自燃煤层技术范文

自燃煤层技术范文（精选8篇）

自燃煤层技术 第1篇

新巨龙能源有限责任公司位于鲁西南巨野煤田的中南部,矿井设计生产能力为600万吨/年。主要开采水平为-810m,主采煤层为3层煤,平均煤厚8.82m,开采方法为综采放顶煤采煤法。矿井3煤层具有自燃倾向性,为Ⅱ类自燃煤层,最短自然发火期为46天。

2 采空区煤层的自燃危险区域

工作面采空区的气体成份和温度观测采用埋管真空泵抽气法和埋设热电阻测定法。在工作面上下巷各设置3个观测点、工作面中部设1个观测点,隅角设2个观测点,观测主要气体的成份和温度。将现场实际观测的浮煤厚度、氧浓度和漏风强度分布等值线图叠加,根据矿井煤自燃极限参数值,对综放工作面采空区“三带”进行了静态划分,见表1。

3 总体防火技术思路和技术体系的确定

结合综放工作面煤层自燃特性的影响因素与矿井实际,建立了“防控结合,重在预防”的总体技术思路和原则。主要内容包括,以煤层自燃特性实验测试和现场观测为基础,加强煤层自燃的早期预测和预报,建立完善的预测预报体系;以堵漏、灌浆、注氮和注胶为主要防灭火技术手段,注重引进先进的防灭火技术研究成果,建立完善的矿井防灭火技术体系;并建立以快速打钻注高分子材料工艺、工作面上下平巷建立标准防火门等为主要内容的防火应急体系。

4 自燃监测预测预报技术体系

4.1 建立气体分析制度

防火队每天将当日的《气相色谱分析日报表》和《防火工作量日报表》报送通防部、通防副总工程师和总工程师进行审核分析,能够及时掌握工作面指标气体变化情况和防火工作开展情况。

4.2 利用束管系统进行循环监测

安装应用了KSS-200型束管监测系统,控制检测路数为3 2路,可对C O、CO2、O2、N2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等进行24小时连续循环监测。

4.3 利用矿井安全监测监控系统进行在线监测

利用矿井现有的KJ90NB型安全监测监控系统,能够对工作面上、下隅角及回风巷中的CO、温度等进行在线监测,并具有CO超限报警功能。

4.4 利用埋管对采空区进行气体采样与分析

自开采切眼开始,在工作面回风平巷采空区埋设束管,并外套二寸保护铁管,详细记录埋设位置,监测采空区内气体的变化情况。

4.5 每班安设专职防火观测工进行人工检测

一是利用CO检定仪对工作面上下隅角、回风流、埋管以及支架后部(每10个支架取一个点)进行现场观测并进行记录;二是对上述地点用球胆进行取样,带至井上利用色谱分析仪进行气体分析。

4.6 利用关联巷道对工作面采空区进行气体观测

工作面在推采经过关联巷道前,对关联巷道进行密闭并敷设用铁管保护的束管。推采过后,利用敷设的束管定期对工作面采空区取样分析,掌握了采空区内气体变化规律。

5 建立和完善了防灭火技术体系

5.1 强化装备建设

在矿井一采区、二采区分别建立了高标准的制浆、制氮车间,配备齐全了注浆、注氮设备,为防火工程的开展奠定了重要基础。安装使用制浆能力为20m3/h的NL-20型制浆机、额定流量为260L/min的3NBB260-35/10～7-45型泥浆泵和ZHJ-5/1.8g型复合胶体添加泵,以及制氮能力为1200m3/h的DM-1200型膜分离制氮机。

5.2 实施采空区堵漏措施

一是在工作面超前支架上方及上下端头三个支架上方敷设覆布,随着工作面的开采和采空区垮落,形成一道阻风屏障;二是在工作面上、下隅角垒设碎煤袋子隔离墙并悬挂挡风帘,与巷道顶帮连接严密,有效阻挡向采空区漏风。

5.3 实施工作面注浆注胶技术

采用矿井建井期间废弃泥浆进行制浆,通过敷设的Φ108管路将浆液输送到工作面采空区进行注浆。注胶是利用现有的注浆系统,通过注胶泵向注浆管路中压注FCJ12复合胶体。工作面采用采空区埋管注浆的方式,预先在工作面上出口埋设4寸钢管作注浆埋管,埋管进入采空区的深度在50米～100米之间。

5.4 实施工作面注氮技术

选用Φ108钢管作为输氮管路,采用工作面预埋注氮管路的方式对采空区进行24小时不间断注氮,当开采距切眼30米时开始注氮,以后每隔50米设置新的注氮点。

6 建立和完善了应急防火体系

6.1 完善预案

建立了工作面自然发火应急预案和现场应急处置方案,能够很好地指导防灭火工作的开展,提高应急防火能力。

6.2 快速打钻压注高分子材料

当出现自然发火隐患点、出现高温点时或者在特殊地点(如断层附近、巷道高冒地点),为了及时迅速地控制隐患,可采用快速打钻压注高分子材料的方式迅速消除隐患。

6.3 构筑防火门

防火门墙体厚度为500mm,防火板用红松木制作并外包裹1mm的不锈钢,对防火板进行编号并现场按照编号码放整齐。现场悬挂防火门使用说明牌板,在发生紧急情况时可按照说明牌板快速用防火板将巷道进行封闭。

7 工作面停采撤面期间的防火工作

7.1 优化撤面工艺,加快撤面速度

工作面采用中间掐架,两巷同时回撤的方法进行支架撤除,大大加快了撤面速度。

7.2 优化通风系统,实施堵漏措施

一是在工作面上、下平巷均安设局部通风机,在中部顶板冒落后,上下巷开启局扇进行均压供风;二是从距停采线18米时就开始沿工作面走向敷设了双层网及挡风布,对整个工作面进行了封堵;三是工作面末采时在上下巷每天垒设了袋子墙,形成了隔离带,有效杜绝了向采空区漏风。

7.3 加强了防火监控

每班安设专职防火观测工进行人工检测。一是利用CO检定仪对工作面上下隅角、回风流、埋管以及支架后部(每10个支架取一个点)进行现场观测并进行记录;二是对上述地点用球胆进行取样,带至井上利用色谱分析进行气体分析。

7.4 采空区注高分子材料

通过上下平巷预留管路对工作面采空区危险区域进行压注高分子材料。

7.5 工作面架间注高分子材料

在工作面上端头有顶板浮煤位置施工架间钻孔,进行压注高分子材料。

7.6 采空区注黄泥复合胶体

利用上巷预埋的注浆管路每天交替压注黄泥复合胶体。

7.7 上、下平巷注氮

沿工作面敷设管路,建立上下平巷同时注氮系统,利用上、下平巷预埋的注氮管路向采空区注氮,惰化采空区。

7.8 对工作面及时封闭

工作面回撤结束后,在上、下平巷停采线外分别施工了两道500mm厚防火密闭墙,两墙体间隔1米,中间充填了高水材料。在防火密闭墙外又施工了一道普通密闭墙,切实对工作面上下巷进行了封严封实。

8 结语

通过特厚煤层综放工作面自燃防治综合技术体系的建立与应用,有效保障了工作面防火安全,促进了矿井安全生产。

摘要：根据特厚煤层综放开采工作面自燃特点,得出了特厚煤层综放开采工作面采空区煤层的自燃危险区域,并确定了“防控结合、重在预防”的防火指导原则,建立了以“预测预报技术、综合防控技术、特殊区域防火技术”相结合的煤层自燃综合防治技术体系,保障了工作面的安全生产。

关键词：煤层自燃,综合防治,技术体系

参考文献

[1]李加彬.深部高温超长综放工作面防灭火分析与探讨[J].山东煤炭科技,2010(03).

[2]李长杰,李伟,韩力,马砺.龙固矿N1301综放面调向期间煤层自燃的防治技术[J].煤矿安全,2010(08).

