灭火方法。

2.1直接灭火法

对工作面的自燃, 尤其是看见明火时, 首先应用直接灭火法。在直接灭火法无效果的情况下, 再考虑用其他方法。当支架顶或采空区及上、下拐头内近距离发火时, 一般用清水或浆液枪头直接灭火。

2.2打眼灭火法

工作面上、下拐头、工作面采空区内远距离的发火以及支架头顶附近发火无法用直接灭火法时, 此法比较快捷。①封闭上、下拐头或采空区侧, 在上、下拐头前或架子缝、前探梁头顶, 通过岩石钻机或电煤钻进行打眼灌浆灭火, 或在上、下拐头利用原有的绞车窝及泵窝进行打眼灌浆灭火。②如果无法打眼, 可在上、下拐头帮上或切眼煤墙侧开设钻场进行打眼灭火灌浆。

2.3缩风灭火法

对有多处火源及需要剁底清煤工作面, 在启封时采用。具体步骤如下:①局部通风机排放最上边的火源地点以上的气体。②在该火源地点以下适当位置建1道密闭墙, 把其他火源封闭在密闭墙内。③用打眼灭火法处理最上的火源。④打开密闭墙, 排放第2个火源地点以上气体, 火源以下建密闭墙, 处理第2个火源。依次类推, 直到处理完为止。

2.4调节风压灭火法

当工作面采空区内发生自燃出烟或工作面因发火封闭后, 为了减少向火源供氧, 抑制或消灭火势时采用。①对工作面采空区内自燃出烟, 在运输巷、回风巷建调压门, 运输巷安设局部通风机。同时采用其他灭火法。②对封闭的工作面, 在运输巷、回风巷分别建调压室, 安设局部通风机进行观察、记录、调整, 使2个调压室风压尽量平衡。

2.5封闭灭火法

不管采取何种灭火法都达不到预期效果, 或火区温度很高、一氧化碳浓度很大等原因不可能接近火源地点时, 应采取封闭的方法灭火。①在运输巷、回风巷尽可能靠拐头附近构筑质量合格的密闭墙。②加强检查。③启封火区。

2.6水淹灭火法

当工作面支架头顶火高、火势大、温度高, 人员无法接近火源地点, 工作面又与其他采空区无串、涌水通道时, 可采用水淹工作面的方法灭火, 但一般因损失太大不采用。①运输巷、回风巷内段建合格防水墙, 运输巷墙上安压力表及放水闸门, 回风巷墙上安设观测孔、放水孔。②工作面灌水, 通过运输巷墙上压力表, 计算工作面内灌水高度, 达到设计要求。③进入回风巷观测, 确认火源熄灭后, 从运输巷放水。④启封工作面。

2.7联合灭火法

当用一种灭火法效果不佳时, 常用联合灭火法。

3其他地点的灭火方法

一些封闭的巷道, 因密闭墙质量不合格, 或与其他巷道、通风系统等有关, 造成密闭墙头顶附近微弱漏风, 引起密闭墙头顶附近自燃出烟。针对这类情况必须果断处理, 否则易造成大的事故。具体做法:①判断火源位置 (通过手摸闭墙温度、嗅气味、检测一氧化碳浓度等) 。②检查密闭墙瓦斯浓度。③在安全瓦斯浓度下, 扒开密闭墙直接灭火或打眼灌浆等方法灭火。

参考文献

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[3]宋承文, 高顺平, 薛效明.柳湾煤矿防灭火综合分析[J].山西建筑, 2002, 38 (1) :92-93.

煤层自然发火处理技术 第5篇

1 引发煤层自然发火的构成要件

开采作业环节中, 容易引发煤层自然发火现象的原因可以归结为如下几种:其一, 与煤层开采的深度有关。煤层自然发火现象多发生于深度井下开采环节, 这是由于在浅层开采时, 煤层开采对于风量和风压的要求较低, 其内部温度也不高, 所以基本不会引发爆燃事故。但随着开采深度的加深, 煤层自身的温度不断提高, 且深层矿井的风量和风压都相对较高, 会产生大量瓦斯物质, 而与此同时矿井深层的空气流通不好, 氧气含量过于集中, 一旦瓦斯物质聚积到一定程度, 就会发生严重的爆燃事故。其二, 煤层自然发火现象的发生还与煤层本身的内部地质结构有关。煤层开采作业会对地下煤层结构造成极为严重的破坏, 打破了其原有的坚固性, 使煤层间结构变得松散, 煤层本身的氧化状况加重, 积累到一定程度就会引发自燃。另外, 由于煤层开采深度不断加深, 使得井下与地面的通风路径相对延长, 进入矿井深层的风量就被大大削弱, 相对而言, 井底压力则大幅增加, 为煤层自然发火间接的创造了条件。

