双顶煤矿煤层自然发火事故的预防与处理

双顶煤矿煤层自然发火事故的预防双顶煤矿煤层自然发火事故的预防 与处理与处理 双顶山矿业矿业股份有限公司是由原长春市属地方国有双 顶煤矿经股份制改造而来的 该矿是自然发火较严重的矿井 自 1990 年建矿以来 自然发火事故频繁 1990 1999 年累计发生 自然发火事故 48 起 造成损失煤量近 100 万 t 严重影响正 常的安全生产 给企业带来了巨大的经济损失 也使该矿井正 常的生产经营难以维持 1999 年以来该矿通过认真总结和吸取 历次矿井自然发火的经验教训 理论联系实际因地制宜摸索出 一套简单易行的处理回采工作面自然发火和矿井局部火灾的方 法 成功地抑制了采空区和巷道局部自然发火 取得了良好的 经济和社会效益 6a 来该矿没有因火灾而影响安全生产的事故 安全生产形势每年都有 1 个稳步提高 1 矿井概况矿井概况 双顶煤矿采用片盘斜井开拓 采用两主一副中央并列式抽 出通风 矿井总回风量 2 400 m3 min 属高瓦斯矿井 设计产 量 30 万 t 现投产 1 个采区 年产量 30 万 t 所采煤层为中生 代下统营城组 煤种属长烟煤 煤层属单一煤层 煤层厚度 5 一 15 m 煤层倾角 400 60 左右 工作面采用水平分层单体 ii 钢放顶煤壁式采煤法 采 2m 放 13 m 煤层极易自然 自然发 火期为 1 v2 个月 最短为 15 d 煤层爆炸指数为 46 2 易自然发火地点易自然发火地点 1 回采工作面采空区 由于工作面两端压差造成工作面采 空区的漏风 厚煤层回采空区遗煤多 受多种因素的制约 有 时推进度缓慢 造成采空区 上下两道浮煤氧化自然 由于煤层 倾角较大 煤层易破碎 造成开采中上部采空区中灼热的遗煤 进人新采空区迅速氧化而引起自燃 2 巷内部局部高冒和独头巷道 回采工作面上下顺槽在掘 进过程中 遇煤质疏松 地质构造带挤压 地应力增大等有局 部冒顶现象 但在处理冒顶时未及时采取有效充填和封堵措施 在空气扩散作用下微风串人 其浮煤体长期与氧气接触产生的 热量不易扩散 导致局部升温发火 独头巷道扩散通风氧化温 度不易扩散 积存浮煤缓慢氧化导致自燃 3 闭区正压密闭前自然发火 煤巷密闭由于封闭不严 掏 槽深度不够 造成密闭四周漏风及煤层裂隙发育造成漏风等原 因 导致正压密闭上 下部浮煤氧化或闭区浮煤自燃 4 巷道交叉点 巷道交叉点由于地压力大影响 煤巷四周 松动圈范围扩大 裂隙增多由负压作用造成裂隙漏风浮煤氧化 自燃 3 自然发火的预防和处理自然发火的预防和处理 3 1 采空区及闭间灌浆堵漏防灭火 1 灌浆防灭火是该矿经常使用的防灭火手段 它具有成本 低 操作简单 效果显著的特点 通常采用采区上水平设简易 搅拌灌浆站利用静压或注浆泵 通过管路辅到采区上下两道 对工作面开切眼 停采线进行预防性注浆防止自然发火 2 区段结束后对空区及时密闭 一般采用双道密闭 根据 煤壁四周裂隙发育情况确定密闭间距为 1 5 m 对密闭中间进行注浆以减少或杜绝漏风 防止自然 发火 3 2 注胶防灭火 1 对高冒难以处理的煤巷巷道 根据服务时间长短分别采 用砌筑料石 砖 木板防火暄的方式对暄后冒区进行注浆或注 胶体充填防止暄内浮煤氧化 2 对于采区上下顺槽煤巷的局部高冒已造成局部高温采取 错施 一是打钻注水注浆来降温灭火 二是采取注凝胶来防灭火 凝胶采用碳酸氢按和水玻璃溶 液混合后生成 用注胶泵或泥浆泵将凝胶注人浮煤后一是吸收 热量 降低煤体的温度 另一方面堵塞煤体间隙 覆盖在煤层上 面 阻止空气的流动 使之不再氧化达到防灭火的目的 凝胶 的配置根据成胶质量及反应时间确定 2 种溶液的浓度 现场易 掌握 结合实际选择如表适宜的凝胶配方 该方法操作简便 灵活机动 可同时起到防火和降温的作用 同传统的注浆防火 措施比 具有水分流失慢 一旦流失可定期补充的特点 预防 周期延长 几年来应用效果非常显著 3 3 均压防灭火 