煤层自燃发火原因研究与探讨 第2篇

关键词：矿井火灾条件因素自燃期确定

0引言

矿井火灾是煤矿5大自燃灾害之一，每场火灾的发生，轻则影响生产，重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。可燃物、热源、燃烧是火灾必须具备的三个方面条件，下面就这三个方面笔者进行具体的阐述，以供同行探讨。

1煤的自燃经过的三个时期

煤的自燃发展，一般要经过三个时期，如图1所示：准备时期，又称潜伏时期：自热期；最后进如燃烧期。

1.1潜伏时期。煤自燃的潜伏时期即煤的低温氧化过程，潜伏时期即准备阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件，如褐煤几乎没有准备时期，而烟煤则需要一个相当长的准备时期。

1.2自热期。经过潜伏期，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物先后分解成水、二氧化碳和一氧化碳。氧化产生的热量使煤的温度上升，当温度超过临界温度T=60～80℃时，煤的温度急剧增加，氧化加剧，煤开始出现矸馏，生成碳氢化合物、氢气、一氧化碳、二氧化碳等火灾气体，煤呈赤热状态，当到达着火温度以上时便燃着。这一阶段就是煤的自热阶段，又称煤的自热期。

1.3燃烧期。这一时期是煤从低温氧化发展成自燃的最后的一个阶段。主要特征是：空气中氧含量显著减少，二氧化碳的数量倍增，同时由于燃烧不完全和二氧化碳的分解，而产生较多的一氧化碳，巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾，有时还出现明火，火源温度达到1000℃左右。

2煤炭自燃发火四个条件

煤体要发生自燃必须具备以下四个条件：①具有低温氧化性，即有自燃倾向的煤以破碎状态存在；②有大于12％氧含量的空气通过这些碎煤；③空气流动速度适中，使破裂煤体有积聚氧化热的环境；④在上述3个条件同时具备的状态下，持续一定的时间，使煤体可以达到着火温度。只要同时具备上述4个条件，煤炭自燃发火即可发生。但实际中很难找出某两次煤炭自燃发火的发生条件是完全相同的。这样，对煤炭自燃发火的条件就很难作出定量分析。

煤炭自燃经常发生的地点是①有大量遗煤而未及时封闭或封闭不严的采空区(特别是采空区内的联络眼附近和停采线处)；②巷道两侧和遗留在采空区内受压的煤柱；③巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。

3影响煤炭自燃发火的因素

决定矿井或煤层自燃发火危险程度的因素一是煤的自燃发火倾向性，二是地质采矿技术。

3.1影响煤炭自燃的内因

3.1.1煤的变质程度。各种牌号的煤都有发生自燃的可能，但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点。烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤的自燃危险性较大，贫煤则较少。在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见。所以可以认为，煤化程度较高的煤，自燃倾向性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。因为生产实践证明，煤化程度相同的煤有的具有自燃特性，有的却不自燃。

3.1.2煤的水分。煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自热阶段，由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热。煤体中外在的水分没有全部蒸发之前很难上升到100％，这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于煤体微小的孔隙中，把氮气，二氧化碳，甲烷等气体排除，当干燥以后对煤的吸附起活化作用。水分的催化作用随煤温的增高而增大。所以地面煤堆在雨雪之后容易发生自燃，井下灌浆灭火，疏干之后自燃现象更为严重。

3.1.3煤岩成分。煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。它们有不同的氧化性，其中丝煤含量越多，自燃倾向性就越强；相反，暗煤含量越多，越不易自燃。

3.1.4煤的含硫量。同牌号的煤中，含硫矿物越多，越易自燃。

3.1.5煤的孔隙率和脆性。煤炭孔隙率越大，越易自燃。这是因为孔隙率越大，氧气越易渗入煤体内部。变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。完整的煤体一般不会发生自燃，一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大，着火点明显降低，使其自燃性显著提高。

3.1.6煤层瓦斯含量。瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体中，这两种瓦斯是以压力状态存在的，吸附瓦斯在煤体卸压、温度上升等客观条件影响下，可以产生解吸现象，吸附瓦斯转变成游离瓦斯，具有流动性。因此，处于原始状态的瓦斯或以压力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具有抑制作用，是防止煤自燃的有利因素。

3.2影响煤炭自燃的外因煤炭自燃的外在条件决定于煤炭接触到的空气量和外界的热交换作用，这两个因素与煤层的埋藏条件和其开采方法有着错综复杂的联系，其中外在因素有：

3.2.1地质因素：①倾角。煤层倾角越大，自燃危险性就越大。因为开采急倾斜煤层时，煤炭回收率低、采区煤柱易被破坏、采空区不易封锁。②煤层厚度。煤是不良导体，煤层越厚，越易积聚热量，所以，厚煤层易发火。③地质构造。在有地质构造的地区，自燃危险性加剧。地质构造复杂的地区，包括断层，褶皱发育地带，岩浆入侵地带，自燃发火频繁。这是由于煤层受张力、挤力、裂隙大量发生，煤体破碎，吸氧条件好造成的。

3.2.2开采技术因素①开拓方式。实践经验表明，采用石门，岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自燃发火的危险陛就降低了。厚煤层开采岩巷进入采区，便于打钻注浆，有利于实现预防性或灭火灌浆。②采煤方法。采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短上。丢煤越多，丢失的浮煤越集中，工作面的推进速度愈慢愈益发现火灾。③通风条件。通风因素的影响主要表现在采矿区，煤柱和煤壁裂隙漏风。漏风就是向这些地点供养，促进煤的氧化自燃。采空区面积大，漏风量相当可观，但风速有限，散热作用低。

4煤层自燃期的确定

4.1巷道中煤层自燃发火期以自燃发火地点从暴露煤之日起至发生自燃发火时为止的时间计算，一般以月为单位。

4.2回采工作面中煤层自燃发火期，应以工作面开切眼之日起发生自燃发火时为止的时间计算，一般以月为单位。

4.3每一煤层的所有回采工作面和巷道，都应进行自燃发火期的统计，确定煤层自燃发火期。

5结束语

一个煤层的自燃发火期并非固定不变的，它既取决于煤炭自燃的内在因素，自燃倾向性的强弱，又在很大程度上受煤层的自燃外在因素，包括地质、开拓、开采以及通风条件的制约。在现实生产中，不少矿井投产初期发火十分严重，煤层自燃发火期相当的短，从几十天到几个月，而后来由于地质条件的变化，开拓开采技术的改进，煤层的统计，确定煤层自燃发火期。

5结束语

自燃煤层下分层开采防灭火技术实践 第3篇

金庄生建煤矿主采3下煤层, 煤层平均厚度4.1m, 煤层倾角0~12°, 经山东省煤炭技术服务公司鉴定3下煤层为Ⅱ类自燃, 最短自然发火期56天。

31062工作面位于31采区北翼, 工作面西部为未开采区、东部为3104采空区、北部为3下煤层剥蚀带、南部为采区巷道。31062工作面为3106工作面下分层, 采高2m, 煤层近水平分布, 采用炮采工艺, 轨道巷进风、运输巷回风, 31062工作面轨道巷与上分层内错5m布置, 运输巷内错8m布置。

2 自然发火危险性分析

2.1 煤层具有自燃倾向性

31062工作面3下煤层为Ⅱ类自燃, 为易自燃煤层, 最短自然发火期56天, 煤与氧气接触后, 氧气能使煤炭与之发生氧化反应产生热量, 热量积聚使温度升高, 逐渐促使煤炭自燃发火。