2 影响井下风压发生变化的原因分析

风压的发生原理主要是由于进风口和排风口通道之间的空气气流差异所产生的风压差, 导致风压差出现变化的因素主要包括开采作业深度的变化, 环境温度的变化以及通风系统的影响。

3 风压变化引发煤层自然发火现象的作用机理

引起风压发生变化的因素有很多种, 其中, 季节性因素变化对于风压变化所带来的影响十分明显。在季节交替过程中, 风压会受到外部对流环境的影响而改变风向和风速, 使得风压发生明显变化。

3.1 风压与环境温度和开采深度之间的关系。

风压会随着开采作业的环境温度变化而有所改变, 在煤矿开采作业初期, 是浅层煤矿挖掘作业, 此时煤层的内部温度还处于较低状态, 但随着开采作业的继续, 煤层开采深度逐渐增加, 越到深层其内部温度变化就越为明显, 温度上升幅度也随着煤层挖掘深度而逐层递加, 同时, 矿井深层的通风量呈现逐渐递减的趋势, 使得矿井底部的流通性降低, 温度因素和流通性因素相结合就使得风压发生较为显著的变化。

风压变化导致的自然发火现象还与煤层挖掘过程中的氧化程度有关, 煤层挖掘深度的增加使得开采作业对于煤层结构的破坏力也大大增加, 不仅破坏的其原有的内部构造, 而且还加大了煤层结构的空隙, 增加了煤层结构的受氧化面积, 为自然发火现象创造了氧化条件。要想降低风压变化对煤层开采作业安全性的影响, 就必须全方位了解风压的变化趋势, 将开采作业的风险性控制在源头。

3.2 由巷道破裂引发的自然发火事故在煤炭开采事故中占据相当大的比例。

巷道自然发火较其他原因引起的自然发火现象而言, 更具事故发生原因的隐蔽性, 同时在日常开采过程中也较难察觉, 一旦发生火灾事故, 就会对人员和开采设备造成极大的危害。对于引发巷道火灾的原因主要包括以下几方面。首先, 巷道发生火灾的地方多具有易燃物质的残留, 例如煤炭或者巷道本身的构建材料;其次, 巷道破裂处往往会破坏原有的矿井结构平衡, 使得局部压力突然增大, 进而加剧了巷道破损和开裂的面积, 而一旦出现大面积巷道破损, 就会直接导致煤层暴露面积增加, 使其氧化程度加重, 也就更容易发生自然发火现象;再次, 巷道破损会直接加重煤层漏风状况, 空气流通量增加满足了自然发火的氧化条件, 极易引发自然发火事故。要想解决由巷道破损原因所引起的自然发火事故, 就必须加强巷道建设管理, 对巷道经常进行安全性减产, 并注意对巷道结构的维护, 避免因巷道环境变化造成的风压差变化。

3.3 自然风压极易受到矿井通风地点的影响, 因此, 在通风地点和系统建设环节要注意与矿井风压特点的配合。

首先, 要尤其注意开采区域的季节变化特点, 根据其季节变化趋势对风压状况做出科学的判断和预测。对可能造成风压变化的开采设备的使用和管理要严格按照操作标准进行, 避免因设备操作不当引发的风压变化情况的发生。对于巷道损坏区域要及时予以维修, 以降低漏风情况发生的概率。其次, 在进行通风系统设计和建设环节, 要充分考虑当地风压环境的变化特点, 尽量使系统排风方向与风压方向相一致, 同时还要合理布置进风口和排风口的位置。要根据当地风压变化特点, 对开采设备进行合理的功能调整, 当风压突然增强时, 要采取有效方法进行风压的控制, 使其回归到正常范围之内。在自然发火高发区域, 要重点加强风压管理, 时刻监测自然风压的动向。

