煤矿绿色开采课程论文-易燃综放工作面俯采过大断层期间_防灭火技术研究

成 绩 中 国 矿 业 大 学2010 级本科课程考试论文考试科目 煤矿绿色开采技术 考试时间 2013年10月 学生姓名 学 号 所在院系 采矿工程 任课教师 许家林 易燃综放工作面俯采过大断层期间防灭火技术研究摘要：基于综放面俯采过大断层防火研究的不足，本文首先分析了易燃综放面俯采过大断层防灭火研究的必要性；紧接着对综放面、大断层和俯采防火难题分别进行了分析，并首次提出了由于俯采过大断层造成采空区“散热带”中出现 “自燃带”；在此基础上，提出了一套适合易燃综放面俯采过大断层的综合防灭火技术。关键词：综放工作面；大断层；俯斜开采；冒落带；综合防灭火技术矿井火灾是煤矿井下重大灾害之一。我国煤矿自燃发火严重，我国国有重点煤矿中有56以上的矿井都存在着自然发火危险，由煤层自燃引起的火灾占矿井火灾总数的90以上胡社荣，蒋大成，李泽光等.煤田煤矿区火灾与环境效应及其防治对策J.地质灾害与环境保护.2001，12（1）：21-23.。而随着综采放顶煤技术的推广，带来综放开采的端头支架处顶煤放出率低(有的不放)，冒落高度大、采空区遗留残煤多，造成采空区大连通、漏风通道复杂等因素，使得自然发火更为严重。而地质构造、巷道布置、瓦斯消突等因素俞启香.矿井瓦斯防治M.徐州:中国矿业大学出版社,1992年03月.,杨绪金，贾进章大倾角俯采综放面防止煤炭自燃技术应用J. 辽宁工程技术大学学报2003（08）:465-466.,徐精彩，文虎. 综放面巷道煤层自燃危险区域判定方法J.北京科技大学学报.2003，25（01）：9-11.的限制，一些综放工作面在过大断层期间必须以俯采方式通过。综放工作面在过大断层期间，推进速度很慢，采空区浮煤在“自燃带”滞留时间长，遗煤自燃升温发火危险性极大。而俯采过断层，又加大了防火难度5。因为俯采期间，自燃风压会加大采空区漏风量，而注浆注水灭火技术也无法应用，一旦采空区着火火风压会引起火区向采空区深部蔓延，灭火难度大。因此，易燃综放面过大断层俯采期间的防火技术研究是十分必要的。1. 发火危险性分析由于综放面俯采过大断层防火问题是综放面、过断层和俯采三方面造成发火危险性的综合，需要分别对其所带来的发火危险性进行分析。1.1综放面发火危险性分析根据综放开采技术的特点，查阅综放面开采和防火方面资料，发现综放面煤层自燃有如下规律:1） 工作面开切眼和停采线发火严重综放工作面的开切眼断面大，受矿山压力作用易压裂破碎，形成松散煤体；并且易于其它采空区沟通，存在漏风供氧；综放设备安装时，供风量小，风流温度较高;安装时间较长，初期慢，开切眼松散煤炭氧化升温时间长，煤体温度较高。停采前2030m左右，工作面不采用放顶煤，采空区遗煤较厚;停采后不能及时撤面、封闭，而导致自燃危险性增加。因此，开切眼、停采线附近采空区易发生自燃火灾。2） 工作面上下风巷自燃发火严重由于工作面上下风巷沿底板施工，煤层厚，易压疏，顶板煤质松软;矿山压力作用下，松散煤炭冒落，出现顶板高冒区；在高冒区裂隙带，煤炭松散破碎，氧气充足，风流速度小，形成很好的氧化自热条件，发火严重。另一方面，与相邻巷道易沟通形成漏风而引起巷道周边煤炭自燃发火。3）采空区“三带”动态移动采空区存在“散热带”、“氧化自燃升温带”和“窒熄带”三带戴广龙.复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采综合防灭火技术研究中国安全科学学报2004.7(2).6王德明.矿井通风与安全 中国矿业大学出版社7许家林.煤矿绿色开采技术 中国矿业大学出版社，三带范围受综放面回采率、供风量和推进速度综合动态影响;随着工作面不断推进，采空区三带范围也动态移动，一旦工作面因故推进速度减慢或停止推进，采空区浮煤极易自燃。1.2过大断层期间发火分析 1）工作面推进速度慢工作面过断层时，对于落差小的断层，倾斜割矸石较少，比较容易通过，不会对正常回采带来很大麻烦。而对于大落差的断层（如图1），落差是采高的几倍，工作面从下盘向上盘开采，下盘顶板脱离岩体，几乎有支架完全支撑，顶板压力大，为了保障回采期间顶板支撑安全，防治冒顶事故发生，需要加强顶板管理和控制，而影响工作面的推进速度；另一方面，岩石硬度相对较大，综采方式无法实施，需要采用炮采的方式过断层，推进速度明显下降。此外，过断层时，俯斜过断层，地址条件复杂，灾害种类多，治理难度大，也会影响工作面推进速度。图1正断层俯斜开采示意图2）采空区“自燃带”移动速度慢工作面通过大的断层，由于落差是采高的几倍。如图1，工作面回采要从下盘煤层底板过渡到上盘煤层顶板，倾斜采出几倍采高的岩石；俯采倾角加大了工作面过断层的距离，同时加上过断层的俯采，造成漏风量更大，自燃带范围加宽。