2.2 上分层工作面回采期间遗留大量浮煤

由于上分层开采时回收率低, 造成采空区内大量遗煤, 而且煤体呈破碎状态, 由于遗煤呈破碎状态, 与空气接触面积大, 遗煤更容易氧化。

2.3 存在漏风通道, 有连续通风供氧条件

上分层工作面回撤时, 在工作面顶板用锚杆、锚索加强支护, 造成停采线附近顶板不易冒落, 形成供氧通道。31062工作面轨道巷、运输巷与上分层巷道的位置关系为内错式, 巷道顶板均为再生顶板, 31062轨道巷风流在压差作用下, 极易沿再生顶板经上分层停采线进入31062运输巷, 形成漏风通道, 进一步增大了自燃发火的可能性。

由于上分层停采线处同时具备了可燃物、漏风供氧、蓄热三个自然发火条件, 当三者共存时间大于煤层自然发火期时, 极易产生自燃。上下分层的采空区连通后, 增加了采空区氧化带的面积, 使浮煤更易氧化自燃。

3 自然发火早期预测预报技术

在工作面回风巷及回风隅角不易检测到采空区浮煤早期氧化所产生的CO气体, 能否早期检测到浮煤自燃氧化所产生的CO气体, 是工作面防灭火的关键, 为了预测采空区自燃情况, 采取了采空区预埋束管的方法。在采空区进风侧、回风侧及工作面中部各埋设一路8mm束管, 为了避免束管被砸坏, 束管从25的高压胶管内穿过, 随工作面推进束管进入采空区, 这些测点进入工作面深部。这一预测预报系统能及时反映采空区深部的CO情况, 为根据自燃氧化带内CO气体浓度、氧气浓度及时采取防灭火措施提供第一手资料。

4 防灭火技术措施

4.1 施工防灭火联络巷

在31062轨道巷与31062运输巷之间、平行与上分层停采线位置, 沿煤层顶板施工联络巷, 在联络巷内施工各类防灭火钻孔。

4.2 喷浆封堵

为防止往上分层采空区漏风, 在31062轨道巷、运输巷内喷浆封堵, 喷浆厚度与工字钢棚喷齐, 喷浆范围为喷顶板和肩窝往下0.6m。

4.3 压注氮气

4.3.1 注氮地点

氮气防灭火能否取得好的效果, 正确选择注氮地点是关键, 31062工作面注氮地点为:采空区进风侧埋管注氮气。由于氮气比空气略轻, 所以将采空区防火的主要地点选在了采空区进风侧, 在进风侧埋入了75mm的钢管, 氮气注入采空区进风侧后, 在采空区漏风压力的驱动下, 向采空区回风侧扩散, 惰化采空区氧化带, 90%的氮气通过进风侧埋管注入采空区。31062上分层采空区通过钻孔注氮气, 上分层采空区留有大量浮煤, 在31062工作面轨道巷向上分层停采线施工钻孔, 通过钻孔向上分层采空区注入氮气, 惰化上分层采空区气体, 防止浮煤氧化自燃。

4.3.2 注氮效果

衡量氮气防火是否达到效果, 采空区氧化带的氧气含量在注氮气后是否降到7%以下, 通过在工作面进回巷提前预埋的束管, 抽取氧化带气体分析。分析结果表明通过注入流量为500m3/h, 浓度为97%以上的氮气后, 能将采空区氧化带氧气含量降至7%, 表明氧化带已被惰化。

4.4 施工大口径钻孔注凝胶

4.4.1 注凝胶效果分析

由于上分层轨道巷、运输巷、停产线等地点留有大置浮煤, 受下分层开采扰动, 导致顶板形成漏风通道, 浮煤接触氧气后, 容易发生氧化自燃。通过注入凝胶, 使凝胶覆盖浮煤, 减少了浮煤表面与空气的接触, 起到隔绝氧气、吸热降温、终止氣化等作用, 凝胶既具有水和阻化剂的防灭火效果, 又具有封闭堵漏的作用。

巾于防灭火联络巷标卨高于上分层停采线标高。在钻孔内插<{>50的塑料管路, 利用套管高位注凝胶, 利用凝胶泵动力及®力作用凝胶通过上分层停采线缓慢流向上分层采空区, 能覆盖上分层采空区较大的空间, 既能堵塞漏风通道, 又能包裹采空区浮煤, 防止其自燃。

4.4.2 注凝胶钻孔参数

在防灭火联络巷内施工丨大口径钻孔, 往上分层停采线处注凝胶。31062防灭火联络巷与上分层停采线相距20m, 沿3 K煤层顶板掘进, 钻孔布1在3下煤上分层内, 每隔10m布置一钻孔, 共布置钻孔14个, 钻孔倾角为俯角5°~2 5°, 终孔位迓在上分层停采线处, 接近上分层煤层顶板。

4.4.3注凝胶参数

凝胶进入采空区后的流动形状可以近似看成长方体, 故单孔设计注胶M q按下式计算:

式中:L-钻孔间距, 10m;B-凝胶流淌长度, 20m;H-上分层采高, 2.2m;n-停采线煤矸空隙率, 取50%0

由上式计算出单孔注胶量约需110m3。

在实际注胶过程中, 由于停采线煤矸空隙率、凝胶流淌长度差别较大, 导致不同钻孔注胶M差别也较大, !4个钻孔共注凝胶】300m3, 每个钻孔平均注胶93W。

4-5加强通风管理

走及时对31062轨道巷、运输巷进行维修, 保证有效通风断面, 减小工作面通风阻力, 减少向采空区漏风。定期对工作面进行测风, 保持工作面风最稳定。

4.6气体检测

, 在31062运输巷内往上分层采空区施工钻孔, 钻孔内敷设束管, 每天抽取上分层采空区气体进行分析.以C0为主要气体指标, 并辅以C3H8、C2H4、C2H2等气体, 及时掌握采空区气体变化情况。

4.7加强密闭巡查

充每天对31062::作面周围密闭进行巡查, 发现密闭损坏及时维修, 保证密闭质量;每天抽取密闭内气体, 用色谱仪进行分析。

4.8 31062工作面漏风封堵

, 采空区注氮气防灭火采用的是开放式注氮, 铽气有一定的泄露是属于正常的, 但是, 如果氮气泄漏太多, 会影响采空区鉍化带的惰化效果, 采空区的主要漏风通道为采空区的进回风侧。

4.9回采后工作面密闭

31062工作面回采结束后, 及时对3 1 0 6 2工作面进行密闭, 改变防灭火巷内的风门位置, 使3 1 0 6 2轨道巷、运输巷密闭同时处于负压侧, 实行均压, 减少向采空区漏风。

5结论

31062下分层工作面开采过程中, 由于上分层遗煤经过一次氧化, 具有较大的自燃发火危险。通过在采空区预埋束管, 为毕期发现自燃发火危险, 提供了第一手资料, 通过采取注氮、注凝胶等措施, 有效预防了31062采空区及1:分层采空区浮煤自燃。310 62工作面目前已回采结束, 问采期间C0气体浓度未超过《煤矿安全规程》规定, 31062工作面下分层开采所采取的综合防灭火措施, 确保了工作面的安全回采, 为下分层回采防灭火技术积累了经验。

摘要：31062工作面为下分层工作面, 自然发火期短, 根据31062工作面煤层赋存条件、地质条件以及回采条件, 采取了注氮、注凝胶等综合防灭火措施等技术, 对工作面的自然发火情况进行预防, 取得了良好的效果。

自燃煤层技术 第4篇

目前, 煤自燃预测预报方法主要有标志气体分析法和温度检测法, 预报的手段主要有人工取样监测分析预报和实时监测预报系统。标志气体分析法目前来说比较完善, 相应的分析技术和监测系统都已配套, 但不能直接实时监测采空区内温度及变化情况, 预测预报存在滞后性, 无法搞清高温区域、自燃发展速度和趋势以及煤体可能达到的温度;温度检测法是发现煤炭自热和探寻高温点及火源的最直接、最可靠的方法, 研究过程中尝试采用光纤传感技术对己组煤采空区的温度进行实时定位监测, 并根据温度变化异常判定自燃隐患区域, 采取有效的防灭火技术措施防止自燃隐患的发生[2]。