4 优化通风系统的具体实施方案

4.1 优化矿井通风结构, 降低内部结构的复杂性

在矿井通风优化系统设计环节, 可以综合多种结构设计的优点, 并根据实际情况进行设计方案的合理选择。例如, 可以采用中央分列式通风系统结构, 这种方式可以最大程度的缩短通风系统的路径, 降低风压和风速, 进风阻力也可以控制在合适的范围内, 同时也降低了漏风现象发生的几率, 提高了系统的安全系数。矿井系统结构的设计还要尽量简洁并降低系统内部结构的复杂性。对于通风系统的管理可以采取分区原则, 使各个开采区域相独立, 有利于风险的分散, 一旦发生自然发火现象, 更加有利于火灾扑救, 同时火灾也不会波及其他开采区域, 确保了开采作业的安全性。在进行深层煤炭开采作业时, 要对容易发生自然发火的重点区域采取有效的风压风阻控制措施, 在保证空气流通性的同时将风压控制在合理范围内, 杜绝一切可以引发自然的氧化条件。

4.2 科学的对通风设施进行选择和安装

风路中安设风门、调节风窗和密闭后, 其上风侧压力升高, 下风侧压力降低, 客观存在着局部风压差, 且设施的隔风程度越好则产生的局部风压差越大, 即h密闭>h风门>h调节风门。选择通风设施类型时, 应根据要求的隔风程度和所处巷道供风量的变化范围合理选定, 以在一定程度上进行卸压, 最大限度地降低通风设施上下侧的局部压力差, 减少其周边的漏风强度和深度。若选择密闭时, 则应尽可能地保证其密封性, 使该处的风阻无限大, 让两侧间的漏风量趋近于0。通风设施若建于煤巷时, 受矿压不断发生动态变化的影响, 周围煤体不仅会产生裂隙, 而且裂隙随着时间的推移会不断向煤体深部发育加深。当风门两侧的局部风压差达到一定程度, 向其周边煤体裂隙的漏风供氧强度适中, 碎煤体因氧化而产生的热量大于放散的热量时, 就开始蓄积热量, 煤温升高, 氧化速度加快, 达到燃点后便开始燃烧。并且, 当风门建于进风煤巷时, 在矿井通风负压的作用下, 其下风侧任意两点间的压差值将可能增大, 容易诱发其他巷道周围破碎煤体氧化积热而发火。因此, 能设调节风门的应尽可能设置, 且风门或调节风门应尽可能设置在回风侧的岩巷中, 以降低风门两侧或风门下风侧煤巷任意两点间的风压差和漏风范围, 防止向其周围破碎煤体呈一定强度的连续漏风而快速氧化积热发火。

2000年以前, 某煤矿对通风设施的类型和建造位置认识不够, 风门两侧及其下风侧煤巷周围破碎煤体的自燃现象十分严重, 据统计, 该类火灾占巷道发火次数的35.75%以上。2000年以来, 该矿充分意识到该问题后, 对风门类型和建造位置认真选择、建造后, 该类火灾大幅降低。由近10年来的统计资料可知, 该类火灾发生的次数仅占巷道自燃火灾的18.96%。

4.3 采取有效措施降低风速, 并合理改变风向

由于风流在矿井巷道中始终处于被压缩状态, 受流体和气体分子自身固有特性的影响, 客观存在着“反压缩膨胀”作用, 加之巷道壁面凸凹、粗糙不平以及巷中生产设备占用巷道空间等所产生的局部风压的共同作用, 风流势必膨胀后向其周边破碎煤体裂隙连续漏风供氧。

当漏风速率适中, 破碎煤体的氧化活性得到充分激活, 受漏风流流态携散热性能不好的制约, 生成的热量远大于散失的热量时, 发生自燃的几率增大。尤其是风速达到或超过《煤矿安全规程》规定的风速上限时, 向巷道周边破碎煤体的扩散渗流漏风强度和深度随“反压缩膨胀”作用增强而加大, 达到一定程度后, 不仅高冒区周围或地质构造带附近的碎煤体出现自燃, 而且, 可诱发高冒区破裂煤体发生高位自燃。因此, 适中的风流速度, 对防止巷道周边煤体的发火有很好的促进作用。某煤矿在巷道支护改革以前, 由于受矿压显现剧烈、纯刚性支护耐压性较差的影响, 巷道通风断面收缩变形严重, 风速达到或超过《煤矿安全规程》规定的上限, 巷道周围碎煤体的自燃现象严重。特别是巷顶碎煤体的发火比较普遍, 据资料统计, 其发火次数占巷道火灾的63.42%。支护工艺和方式改革后, 耐压程度大幅提高, 巷道受压流变、收缩程度减弱, 风速稳定在《煤矿安全规程》规定上限的60%~80%以内, 发火现象下降了72.18%。这说明:适宜的风速对向巷道周边碎煤体的扩散漏风而诱发自燃有较强的预防作用。