均压防灭火是双顶煤矿采用的主要的方灭火手段 主要有 开区均压 闭区均压和联合均压 1 开区均压防火 由于采区推进速度慢等等原因 使遗留 在采空区自然带的浮煤随着时间的增长充分氧化生热 导致自 燃 在这种情况下 必须提前采取措施 该矿是在回风道 co 见量时 一般以达到 0 002 为界线 超过界线采取开区均压的 方式进行预防自然发火 即在工作面上回风道设置调节风压设 施 使风流受阻 增加工作面回风侧及上隅角风压 减少工作 面人排风道间通风压差 漏风带缩短 随之而来的是采空区内 原有的自燃带宽度变小 窒息带前移 已发展起来的自然现象 也会得到抑制 几年来的实践效果非常明显 可以有效延长自 然发火期 提高了煤炭的回采率 2 闭区均压防灭火 在回采过程中 由于煤层倾角变大 造成回风道以上阶段煤柱受到破坏 上部采空区内已氧化的浮 煤灌人新采空区内继续氧化 往往造成采空区火灾 回风道 co 浓度迅速增长 此时要在采空区上下巷分别建立 2 道密闭墙 进行隔绝灭火 控制火情 由于采区巷道压力较大 很难闭严 往往封闭后回风道 co 浓度仍较高 此时根据具体条件在上巷 或下巷利用 2 0 kw 局部通风机进行闭区均压 降低两侧密闭压 差 减少密闭漏风 防止火灾气体危胁回风巷内人员安全 空 区内漏风减少 火灾很快熄灭 3 连通管均压 即把采区的正负压密闭外建均压室 利用 连通管相连或与正负压相连使正负压密闭前压力相等等达到减 少漏风的目的 2001 年 2 月该矿一井采区发生采空区自然火灾 此时距停采线 30 m 回风流中 co 浓度达到 0 05 强行封闭几 天后 由于密闭前后围岩裂隙甚多 造成漏风后引起采空区瓦 斯空爆 几次闭间灌浆也效果甚微 后采取往采空区注水方式 水迅速淹没了人风侧密闭 空爆才得到了抑制 由于注进去的 水再漏出来 增大了排水难度 于是维持几天后 在采空区上 部 中部密闭前设调压室 利用 150 m 可塑性 385 风筒与外部 上山相连 使回风侧密闭前压力与人风侧闭前压力基本均衡 经 u 型压差计实测压差 10 pa 水柱 均压前压差为 80 pa 水柱 漏风大大减少 回风侧 co 碳浓度也迅速稳定下降 火区熄灭了 实现了对下段煤炭进行了成功回采 3 4 风机 风门调节风门联合均压 该矿一井 2004 年将原来的非正规采法改为水平分层单体 二钢放顶煤壁式采煤法后 工作面长度为 15 一 20 m 采 2m 放 13 m 工作面风量 230 一 250 衬 min 工作面产量增加 回 采率提高 工作面推进度降低 28 m 开采 1 个月后 回风顺槽 co 浓度为 0 006 上隅角 co 浓度为 0 06 在采取开区均压 效果不大的情况下决定采用正压开采 即在人风顺槽设 2 道相 距 5m 的风门 风门外设 7 5 kw 对旋局部通风机 用直径 0485 mm 风筒供风 在回风顺槽出口处设置 2 道调节风门 风 门上设置调节风窗 在风门外设置水柱计测试风门内外压差 使工作面在接近正压下回采 采取措施之后 工作面的有效风 量为 210 230 m3 工作面的风压通过改变风门上风窗面积大 小来调节 其风压的大小直接关系到工作面防火和释放瓦斯效 果 如果风压过大虽然能把瓦斯压人采空区深部 但将使采空 区漏风加大 氧化带变宽 如果风压过小 则不能把瓦斯压人采 空区工作面瓦斯超限达不到正压通风的目的 经反复考察实测 调节风门前后压差在 40 50 pa 时 上隅角 回风道 co 逐渐下 降 通过一个圆班的回采 co 浓度迅速下降到 0 002 4 以下 经过 4 个月的回采 回风侧 co 浓度基本消失 只有上隅角 co 浓度在 0 003 0 006 之间 效果非常显著 工作面月推进度 仅为 30 40 m 当采下分层时同样采取正压通风的方式收到明显 的效果 一年多来的回采 采空区没有出现自然发火现象 保 证了工作面的正常回采 以科学理论为依据 再以实践为