1 工程概况

平顶山矿区的己组煤层具有自燃倾向性, 自然发火期为3~6个月, 属自燃煤层。己16-17-23220工作面位于平煤股份五矿己三下延采区西翼, 上部为已经回采的己17-23200工作面, 下部为未进行开采的己16-17-23240采面, 东到采区下山保护煤柱线, 西至采区边界。己16-17-23220采面作为近距离保护层开采工作面, 其保护层己15煤层已开采, 两层煤之间的层间距较小 (平均9 m) , 受地质构造 (F6断层) 以及己15煤层留设的40 m切眼煤柱的影响, 工作面在回采过程中会延缓推进度, 可能引发自燃隐患。

2 采空区光纤测温系统

光纤测温技术以光纤作为检测元件对温度进行检测, 是一种新型全光纤无源器件, 与普通传感器相比, 优势明显。光纤本身不带电, 体积小, 质量轻, 易弯曲, 抗电磁干扰、抗辐射性能好, 特别适合于易燃易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用[3], 以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。

光纤分布式温度检测技术是基于拉曼散射原理和光时域反射技术来实现温度和距离的测定[4]。光在光纤中传播过程中, 产生后向拉曼散射光谱的温度效应, 拉曼散射原理如图1所示。

光纤分布式测温系统集光纤通信、光纤传感、信号解调、报警控制等功能于一体。系统可分为五大组成部分:光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块以及定标控温模块[5,6]。

基于光纤技术研发的采空区测温系统可实时动态监测井下采空区、巷道及工作面内等沿光纤分布区域的温度及气体变化规律。该系统由后台计算机、通信设备、测温主机和测温光缆组成。后台主机放置于调度室, 运行系统软件用于记录数据、实时显示等;数据通信部分由光端机和通信光缆组成, 测温主机和后台主机各配置1个光端机。测温主机放置于井下己三下延采区轨道下山巷道内, 用于获取测温数据, 测温光缆随着工作面推进埋置于采空区, 可以实时获取温度数据, 整体系统结构如图2所示。

3 采空区测温试验研究

3.1 采空区温度测试

(1) 测温系统整体方案设计。针对己16-17-23220采面采空区进行温度监测, 在回风巷布置1条感温光缆, 在回风巷上隅角布置1台矿用光纤高低浓度甲烷传感器;在胶带运输巷布置3条感温光缆, 光缆具体走向如图3所示。

(2) 光缆铺设方案。1号光缆 (黑) 顺胶带运输巷直铺, 共计950 m;2号光缆 (黑) 铺在采面第35与36架支架的架缝里, 先盘几小圈, 送入采空区, 盖上槽钢, 再盘20~30 m备用 (盘在钢筋焊的小盘上, 光缆在支架处要用吊挂, 但要很容易抽动, 用铁丝绑直径50 mm的圆环) , 共计1 005 m;3号光缆 (黑) 铺在采面第70与71架支架的架缝里, 铺设方法同上, 共计铺设1 060 m;4号光缆 (黑) 顺回风巷直铺, 共计铺设1 150 m;5号光缆 (蓝) 拉到采面上隅角, 共计铺设1 140 m。

(3) 光缆保护设计。在综采支架的中间位置, 光缆保护是最大的问题。解决这个问题的办法: (1) 加强对现场工人的管理; (2) 采用U型槽钢对光缆进行保护。

采用U型槽钢对光缆进行保护。将光缆放置于槽钢内, 槽钢上设计把手, 在综采支架移动时, 由工人拉动槽钢进行移动, 这样既保护了光缆免于在顶板垮落时被砸坏, 又可以移动布线, 免于使用大量槽钢增加成本 (图4) 。

U型槽钢放置于两综采支架中间位置, 综采支架中间有约150 mm缝隙, 采用100 mm宽的U型槽钢, 在光缆铺设的过程中使用了圆形架子, 可将综采支架附近多余的光缆盘进圆形架子中, 将圆形架子挂置在综采支架上面。

3.2 采空区测温数据分析

(1) 采空区自燃“三带”判定理论。采空区自然发火不但取决于煤的自燃特性, 还与采空区内基本顶耐压、冒落、压实状况、工作面推进速度有关。工作面在推进过程中, 采空区内留有破碎遗煤, 再加上有漏风存在, 有供氧条件, 遗煤有自燃倾向, 且随着采空区的状态逐步发生变化, 煤的自燃情况随之改变, 即采空区内存在自燃“三带”。采空区自燃“三带”的分布是煤矿防治煤炭自燃的基础参数之一。

“三带”的划分指标主要分为3类, 即以采空区内的氧气浓度、漏风风速和温度分布来划分。根据光纤分布式测温系统测得的采空区温度参数, 采用温度指标可以实现采空区自燃“三带”的划分。

按升温率指标划分采空区“三带”:如果采空区内升温率K≥1℃/d时, 就可以认为已进入自燃带, 当采空区温度下降, 并达到某一较低的稳定值, 则进入了窒息带[7,8,9,10,11,12]。

(2) 数据分析。自2013年3月29日测温系统安装后开始对该采面采空区的温度进行实时监测监控, 及时掌握采空区观测区域的温度变化情况, 对工作面的火灾隐患进行预测预报。通过提取工作面推过己15保护煤柱、未过瓦斯治理巷时 (2013年5月9日) 采空区4条测温光缆的测温数据, 对工作面过己15切眼煤柱时间段的数据进行了系统分析, 图5—图8为安装光纤系统后工作面推进了50 m后测温光缆测得的数据曲线。其中, 图5为胶带运输巷测温光缆950 m全长各个测点的温度曲线, 图6为胶带运输巷测温光缆850~950 m长度段各个测点的温度曲线, 图7为回风巷测温光缆1 150 m全长各个测点的温度曲线, 图8为回风巷测温光缆1 050~1 150 m长度段各个测点的温度曲线。

从曲线中可以得知, 回风巷后方采空区测温光缆的测温曲线温度变化比较稳定, 按照温度指标判断“三带”划分, 回风巷后方20m范围内处于“通风散热带”, 20~50 m范围内升温率K<1℃/d, 处于不自燃氧化带, 主要原因是工作面在过己15煤柱的过程中, 在回风巷采取了灌浆措施, 有效防治了煤自燃隐患;运输巷后方21 m范围内处于“通风散热带”, 21~50 m范围内升温率K>1℃/d, 处于“可能自燃带”。针对运输巷和采空区下部自燃隐患, 光纤温度监测系统发出预警, 根据预警提示, 23220工作面采取了在回风巷加大灌浆力度的措施, 加快工作面的推进速度, 有效防止了煤自燃隐患的发生。15 d后, 采面又向前推进了25 m, 再次采集了运输巷测温光缆的数据 (图9) , 并进行了分析, 工作面后方“可能自燃带”16 m范围内的温度逐渐降到41℃左右, 基本接近地层原始温度, 说明温度降低的区域逐步进入“窒息带”。

4 结语

采空区光纤测温技术是一种新的煤矿火灾预测预报技术。通过在己16-17-23220工作面采空区内布置4条测温光缆, 对采空区内的温度进行了实时连续性监测, 对工作面推进过程中存在的自燃隐患区域提出了预警提示, 确定了采空区自燃“三带”的分布范围, 并根据预警提示在工作面风巷采取了灌浆防灭火技术措施, 有效消除了己组煤回采过程中的自燃隐患, 保证了工作面的安全生产。该技术的应用可以为平顶山矿区己组煤自燃的预测预报和防治技术提供参考依据, 对有效治理己组煤自燃隐患和防止自然发火事故的发生具有重要意义。

参考文献

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[2]蔡永乐.矿井内因火灾防治理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社, 2001.