4.4 分析风压变化规律并有效加以利用

气候对矿井通风压力的影响, 主要是自然风压方面。自然风压作为矿井通风的次要动力, 随着季节的不同对矿井机械风压的影响趋势存在差异。矿井进风和出风两侧空气柱的高度和平均密度是影响矿井自然风压的2种因素, 而空气柱的平均密度主要决定于空气的密度。由于进风侧空气柱的平均密度随地面四季气温而变化, 出风侧空气柱的平均密度常年基本不变, 致使矿井的自然风压会发生幅度较大的季节性变化。春冬季节, 自然风压和机械风压的作用方向相同。而夏季和秋季, 则与机械风压的作用方向相反。尤其是进、出风口高差大的矿井, 自然风压随季节的变化对机械风压的影响比较明显, 甚至在春夏或秋冬换季期间发生昼夜变化。对于正常生产的矿井而言, 在风阻基本不变的前提下, 自然风压随季节的变化将造成矿井风量发生相应的增减。这种变化进入稳定期后, 对煤层自然发火影响不大。

但处于气温变化频繁且幅度较大的春夏或秋冬交季期间, 矿井通风压力和风量随之发生相应的波动, 向通风巷道顶、帮破碎煤体的漏风也发生频繁变化, 致使煤体的氧化范围和蓄热环境不稳定, 既忽大忽小又频繁变化, 极易诱发自然发火。季节的变化, 将造成空气中水蒸气的含量不同。冬春季, 地面温度低于井下, 风流流经巷道后, 温度升高, 容纳水分的能力增大, 会吸纳巷道周边的水分而使风流的含水量增大或达到饱和状态, 漏向巷道顶帮破碎煤体风量的水分将随之增大。碎煤体氧化放热后, 由于水分被蒸发需吸收热量, 直至水分散失完毕才可进入干馏阶段。因此, 可延长煤的自然发火期, 减少自然发火的可能性, 从而有利于煤层自燃的防治。反之, 则有利于煤层自然发火。某煤矿进、回风井间的高差在25m, 自然风压平均160~220Pa, 对矿井机械风压的影响较大。风流中的含水量年变化幅度超过60%, 其对煤层自然发火的影响比较明显。据1997年以来的统计结果表明:地面温度变化频繁且幅度较大的季节交合期间, 巷道自然发火的比例平均为67.2%~74.6%。但适时调整通风系统后, 巷道自然发火的比例降低到23.1%~31.7%。

5 结束语

煤炭开采行业为人们正常的生产生活提供了强大的能源支持, 是我国能源经济发展的支柱型产业, 与此同时, 人们对于煤炭开采过程中出现的安全责任事故也倍加关注, 近些年来, 由于煤矿通风系统老旧失修, 通风不畅引发的煤层自燃事故屡屡发生, 为煤炭开采的安全性埋下了隐患, 为了有效降低煤炭开采的事故发生率, 对煤矿通风系统进行优化是企业的首选方案, 事实证明, 对于通风系统进行优化可以有效遏制由于煤层自然发火所导致的安全事故, 提高了煤矿开采作业的安全性。

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煤层自然发火处理技术 第6篇

涡北煤矿8104综放工作面位于南一采区, 开采的是81、82煤层, 煤层平均厚度为6.8 m, 区段标高在-632.1~-914.8 m范围内, 走向长1 358 m, 倾斜长144 m, 工作面采用综采放顶煤回采, “U”型通风, 工作面绝对瓦斯涌出量约为10~13 m3/min, 为高瓦斯工作面, 采用高位钻孔辅以老塘埋管方法抽放瓦斯。

2014年5月13日早班工作面发生一起CO高值超限事故, 回风流CO浓度达到499 ppm, 存在极大火灾隐患, 立即决定工作面停采收作, 采取综合防灭火强化措施抢险。