采空区自燃带的移动速度很大程度上决定了煤自燃发火的危险程度，采空区自燃带的部分区域在煤自燃最短发火期内没能移出自燃带的情况下，发火危险性极大。3）“散热带”内的“自燃带”由于俯采过断层，顶板垮落后上面未采煤体会留在采空区“冒落带”3的不同位置。但过大断层不同，遗留煤体在采空区的位置发生了改变，垮落堆积的煤体实际在“冒落带”上部甚至“裂隙带”，这部分煤体超过了氧化极限堆积高度，风速较小，具有很好的热量集聚自燃条件，发火危险性大可能也归于 “自燃带”。“冒落带”岩石采空区遗煤图2过断层后采空区“冒落带”示意图1.3俯采发火危险性分析1）采空区漏风量大，发火危险性高由于其回采方向是由高处向低处推采，采空区位于工作面上部。在回采过程中，进入采空区的漏风风流在进风巷风流速压、自燃风压的作用下，空气进入采空区的深度较仰采面要大，且俯采工作面的采空区不宜积水，空气干燥，使采空区内的丢煤容易进行氧化反应。2）采空区丢煤自燃积聚热量条件好俯采工作面采空区内的丢煤在氧化过程中生成的热量在其热膨胀和上升力的作用下，易于积存在采空区，为煤炭自燃创造了条件。3）采空区灌浆措施不易实施在进行采空区灌浆时，其灌浆量超过采空区承受能力，就会发生泥浆淹面事故。并且，由于注浆易形成“拉沟”的缺点，即使进行采空区灌浆，其泥浆只覆盖采空区底板小范围的丢煤，采空区大量的顶板落煤得不到泥浆覆盖。4）采空区火源点位置较深，不易治理采空区一旦发生火灾，火风压方向与风流方向一致，火源向采空区深部蔓延，工作面一旦出现冒烟现象，火区面积已经足够大，难以治理。2. 综合防灭火技术研究通过研究上述俯采过大断层发火的特点，借助现有各项防火技术的优势，提出了适合自燃综放面俯采过大断层期间的综合防火技术。该项技术利用了新型灭火材料三相泡沫的高发泡倍数和良好的堆积性及凝胶的堵漏、固水作用，发挥了氮气的扩散和窒息特性，还通过阻化剂对危险区域进行了重点处理。1） 煤自燃预测预报束管管线从工作面上顺槽敷设至工作面应用地点，日常回采过程中，在工作面可布置2个采样监测点，其中一个采样点位于采空区内：即通过工作面上隅角向采空区深部布置了一趟束管，由于未设保护套管，因此束管维护距离较短，一般最远仅达采空区深部2030m范围内。另一个束管采样点布置在工作面回风巷的超前支护段内，该采样点挂设在煤壁上，随着工作面的回采而不断的后撤，随时监测回风巷内气体的变化，如图3所示。图3工作面束管及探头布置示意图2）进风巷埋管注氮措施氮气具有良好的扩散性，进风巷注入采空区的氮气，逆着煤层底板倾斜方向流向上隅角，对采空区隔氧；氮气比空气轻，不会因为俯采而引起氮气流回工作面影响工作面的安全。另一方面，在上下隅角堵风效果好的条件下，进风巷大流量注氮气还能起到一定的增压作用，提高采空区压力，减少了工作面与采空区之间压差，减少漏风。3）回风巷埋管大容量注三相泡沫三相泡沫发泡倍数高，产生速度快，持续大流量的灌注三相泡沫8小时左右，可以产生泡沫300m3，在泡沫未破裂期间起到了很好的堵漏和充填作用；三相泡沫灌注期间要保持一定的干度和持续性，连续的灌注时间，使泡沫破裂后迅速补充，后面的泡沫推挤着前面产生的泡沫流动、堆积，使得发挥泡沫良好性能，更大地充填竖向和横向空间，有助于控制“冒落带”上部遗煤自燃。俯采过程中，低水分的泡沫不会对工作面回采环境的造成太大影响。气相介质为窒息性很好的氮气，本身也是良好的灭火材料，随之泡沫的逐渐破坏，包裹在泡沫里的氮气缓慢释放，引起回风侧采空区压力增大，降低采空区内氧气含量，减少热量集聚。图4预埋管注三相泡沫示意图1-进风巷；2-回风巷；3-输浆管路5）加强进风巷堵风措施在预防采空区自燃中，有效堵风能够很大程度上减少自燃范围，缩小自燃发火危险性；尤其是顶板较稳定的砂岩和石灰岩3，直接顶垮落后，采空区漏风比较严重，没法做到有效充填；而砂岩的周期来压步距要达到20多米，过断层期间，老顶没有垮落，直接顶的松散大块岩体空隙率大，漏风量大。必须采取有效的堵漏措施，减少危险区域范围。凝胶堵漏材料需要一定的胶凝时间，直接注入会沿着倾斜方向流向工作面。进风巷构筑沙袋墙是理想的堵漏方式，每隔5米在进风巷打一道沙袋墙，沙袋墙间注入凝胶，凝胶材料能够有效充填沙袋墙间的裂隙，漏风量可以得到很大的控制。在挡风墙外部设置挡风帘，挡风墙和挡风帘的施工方式如图5所示，这种方式施工的袋子墙具有更好的堵漏效果。同时还要加强监督管理，每班规定专人对挡风墙的质量和挡风帘的悬挂位置进行视察，如出现挡风墙上部不接顶等漏风现象立即组织人员堵漏。图5袋子墙和挡风帘施工方式示意图（沿工作面走向垂直剖面）4结语（1）自燃综放面俯采过大断层期间发火危险性高，治理难度大。综放面俯采过断层防火问题是过大断层和俯采带来的防火问题的总和。工作面过大断层期间，工作面推进速度变慢，采空区部分遗煤在“自燃带”滞留时间过长；工作面俯采，会造成采空区漏风量增加，“自燃带”范围变宽，而受俯采限制常