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自燃煤层技术 第5篇

1 开采过程中存在的问题

随采深增加, 矿井内部高温及其带来的问题也日益突出, 根据实测, 1410综放工作面回风流温度28 ℃, 围岩温度达到33 ℃, 环境温度高, 对防火工作不利。由于矿内环境温度升高, 直接导致了煤层自然发火期变短, 煤体温升速度加快。

1410综放工作面所属四层煤经鉴定有严重的冲击倾向性, 自1992年首次发生冲击地压以来, 已多次在四层煤工作面发生冲击地压事故, 造成了较大的经济损失, 严重威胁着矿井的安全生产。在冲击地压的影响下, 采空区形成了隐蔽漏风通道, 煤体松散度增加, 推采速度慢, 极易造成煤层自然发火。实施卸压爆破技术治理冲击地压时, 会对围岩造成破坏, 致使裂隙发育, 破坏煤体的完整性, 形成破碎、松散煤体, 增加漏风通道, 易于氧化积热。为防止冲击地压而控制工作面推采速度时, 会使采空区浮煤氧化时间延长, 延迟浮煤进入窒息区的时间, 积聚热量形成自燃。

冲击地压与煤层自燃同为1410综放工作面的重大灾害, 两者的治理措施相互矛盾, 必须采取合理措施, 研究采深大、倾角大、冲击地压危害严重、环境温度高、自然发火期短等不利条件下的综合防火技术, 确定合理的技术参数, 治理自然发火, 确保四层煤的安全开采。

2 三相泡沫技术在华丰矿的应用

三相泡沫是由黄泥、N2和水三相介质组成, 通过研制高效三相泡沫发泡剂和发泡装置, 利用矿井已有的灌浆系统, 加入气源和发泡剂, 使泥浆发泡, 体积增大。三相泡沫流动性好, 比一般的黄泥浆和凝胶覆盖面更广, 可快速向上部堆积, 能将更多的水、黄泥浆带入防灭火区域。

三相泡沫灌注工艺流程如图1所示。首先在制浆站中, 制成适当浓度的黄泥浆, 经过2道注浆池, 自流输送到注浆管路中, 在1410回风石门内通过发泡剂定量添加泵将发泡剂加入到注浆管路中, 浆液与发泡剂在管道中混合均匀后进入灌浆巷的注浆管路, 经过装在管路中的发泡器, 在发泡器中接入N2, N2与含有发泡剂的黄泥浆体相互作用产生出三相泡沫。

结合工艺流程和华丰矿1410综放工作面的实际情况, 制订出灌注三相泡沫的主要技术参数:

1) 发泡倍数大于30倍, 稳定时间大于8～12 h;

2) 水土比 (质量比) 为 (2～4) ∶1;

3) 耗浆量10～20 m3/h;

4) N2量300～600 m3/h;

5) 三相泡沫产生量310～620 m3/h;

6) 发泡剂使用的质量分数为0.5%。

在1410综放工作面生产期间, 主要采用了上隅角埋管、消火道打钻、支架后面插管等工艺注三相泡沫。在受冲击地压影响停产封闭初期, 大量三相泡沫的连续灌注确保了在封闭期间封闭区内没有出现自燃隐患, CO体积分数稳定在1.0×10-5以下, 瓦斯、CO2浓度较高, 温度平稳无大的变化。

3 新型堵漏材料的应用

受冲击地压及钻孔卸压、爆破卸压等防冲击地压措施的影响, 1410综放工作面开采过程中, 采空区存在隐蔽的漏风通道, 煤体破碎严重、漏风量较大, 需要大量的漏风封堵材料。新型堵漏材料是以主料为基材, 添加一定的复合添加剂, 通过物理机械的发泡方式, 形成泡沫状态的固态泡沫, 能在采空区大量堆积, 且凝固时间可调, 最后形成具有抗压能力的轻质固态材料。

堵漏材料制备流程如图2所示。首先在移动式制浆泵中, 将一定比例的水与主料搅拌混合形成主料浆体, 通过压力泵输送到注浆管路中, 再通过漏斗形螺杆泵将料箱里的固化剂、发泡剂等复合添加剂注入到注浆管路中, 浆液与复合添加剂混合后进入发泡器, 在发泡器中接入空压机, 空气与含有复合添加剂的主料浆体在发泡器中相互作用, 产生出主料固化泡沫。根据不同气量、不同的强度要求, 主料固化泡沫发泡倍数在8～15倍可调。

1410综放工作面上下隅角是工作面后部采空区漏风的源头和主要汇合点, 在开采过程中采取了上下隅角每隔10 m建筑双道沙袋墙, 两墙中间注入固化泡沫堵漏材料进行封闭处理, 改变了采空区漏风深度, 减小了氧化带的长度。在工作面上隅角向采空区注固化泡沫封堵充填, 利用充填专用泵, 铺设Φ50 mm管路至上隅角, 埋入采空区内约10 m, 前端挑起朝向高处, 泵安设在石门内, 输浆距离约为240 m。在工作面上下隅角注新型固化泡沫堵漏材料后, 可以有效地改变采空区的漏风路线和漏风深度, 减少向采空区的大量漏风, 减小氧化带的长度, 有效地防止煤层的自燃。

松散煤体打钻注固化泡沫, 同时也在架间打短孔处理支架顶部、后部近处松散煤体。工作面停采期间, 在支架间向支架顶部、后部施工防火钻孔, 每架2个, 孔深1.5～2 m, 分别位于支架顶部和支架后部2～4 m, 利用钻孔注新型堵漏材料。钻孔布置见图3。

1410综放工作面受冲击地压影响封闭期间, 在工作面上下平巷建防火密闭进行封闭, 留设了5路观测束管和2路注氮管, 对封闭区内进行观测和处理。在工作面上出口外4 m建普通密闭1道, 厚度0.37 m;距上石门以西4 m建防火密闭1道, 由2道厚度0.5 m的墙组成, 中间充填厚度1 m, 墙体材料使用砖、沙、灰, 充填材料使用固化泡沫堵漏新型材料。下平巷在工作面下出口外6.5 m建防火密闭1道, 由2道厚度0.5 m的墙组成, 中间充填厚度1 m, 墙体材料使用砖、沙、灰, 充填材料使用固化泡沫堵漏新型材料;下平巷石门西建临时密闭1道, 厚度0.37 m。上下防火墙周边围岩使用固化泡沫堵漏新型材料进行堵漏充填处理。

4 注氮工艺优化研究

华丰矿将氮气防灭火技术一直作为主要的防灭火手段, 通过注氮来降低煤炭自然发火的可能性, 并由此来减小开采速度缓慢对煤炭自燃防治工作带来的负面影响。基于对采空区注氮的数值模拟, 华丰矿改变了传统的注氮工艺, 采用采空区埋管与上隅角挡垛相结合的注氮方式, 具体做法是:利用-450, -530 m制氮车间, 在-450 m制氮车间内安装1套JXZD-700型井下移动式制氮机, 制氮量700 m3/h;在-530 m制氮车间内安装1套JXZD-300型井下移动式制氮机, 制氮量300 m3/h。选用Φ75 mm钢管作为输氮管路, 从制氮机经-750 m前一回风上山、-750 m管子井车场、-750～-920 m管子井、-920 m西岩巷、1410运输石门、1410下平巷、1410工作面下隅角。采用埋管注氮, 在工作面下平巷沿底板向采空区埋设1趟Φ50 mm钢管作为注氮管, 当埋入25 m后开始注氮;同时再埋入第2趟注氮管, 当该趟管路在埋入采空区25 m后, 开始注氮, 同时停止第1趟管路注氮, 并又重新埋入管路, 如此交替进行。主管路与注氮管之间用Φ25 mm钢编管连接。将注氮管口由下平巷压埋在采空区, 孔口采取防止大块煤矸堵塞的措施, 借助于漏风将注入的N2散布在采空区内。