2 工作面发火隐患产生原因

2.1 直接原因

工作面过落差2 m的ⅡF56断层, 在断层带附近注马格尼628高分子加固材料, 部分加固材料落入采空区, 生成、积聚CO, 工作面老顶垮落导致CO集中挤出。

2.2 间接原因

1) 放顶煤开采工艺, 采空区遗煤较多, 留下采空区自然发火隐患。

2) 采煤工作面煤层倾角变化大, 工作面斜长有变化, 上下顺槽经常撕帮, 使用大料, 上下隅角存在较大悬浮空间, 封堵漏风不严。

3) 临近收作, 工作面进行甩采, 地质条件差, 工作面推进速度慢, 不利于防灭火。

3 综放工作面煤层自然发火特点分析

(1) 工作面推进速度慢。综放工作面煤层比较厚, 单位进尺产煤量大, 即工作面产煤工序包括采煤机割煤和放顶煤2道工序, 所以工作面推进速度比其它回采方式要慢, 增加了煤的自然发火的几率。 (2) 采空区的空间大。由于综放工作面煤层比较厚, 采空区的空间大, 漏风空间大, 漏风量大, 从而增加了自然发火的可能性。 (3) 采空区遗煤量大。综放工作面回采率比其它工作面要低, 因为放煤过程完全靠人为控制, 放煤量取决于放煤工技术水平、工作经验和责任心, 尽管用一些控制手段, 但还是不能完全进行控制。因此, 其回采率远远低于其它工作面, 采空区遗失煤炭多, 满足了煤炭自然发火的条件。 (4) 采空区自然发火位置的不确定性。通过上述分析, 综放工作面采空区有较大的空间, 遗失大量的煤炭, 所以, 其自然发火位置不确定, 给预防和处理综放工作面采空区自然发火造成很大的困难。

4 综合防灭火技术

4.1 均衡瓦斯抽采与通风强度

首先要保证通风系统正规合理、稳定、可靠, 以回风流瓦斯浓度不超过0.5%、温度等符合《规程》要求为原则, 工作面风量控制在500 m3/min左右, 以减小工作面风压, 减少向采空区漏风, 并停止上隅角老塘埋管抽放, 控制或停止高位钻孔抽放。

4.2 加强防火预测预报和探查

采煤工作面上隅角及回风流分别安装温度和CO传感器各1台, 实时监测工作面温度、CO浓度变化情况, 及时掌握防火动态信息。

采煤工作面测气员配备CO便携仪, 对工作面上隅角、束管、架尾、架间、回风流等随时进行检查。

在工作面每5架往采空区打设撞管, 设点检测、取样化验, 取样定点、定人、定时, 重点地段每小班取样2次。安排专人负责对CO、O2、CH4、CO2等气体和温度参数绘制曲线图, 掌握变化动态, 进行分析。

4.3 上下隅角及架间注水玻璃凝胶封堵

加强工作面上、下隅角的封堵, 采用袋装碎矸石对上、下隅角进行充满填实, 上隅角由风巷上帮至最后一架架尾, 下隅角由机巷下帮至第1架架尾;及时对上、下隅角及架尾老塘侧进行喷浆封堵。

在工作面机、风巷各用4辆矿车构筑注浆站, 实行远距离注水玻璃凝胶。工作面上下隅及每架后往采空区打设撞管进行注水玻璃凝胶封堵, 封堵整个采空区, 减少采空区漏风。

4.4 注液态二氧化碳和三相泡沫

利用机巷预埋的注氮管路, 采用液态二氧化碳槽车连续不间断大量向采空区灌注液态二氧化碳。对采空区灌注液态二氧化碳, 吸附阻氧、吸热降温、惰化降氧。CO2比空气密度大, 泄漏流失量小, 可快速沉入底部而挤出O2, 并在采空区内扩散充满其空间, 使采空区内O2浓度急速下降。

三相泡沫利用黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火;泥浆成为泡沫, 分布更加均匀, 可避免浆体的流失, 提高了防灭火的有效性;可向采空区高处堆积, 扩散范围广, 可扑灭采空区的隐蔽火源。

4.5 架后插管灌浆

应根据顶板的冒落压实状况、浮煤遗留分布等状况, 通过钻孔找出火源点的位置, 采取有针对性、切实可行的措施;对工作面架间、架尾及支架回收垮落区域进行重点插管注浆, 有效消除漏风通道和煤炭蓄热环境。