在综放工作面进风侧采空区压注固化泡沫建立隔离带, 工作面每推进60 m, 在下隅角支架后方建立厚度约为2 m的沙袋墙, 同时在顶部安设Φ50 mm的灌浆注胶管, 底部预埋注氮管, 封堵采空区内未垮落的巷道, 为采空区注胶、注氮创造条件。待工作面推过沙袋墙10 m, 工作面上端头垮落带与沙袋墙结合充分后, 通过沙袋墙顶部压入的注胶管, 压注一定量的复合胶体, 而后通过注氮管向采空区注氮, 由于有挡垛的隔离带N2将大幅度减小氧化带宽度, 从而降低采空区自然发火的可能性。

封闭石门内注氮, 工作面推采过石门后, 在封闭石门前, 在石门预留注氮管路, 开口于石门两侧平巷10, 30, 80 m, 石门封闭后, 利用预留的埋管向采空区注氮。

由于受到冲击地压的影响, 1410综放工作面推采十分缓慢, 为防止支架顶部及后部近处煤体氧化自燃, 在工作面上平巷向支架顶部、后部施工钻孔, 使用SGZ-IB钻机, 自煤层底板起1 m高度, 高位钻孔开孔直径108 mm, 终孔直径75 mm, 下Ф50 mm套管, 终孔位置在工作面60—80架处, 共2排, 一排在支架顶部煤体中, 另一排位于支架后3～5 m顶板以上5 m老空处。封孔后接通注水管进行连续注水, 每个钻孔连续注水3 d, 然后再接通注氮管进行注氮。

5 新型防灭火稠化剂在华丰矿的应用

引进了新型防灭火稠化剂, 该稠化剂材料能满足堵漏风的要求, 同时能很好地均匀覆盖煤体。1410综放工作面由于受到冲击地压的影响, 不得不停采封闭, 在封闭期间, 为了有效地防止煤层自然发火, 采取了注稠化剂, 即在上下平巷施工双墙。第1道为防火墙, 由2道厚度0.5 m的墙体组成, 中间充填密实, 墙体周边压稠化剂等;第2道墙设置平巷门口为普通密闭。

当工作面启封后, 由于采取打钻爆破卸压的防冲击地压措施, 使工作面存在大量的隐蔽漏风通道, 因此, 通常隔1个月注1次稠化剂, 取得了较好的应用效果。每次注稠化剂结束后, 对采空区内气体进行了取样化验分析, 化验结果表明:采空区CO体积分数低于5×10-6, 无乙烯、乙烷等发火标志性气体, 证明采空区无自然发火征兆, 注稠化剂防灭火效果较为明显。

6 结语

自燃煤层技术 第6篇

我国矿井开采的煤层大约56%属于易自燃煤层[1]。煤层自燃发火是矿井生产过程中的突出灾害,百万吨发火率近年虽有所下降,但仍居高不下,与世界几个主要采煤国相比,差距还很大。尤其是近几年,重大火灾事故还时有发生,给煤矿企业带来难以估计的负面影响,也严重制约着煤炭企业的经济效益。因此,矿井火灾防治工作依然是煤炭生产过程中需要解决的重要难题,而且任重道远。下面以某矿8403拆架工作面为例,对矿井生产过程中的煤层自燃防治技术进行探索研究。

1 工作面概况

某矿8403拆架工作面位于山西平定县马家庄村东北部,狼窝沟南部山坡地带,地表无建筑物和积水地形,局部有黄土覆盖。地面标高905~1 028.5 m,平均标高为966.8 m。

工作面东北部为采区大巷,西北部为8405工作面(未掘),东南部为8402工作面(未掘),西南为马家庄村保护煤柱。工作面标高363~415 m,平均标高为389 m。埋藏深度为490~665.5 m。

该工作面所采15#煤层,属无烟煤,硬度系数为2.5~3,为复杂结构煤层,煤层总厚7.4~10.85 m,一般含矸2层,根据钻孔及顶板探测资料,该面南部15#煤层有厚度大于1.0 m的夹矸存在,岩性为泥岩。该煤层煤岩类型为半亮型~光亮型。15#煤层属容易自燃煤层但无煤尘爆炸危险性,矿井属于高瓦斯矿井。

2 工作面拆架期间自燃发火原因分析

(1)工作面停架期间为确保工作面顺利拆除,从工作面推进度减少时就逐步开始给工作面减风降压,当工作面停产后工作面进风风量基本稳定在400 m3/min,并提前开始永久封闭工作面内错尾巷。而工作面停产至工作面永久封闭时间间隔达到2个月,同时保持一定的风量,因此浮煤有充足的时间出现自燃。

(2)由于采用放顶煤开采方式,工作面落山、后溜浮煤多,丢底煤现象严重。

(3)工作面停架后,高抽巷漏风量增加,抽放瓦斯浓度降低,抽放气体氧浓度增加,高冒带裂隙和高抽巷裂隙带沟通,形成一条以高抽巷为中心,以抽放负压和通风负压为动力的漏风带,导致采空区深部与高冒带煤的自燃氧化。

(4)由于工作面进回风落山顶板较坚硬,退锚后不能及时塌顶,造成工作面进回风落山封堵不严,出现漏风,导致进回风落山侧煤层的自燃氧化。

3 8403拆架工作面煤层自燃防治技术的研究与应用

对于拆架工作面的煤层自燃防治通常采取以下技术方法:(1)当工作面开始施工拉架道时,根据推进度的减少,采取减风减压措施,并适当降低工作面高抽巷抽放负压,从而减少高抽巷漏风量[2];(2)当工作面停架后,整个工作面每3架开始注防灭火胶;(3)当工作面开始施工拉架道时,提前对工作面内错尾巷顺槽进行永久封闭,降低工作面内尾顺槽通风负压,减少空气漏入工作面采空区;(4)工作面停架后,及时对工作面进回风落山退锚放顶,并用风筒布进行全断面封堵,减少漏风。

根据以往的经验,采取以上主要防灭火技术基本能抑制拆架工作面的自燃(下转第173页)(上接第62页)发火现象。但是8403工作面在拆架过程中通风系统被破坏,且拆除进度缓慢。8403拆架工作面拆至34架时,回风落山侧出现烟雾和CO气体。当拆到第108架时,后部溜已出现明火,此时在第108架周边几架架间进行打钎注水,效果并不明显。

根据以上情况,首先采取用罗克休及时将进回风落山进行封堵,再全断面注罗克休封堵,并沿着临时密闭墙的周边也用罗克休进行全部封堵,防止在工作面移开架以后新鲜风流从进风落山侧进入采空区,尽量减少漏风。其次,在对工作面进回风落山用罗克休及时封堵后,在局部高温点,采用锚索钻打钎注水,即用普通锚索钻以高温点为中心,以2~3 m为半径,围绕高温点中心,呈圆形布置锚索钻。锚索钻钻孔施工深度一般为煤层厚度,施工完毕后,用高压水管,配合自制多通分水器将锚索钻杆和高压管连接就可以开始注水。由于锚索钻杆内部是中空,有利于高压水流通,可以顺利将高压水送到煤体中的高温点,同时锚索钻杆接头处也有不同程度的漏水,这也加大了高温煤体受水面积。

4 应用效果检验

2009年12月17日8点班和4点班对8403拆架工作面进、回风落山注罗克休,罗克休在煤体内快速扩散,并通过化学反应快速凝固,减少了进风落山的漏风,同时阻止了采空侧气体从回风落山侧的涌出。注完罗克休以后回风落山侧已经没有出现烟雾,同时回风流的CO气体降为25×10-6。8403工作面在拆架过程中,在用罗克休控制火势和烟雾后,每班安排专职瓦检工用红外线测温仪检查架间和工作面后部溜温度,一旦发现高温点,立即采用锚索钻注水,当工作面拆架拆至85架时,发现该架后部溜温度达到40℃,并发现有红炭,采用锚索钻注水后,迅速控制了高温点蔓延,同时也消灭了煤体自燃,保证了8403工作面的拆架工作。

5 结论

锚索钻注水能增大煤体的受水面积,设备较小,便于移动和施工,能在出现意外情况时迅速投入施工,并在处理高温点时起到立竿见影的效果,实用性和可操作性强。8403拆除工作面应用锚索钻注水和注罗克休后,有效的控制了高温点和煤体自燃现象,保证了该工作面安全顺利的拆除。

但是锚索钻注水后,钻杆不能回收,造成了材料浪费。而且由于注水造成拆架工作面必须安装排水装置,这也给工作面拆除造成了影响。

摘要：以某矿8403拆架工作面为例,首先分析了该拆架工作面自然发火的原因,然后通过使用锚索钻对进回风落山、后部溜等高温异常地点打钻注水,并结合使用注罗克休对工作面进回风落山进行封堵,有效的解决了拆架工作面煤层自燃问题。

关键词：自然发火,拆架工作面,锚索钻,注水,罗克休

参考文献

[1]王省身,张国枢.矿井火灾防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1990

自燃煤层技术 第7篇

我国80%的煤层有自燃发火倾向,据2002年统计,全国综放工作面自燃火灾发生率已达82.7%,因此煤炭自燃的防治已成为制约综放开采和实现矿井高产高效的关键问题之一[1~4]。下沟煤矿煤层为易自燃煤层,自燃发火期为3~5个月,在高档普采时,曾发生过因煤层自燃而封闭工作面重开切眼的现象。文献[4]对下沟煤矿综放工作面煤层自燃规律进行了研究,本文依据其研究结果提出下沟煤矿特厚煤层综放工作面自燃火灾的防治技术。

1 工作面概况

ZF1802综放工作面是下沟煤矿首采工作面,位于首采区西翼,上分层一部分是原1802工作面采空区,工作面东侧是采区三条下山,分别是回风下山,轨道下山,皮带下山,三条下山水平间距25 m。工作面标高为+507.390~+514.940。埋藏深度为325.06 m。ZF1802工作面主采8#煤层,属中下侏罗统延安组,煤层大致东西走向,向北倾斜,平均倾角7°。煤层平均厚度16.8 m,密度1.34 t/m3,煤层结构简单,含夹矸3层,厚度0.05~0.4 m之间,岩性为泥岩、炭质泥岩与泥质粉砂岩。

2 基本原理

2.1 煤自燃特性

煤炭的自燃过程按其温度和物理化学变化特征,分为潜伏、自热、自燃三个阶段。潜伏期与自热期之和为煤的自然发火期。

2.2 采空区“三带”划分

根据对采空区浮煤自然氧化煤温和气样的自动检测分析可知:对于跨上山的“U”型通风系统的长距离推进的工作面来说,采空区内按漏风大小和遗煤发生自热的可能性可分为:散热带Ⅰ(宽度为L1),自热带Ⅱ(宽度为L2),窒熄带(不自燃带)Ⅲ,如图1所示。“三带”的范围随着工作面的推进而向前推进。实测下沟煤矿“三带”数据分别为:L1=22 m,L2=22~64 m。

3 综放工作面自燃火灾的防治技术

3.1 加快综放工作面推进度

计算得下沟煤矿综放工作面进入采空区深度超过64 m,采空区便进入窒熄带;下沟煤矿煤层的最短自燃发火期为20~30 d。因此,当综放工作面保证月64 m以上的推进度时,可以及时地将采空区自燃带在其没有完成煤炭积聚热量开始自燃时便将进入窒熄带。在ZF1802综放工作面的回采过程也证实了这一点。

3.2 综放工作面采空区注氮防火

根据注氮防火的机理,下沟煤矿综放工作面采空区防止煤层自燃采用了注氮措施。下沟煤矿注氮设备布置示意图与ZF1802综放工作面正常回采时注氮管布置示意图如图2、3所示。

根据以上的注氮设备及注氮管路布置方式,确定了综放工作面出现以下情况时必须向采空区注氮:采空区气温超过26℃或每天温度上升1℃;采空区水温度超过26℃;工作面局部地方出现发火预兆,如焦油或煤油味;工作面因故停产时间超过5 d;工作面撤架时间超过15 d;采空区CO含量超过0.004%或工作面上隅角CO含量连续3次超过0.003%。

根据注氮与不注氮时综放工作面上隅角CO含量的变化,可以看出向采空区注氮对煤层自燃有很好地防治作用。因此,向综放工作面采空区注氮是防止煤层自燃的有效措施。

3.3 综放工作面采空区注浆防止煤层自燃

下沟煤矿地处黄土高原,有良好地黄土作为综放工作面采空区预防性灌浆材料,因此对于下沟煤矿而言,对综放工作面采用预防性灌浆进行煤层自燃的预防是一项非常经济适用的措施。下沟煤矿综放工作面从回风顺槽沿巷道上帮铺设灌浆管道,高1.5 m,管道每隔30 m加设一个三通,一个阀门。灌浆管径为108 mm,灌浆管路用快速管接头连接。注浆时,灌浆管位于回风顺槽上帮底板掏槽处,槽深200 mm,在综放工作面开始回采推进超过20 m后,每天在检修班由专人负责灌浆,另外要求顺槽排水沟畅通,并有足够的排水能力。泥浆浓度为水∶土=1∶0.5。

在经过ZF1802综放工作面与ZF1812综放工作面两个工作面的实践,发现采空区预防性灌浆是防止综放面采空区煤层自燃的有效措施。

3.4 综放工作面两端头喷洒阻化剂

对于下沟煤矿综放工作面,由于工作面两端头不放顶煤,造成两端头在采空区的遗煤量增加;另外,由于两端头煤体所承受的矿山压力较大,因此,两端头的煤层较为破碎,这为两端头煤的自燃提供很好地条件。为此,为了防止综放面两端头采空区遗煤自燃的发生,特采用了在两端头向破碎煤体喷洒阻化剂的防火措施。

ZF1802综放工作面两端头喷洒阻化剂的系统示意图如图4所示。

3.5 束管监测系统

除采取以上防火措施外,还对综放工作面采空区进行有效地监测,在工作面布置了束管监测系统,用来对采空区有害气体进行连续不间断监测,保证对采空区有害气体的了解。综放工作面正常回采时束管监测系统测点布置示意图如图5所示。

通过采取以上综合防止煤层自燃的措施,下沟煤矿安全地完成了ZF1802与ZF1812两个综放工作面回采。这也进一步证明了以上防火措施的有效性。

4 结论

(1)下沟煤矿90 m长综放工作面采空区“三带”的范围如下:采空区22 m以前为中性带,22~64 m为自燃带,64 m以后为窒熄带。另外,采空区中部及上隅角采空区“三带”的界不尽相同,采空区中部中性带的范围较小,自燃带范围与工作面工作空间的距离更近,在自燃带内,距工作面工作空间40 m左右为最自燃最危险区域,窒熄带范围则相同。

(2)下沟煤矿90 m长综放工作面,最易发生煤层自燃的地点为综放工作面搬家期间,其次为综放工作面采空区、综放工作面上分层采空区、综放工作面初采期。在下沟煤矿,顺槽巷道煤包或冒顶处没有发生过煤层自燃,具体原因尚不清楚。

(3)煤层的自燃发火期为3~5个月,最短发火期为20~30 d。另外,在工作面上隅角(无论是高档普采工作面还是综放工作面)出现CO,并且浓度超过0.03%~0.06%,且有继续上升的趋势时,可以认为采空区出现煤层自燃。

(4)工作面通过上分层开切眼后,综放工作面上隅角的CO浓度会升高,并且在整个通过上分层采空区时,CO浓度均比没有上分层采空区时高,其主要原因是上分层采空区积聚的CO通过顶煤裂隙汇集于综放工作面上隅角,并不能说明综放工作面采空区煤层发生自燃。因此,在综放工作面通过上分层时,应注意上隅角CO浓度的监测,同时注意上分层采空区煤层自燃的防治。上分层防火措施应以注氮和注水为主。

(5)工作面保证月64 m以上的推进度时,可以及时地将采空区自燃带在其没有完成煤炭积聚热量开始自燃时便将进入窒熄带。

(6)下沟煤矿综放工作面煤层自燃的防治措施主要有以下几种:加快推进速度、采空区注氮、采空区灌浆、两端头压土袋墙及喷洒阻化剂等,另外还建立束管监测系统对综放工作面采空区有害气体进行连续监测。从上述分析得出,加快推进度是预防采空区煤层自燃最为有利的措施,其它措施应根据实际情况综合采用。

参考文献

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[3]王红胜,张东升,陈勇,等.基于可能-满意度方法的特大型矿井开采规模研究[J].中国矿业大学学报,2007,36(2):148-152.