5 结语

煤层自然发火处理技术 第7篇

1 煤层自然发火特点

高庄矿二水平开采己16-17煤层, 原始煤层厚0.10～21.14 m, 平均厚5.96 m, 采用分层长壁垮落后退式开采。自然发火期为1.5～3.0个月, 属易自燃煤层。在二水平开采期间, 因受小煤矿侵采和自然发火的影响, 损失了大量的煤炭资源, 大大缩短了矿井的服务年限。目前进入残采阶段, 大部分为下分层开采, 可采储量不足100万t, 服务年限不足4 a。同时自燃火灾也时刻威胁着井下人员的生命和财产的安全, 给日常的安全工作埋下很大隐患。

经过多年的井下现场观察和分析, 发现高庄矿自然发火具有以下特点:①多发生在分层开采时的下分层开采过程中;②有明显的季节性;③发火期有缩短现象;④多集中在终采线、空顶巷道和对采空区封闭后的密闭前后;⑤期间伴有明显的火灾气味和响声;⑥高庄矿与小煤矿误透区域是自燃火灾的高发区;⑦初期适用于直接进行灭火。

2 煤层自然发火原因分析

2.1 内在因素分析

(1) 高庄矿目前开采的已16-17煤层为1/3主焦煤, 属于烟煤中的一种, 按一般规律, 煤的自燃性随煤的变质程度的降低而升高, 高庄矿的煤炭变质程度低, 自燃性较强, 是煤炭自燃的主要因素之一。

(2) 煤炭中含硫量的多少也是决定煤炭自燃的重要因素, 特别是硫以黄铁矿 (即硫化铁) 形式存在于煤炭中时, 它被氧化时能放出较多的热量, 促使煤炭自燃加快。高庄矿煤炭硫含量为0.60%～1.62%, 且大部分硫以黄铁矿硫的形式存在于煤炭中, 故易于促进煤炭自燃。

(3) 煤炭中所含的水分对煤炭自燃有很大影响, 其影响比较复杂。一般情况下, 同一种煤, 水分越多, 则着火温度越高。但是, 当水分蒸发后, 其自燃危险性反而增大。主要是浸过水的煤, 其表面氧化层被洗掉, 而且水分蒸发使煤体变得松散, 增大了细微裂隙, 同时也增大了与空气接触的面积, 更易于氧化。另外, 水分又是促使黄铁矿分解不可缺少的条件, 它对含硫煤的自燃危险性影响更为严重。当含硫煤的含水量为10%～15%时, 氧化能力最强。高庄矿所采煤层不但是含硫煤, 而且其含水量在8%左右, 空气中的湿度稍有变化, 其氧化能力就会达到最强。

(4) 煤岩成分对煤的自燃性也有影响。在丝煤、暗煤、亮煤、镜煤4种煤岩成分中, 杂质多, 煤质松脆, 具有纤维构造的丝煤在常温下吸氧能力强, 着火点低, 可以起到“引火物”的作用。亮煤、镜煤在温度升高时容易氧化, 所以含丝煤愈多, 而且亮煤、镜煤成分又比较集中的煤层, 最易自燃。高庄矿所采的煤层为1/3主焦煤, 以丝煤和镜煤为主, 所以自燃性较高。

(5) 煤的孔隙率、脆度也对煤炭自燃性有一定的影响。一般情况下, 煤的孔隙率越大, 越易于自燃。煤的脆度以块煤率表示, 变质程度相同的煤, 脆度越大, 越易破碎, 也就越容易自燃。这是因为破碎度大的煤不仅与氧相接触的表面积增大, 而且着火点温度明显降低。高庄矿的己16-17煤层, 原生结构基本上已破坏, 一般为碎粒煤或糜棱煤, 直径达数厘米, 比较破碎, 裂隙也比较发育, 自燃性就较高。

从以上5个方面可以看出, 高庄矿所开采的己16-17煤层具有很强的自燃倾向性, 再加上有连续供氧和部分地点热量易于积聚等条件, 所以高庄矿煤炭会出现自然发火现象。

2.2 外在因素分析

(1) 在开采原始煤层时, 由于初次接触顶板, 不会遭到太大的破坏。特别是分层开采上分层时, 顶板都是岩石, 所以自燃性就较小。而下分层开采的过程中, 由于间隔时间不够, 未采取随采随灌或未敷设金属网人工顶板等有利于锈结顶板措施, 或者在生产过程中, 有上述措施但措施落实不到位, 在进行下分层开采时, 形不成再生顶板, 造成顶煤破碎, 给煤炭自燃提供了充分条件。另外, 炮采工艺遗留采空区煤炭过多也是造成下分层开采时易自燃的主要因素。高庄矿煤层的自然发火多集中在下分层开采的过程中, 就是上述原因造成的。