自燃煤层技术 第8篇

3226 综采工作面是梁宝寺能源公司3200 采区下部第二个条带工作面, 在推采620m时, 遇落差9.0mf6 正断层, 断层该断层与工作面斜交, 夹角为64°。梁宝寺矿井3 煤层属于一类易自燃煤层, 煤层发火期为3 ~ 6 个月。3226 综采工作面需要过断层时由于推采速度较慢, 再加上工作面过断层处局部托顶煤, 易造成面后遗煤较多, 为防止面后漏风造成采空区浮煤氧化自燃, 采取以下综合防止自然发火技术。

2 防煤尘自燃技术研究与实施

2.1 监测监控技术

(1) 束管监测:利用KSS-200型矿用火灾预报束管监测系统 (30路) , 通过副井井筒下放至各分路箱, 从分路箱将束管引至3226 综采工作面回风隅角和回风巷, 系统通过束管取样, 利用安装在地面的抽气泵, 将所采样的气体送入分析仪中, 分析仪将分析的气体相关参数输入计算机进行比较判断, 绘出CO变化趋势和格雷哈姆系数 (CO/ △ O2) , 对主要标志气体如CO 、CO2、C2H4、CH4等进行分析, 对出现煤炭自然发火及其隐患进行定性、定量分析, 做到煤炭自燃发火早期预报。对3226 综采工作面回风隅角和回风巷两处监测点, 每三天抽气分析一次。利用KJ95N安全监控系统在3226 综采工作面回风巷安设一氧化碳传感器进行监测, 作为探测煤炭自然发火的辅助措施。对安全监测系统和束管监测系统的数据及时进行分析, 发现温度上升明显、有芳香族碳氢化合物、CO浓度超过0.0024% 或增加较快时, 要立即汇报采取有效的针对性措施。

(2) 人工取样化验:为防止因束管损坏漏气造成数据不准确的问题出现, 保证3226 综采工作面回风隅角和回风巷气体监测数据的可靠性、准确性, 除了由通防区加强对束管管路的检查外, 安排束管监测工对3226 综采工作面回风隅角和回风巷气体进行取样, 使用束管监测系统的色谱仪对气样进行分析化验。

(3) 现场检查:由通防区安排瓦斯检查员对3226 综采工作面回风隅角和回风巷气体情况进行检查, 每班对CO、CO2、CH4气体浓度、温度检查两遍, 利用红外线测温仪在3226 综采工作面回风隅角对采空区进行温度检查, 一旦发现异常, 立即汇报。

2.2 埋管注浆技术

(1) 注浆工艺:每天三班利用矿内防灭火注浆站对采空区进行注浆, 每班注黄土不得少于15m3。

(2) 建立防灭火注浆系统:地面注浆站→风井→风井底车场→西总回风巷→西翼回风巷→ 3200 采区回风巷→ 3200 回风皮带联巷→ 3200 采区皮带巷→ 3226 皮带顺槽→ 3226 轨皮顺联巷→ 3226 轨道顺槽→工作面采空区

(3) 防灭火注浆系统管路敷设:自地面注浆站起至3200 回风皮带联巷为Φ159mm的钢管, 从3200回风皮带联巷至3226轨道顺槽为Φ108mm的钢管。在工作面溜尾处安装Φ108mm钢管, 实行埋管注浆, 在采空区中形成一道泥浆带, 覆盖在面后采空区的浮煤上, 减少浮煤与氧气的接触, 防止采空区浮煤的氧化。之后每隔50m重新敷设一路Φ108mm钢管, 待新敷设管路埋到30m时替换到新敷设管路上进行注浆。以此方法交替注浆, 在面后采空区形成一道道泥浆带, 达到防止采空区浮煤氧化自燃的目的。

2.3 压注、喷洒阻化剂技术

(1) 压注阻化剂:三班利用架间间隙通过插管、埋管方式, 在工作面托顶煤段支架后, 利用便携式风泵向采空区浮煤压注阻化剂, 使阻化剂覆盖在面后的浮煤上, 形成一层保护膜, 起到隔离浮煤与氧气接触的作用。

(2) 喷洒阻化剂:三班利用便携式风泵向工作面的进回风隅角采空区浮煤处、工作面面后浮煤处喷洒阻化剂, 使阻化剂覆盖在面后的浮煤上, 形成一层保护膜, 起到隔离浮煤与氧气接触的作用。

(3) 选用多种阻化剂材料:阻化剂 (Mg Cl2) 、高效膨胀阻燃剂 (Z - T型) 、赛福特等。

2.4 施工防火墙技术

在工作面面后进回风隅角处加密设置防火墙, 以减少面后漏风。墙体采用全断面构筑, 每隔10 ~ 15m施工1 道。建筑防火墙按照以下原则:用编织袋装黄土、黄土炉灰、浮碴掺加高效阻化剂砌筑防火墙;在工作面进回风侧隅角处构筑, 墙体厚度1.5 ~ 3m, 四周与顺槽顶、帮和冒落矸石结实;必要时在墙体上喷涂高分子膨胀材料, 以增强降低面后漏风的效果。

2.5 悬挂挡风帘技术

工作面进回风隅角悬挂挡风帘, 以减少向采空区漏风。挡风帘用旧风筒布或塑料布制作, 将进回风隅角及附近三组支架处挡严, 进回风隅角处挡风帘不再回收, 以减少采空区漏风。

2.6 风量调节技术

(1) 保证工作面上下顺槽有效的通风断面, 合理降低3226 综采工作面风量, 工作面进回风两端的压差不宜过大, 以减少采空区漏风。通防区安排测风员每三天对工作面测风一次, 风量及时调节, 控制在设计风量的105% 以内。

(2) 在3226 皮带顺槽 (回风巷) 设置调节风门, 调节风门墙设置在围岩坚固、地压稳定的位置, 避免引起附近煤柱裂隙漏风量的增大, 并起到增加压力, 减少采空区漏风的作用。

(3) 加强3226 皮带顺槽调节风门的检查、维修管理, 确保系统合理、稳定、安全、可靠。

3 效果验证

11月7日至11月25日3226综采工作面断层带最大、推采速度最慢, 也正是3226 综采工作面回风隅角CO浓度最高时段, 并且11 月10 日至11 月16 日, 由于现场条件影响3226 综采工作面回风隅角未及时施工挡风墙, 回风隅角CO浓度逐渐升高, 最高达到35ppm, 而在11 月21 日至11 月23 日, 由于工作面局部低洼, 临时停止3226 综采工作面面后注浆, 造成回风隅角CO浓度升高达到37ppm。这些都表明, 综采工作面过断层如果不高度重视, 防灭火措施采取不利, 极有可能发生自然发火。

4 结语

由于技术人员高度重视, 通防专业研究制定的措施得力, 实施单位落实措施有力, 现场采取了行之有效的防止自然发火技术, 得以杜绝了3226 综采工作面自然发火事故的发生。

摘要：针对中厚煤层综采工作面过大断层时, 为防止煤尘自燃, 研究实施了系列防火技术, 实现了安全生产。