(2) 经过多年的统计发现, 高庄矿煤层自然发火有90%都是集中在春、夏交替 (5月份前后) 和夏、秋交替 (9月份前后) 之际, 具有明显的季节性。这主要和煤中水含量密切相关。高庄矿在冬、春季气候比较干燥, 己16-17煤层中的水含量较低, 一般在8%以下。进入夏季时, 由于空气中的湿度增大, 促使裸露的煤炭含水量也增大, 当含水量为10%～15%时, 煤炭的氧化能力最强。如果此时热量不及时散去, 随着环境温度的升高, 煤炭氧化能力也就愈强, 所以春、夏交替之际是高庄矿煤炭自燃的高发期。进入夏季以后, 当含水量大于15%时, 随着煤炭中含水量的增加, 着火温度也就越来越高, 煤炭着火的可能性就越小。当进入秋季时随着天气逐渐变得干燥, 煤中的含水量也随之降低, 当水分从煤中蒸发时, 一方面使煤变得松散, 增大了细微裂隙, 另一方面也洗掉了原来煤炭表面氧化后形成的保护膜, 给煤炭的重新氧化提供了最有利条件。当煤由较高的含水量降到15%～10%时, 煤的氧化能力又进入了最强阶段。综合以上3方面的原因, 春、夏和夏、秋季节交替之际也就成了高庄矿煤层最容易自然发火的时期。

(3) 通过省级有关部门鉴定, 高庄矿己16-17煤层的自然发火期为1.5～3.0个月, 但最近几年在实际生产中却发现自然发火期有明显缩短现象。最短时不足20 d, 主要是因为开采条件的变化对其产生了很大的影响。一方面, 上分层采面结束后, 由于对采空区封闭不严, 提供了持续供氧条件, 再加上积聚的热量不易散去, 为煤炭的缓慢氧化提供了有利条件, 在终采线附近表现得尤为突出。当下分层掘进到此时, 从煤体暴露到自然发火时间就相对地缩短了, 所以表现出来的结果是自然发火期比以前缩短了。另一方面, 由于上分层开采后, 留有浮煤, 再加上开采时煤体整体性遭到破坏, 等到下分层开采时, 巷道顶板和两帮煤体都比较破碎, 粒度直径较小, 着火温度明显降低, 加上裂隙比较发育更易于氧化, 所以自然发火期就明显缩短。

(4) 高庄矿的自然发火多集中在上分层终采线区域和空顶巷道的顶板上, 主要是在封闭采空区时, 由于密闭本身质量不高, 建筑密闭时掏槽深度不够, 或者密闭周边煤体受压遭到破坏, 一旦封闭采面的进、回风巷密闭间存在有压差, 就会有漏风现象。微风就会沿进风侧密闭周边煤体进入终采线, 到达回风侧密闭, 这就提供了持续供氧的条件, 产生的热量又不易散发, 所以采面封闭后的密闭及终采线是煤炭自燃的高发地点。巷道掘进期间, 在变坡点前后的顶板易于破碎, 造成空顶;在下分层开采时, 再生顶板锈结不好, 也易造成空顶;顶板控制不好时也会造成空顶。如把空顶处及时充填刹实, 一般不会自燃。一旦管理不善出现“人工顶板”, 煤炭氧化后产生的热量积聚于空顶处不易散发, 就很容易引起自然发火。

(5) 己16-17煤层在自燃初期 (即潜伏期) , 煤体属于缓慢氧化, 一般是不易察觉到的。等到了自热阶段, 特别是随着煤体温度的升高, 煤体温度超过临界温度 (70 ℃) 时, 氧化急剧加快, 煤温迅速上升, CO含量明显增加, 并开始出现特殊的火灾气味。等到煤炭进入燃烧状态时, 空气中氧含量显著减少, CO2含量剧增, 并生成大量CO, 巷道中有浓烈的火灾气味和烟雾。由于煤中含有硫, 还会生成SO2等硫化物, 有明显的刺眼现象。同时在顶板的深层还会出现煤炮的响声。

(6) 近些年, 由于小煤矿的乱采、滥挖和破坏性侵采, 经常出现同高庄矿误透现象。由于目前高庄矿采用的是全压通风, 风压为1 765.2 kPa, 比小煤矿的风压要高得多, 所以也会给透点附近破碎的煤体提供很好的供氧条件, 如不及时疏散氧化产生的热量, 则容易发生自燃。

3 防治对策

(1) 在上分层回采过程中, 应采取铺设金属网人工顶板、随采随灌 (黄泥灌浆) 、提高煤炭采出率、少留浮煤等措施, 以利于下分层开采时再生顶板的形成。

(2) 采面回采结束后, 应在45 d内及时进行封闭, 封闭时密闭质量要高, 要按规定掏槽接顶。封闭后要进行黄泥注浆, 尽量调整进、回风巷密闭之间的压差, 减少向采空区漏风, 掐断供氧条件。

(3) 掘进过程中严禁出现空顶、刹人工顶板现象, 在开采下分层时, 掘进巷道过终采线要采取全断面喷浆或用黄土掺水泥包帮、包顶等措施, 防止通过终采线向采空区漏风。

(4) 对废旧巷道和密闭前巷道要及时进行维修, 漏顶、空顶处要用阻燃材料填实刹严, 以防自燃。

(5) 对易于发火的地点要做好重点检查工作, 像巷道的变坡点前后, 空顶或刹顶后的巷道, 上分层终采线前后的巷道, 采面的上、下隅角, 采面过老巷的区域, 地质构造带 (特别是断层) 附近, 与小煤矿的透点附近煤体, 密闭周边的煤体等都应定期 (检查的时间间隔一般不超过7 d) 做防火检查, 必要时还要取气样进行分析。

(6) 调整通风系统时, 应注意同该区域的自燃隐患点相结合, 要尽量提供压力相对均衡的环境。

(7) 完善预测预报系统及管理制度, 做到早检查、早发现、早控制、早治理, 把自然发火消灭于初期。

(8) 根据季节的变化, 在春、夏交替和夏、秋交替之际要特别重视自然发火的防治工作。

(9) 完善洒水管路系统, 做到有巷有管, 有管有水, 并保证水压及水量, 能够持续供水, 给用水灭火提供有利条件。

(10) 做好自然发火发生时的人员安全工作:①应使井下所有工作人员学会使用自救器, 能够熟练佩戴;②在每条巷道内应设立明显的路标, 方向明确;③必须在作业规程中明确避灾路线, 并传达到每个现场工作人员, 使他们在发生灾变时能打开自救器, 沿避灾路线安全撤离。

4 典型事故处理

高庄矿属于低瓦斯矿井, 开采的己16-17煤层瓦斯含量很小, 根据2010年瓦斯鉴定结果, 煤层相对瓦斯涌出量1.87 m3/t, 绝对瓦斯涌出量2.27 m3/min, 瓦斯浓度低, 爆炸可能性很小, 给直接灭火提供了有利条件。特别是在巷道顶板发生自燃现象时, 只要不是与采空区连通的终采线, 而是局部顶煤破碎引起的, 应采取挑除顶煤直接灭火法。但应注意的是, 在挑顶前应先注入大量的压力水, 待煤体冷却后再挑, 挑顶工作应由矿山救护队员负责, 并随时检查瓦斯、CO等有害气体情况, 挑顶的范围要超过发热煤炭1～2 m。挑顶以后的空间应用沙、石、黄土等阻燃材料填实封严, 如做不到时应用木材刹实, 敞口暴露在空气里, 千万不能刹成“人工顶板”。在自燃初期还可以用水直接进行灭火, 把煤体氧化所产生的热量带走, 同时水与热煤接触所产生的大量水蒸气起到了隔绝氧气的作用, 效果十分明显, 但应定期注水以防复燃。

摘要：为了有效地防治残采矿井自然发火, 通过对高庄矿煤层自然发火特点、煤层含硫量、成分、水分、孔隙率等内在因素和下分层工作面顶板空隙大、煤体破碎、季节变化等外在因素进行分析, 提出了灌黄泥浆、刹实空顶区、及时封闭采空区等综合防治措施。实践应用表明, 该措施灭火效果十分明显。

关键词：残采矿井,自然发火,煤炭自燃

参考文献