易燃厚煤层综放工作面综合防灭火技术实践.doc

易燃厚煤层综放工作面综合防灭火技术实践梁宝寺能源有限责任公司 宁洪进 摘要：本文针对易自燃厚煤层综放工作面自燃发火的特点，提出了预防性防灭火注浆、随采随注、喷洒阻化剂、建筑防火隔离墙等措施，有效地预防了综放工作面自然发火，为易燃厚煤层综放面的防灭火提供了切实可行的技术经验。关键词：综放工作面；防灭火；技术实践煤层火灾是矿井主要灾害之一，每一次火灾的发生，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烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。重大恶性火灾事故造成政治、经济以及资源上的损失往往是难以估量的。因此，对于开采易自燃厚煤层的矿井，采取有效的综合防灭火措施，防止采煤工作面自然发火，是矿井安全生产工作的重中之重。1 矿井概况梁宝寺煤矿位于山东省西南部，东南距嘉祥县城约20km。井田东西宽约9km，南北长约11km，面积约95.27 km2。井田主要含煤地层是下二迭统山西组和上石炭统太原组，平均地层总厚264.40m。共含煤27层，其中山西组含煤3层为本井田主采煤层，煤厚平均5.7m，局部为7.6m 甚至9.0m。矿井通风方式为中央并列抽出式通风，两台主扇型号为BDK-8-24A型，配备2台YBF型电机，功率2250KW。根据中国煤科总院抚顺分院煤自燃倾向性鉴定报告，3煤层属于一类易自燃煤层。煤层自然发火期36个月，最短自燃发火期为22天。梁宝寺煤矿为新建矿井，3107综放面为该矿第一个综放面。自矿井投产以来，矿井就面临严峻的防治自燃发火形势，井下出现了多处高温点。例如，3111轨道顺槽掘进期间发生冒顶区，30天后该处顶板出现高温点，温度达到60；3107综放工作面在开始回采12天后，采空区CO气体就达到38ppm，工作面回风隅角风流中CO气体在20ppm左右。2综放开采防灭火技术的难点与对策 2.1 综放开采防灭火技术的难点由于综放开采顺槽沿底板一次掘出，服务时间长，顺槽顶煤较厚，且过旧巷或断层时，煤体较破碎、易于离层、压裂冒落，使得巷道煤体自燃危险性增加。综放防灭火技术难点主要表现在以下几个方面：煤层最短自然发火期缩短，梁宝寺煤矿由分层开采的36个月缩短到22d；综放开采的丢煤相对集中，特别是工作面采空区周边丢煤增加；实施放顶煤开采，顶板冒落面积加大，采空区漏风强度进一步增大；综放面两巷沿煤层底板掘进，巷道顶煤易破碎甚至冒顶，极易自燃，且常规的防灭火手段难以奏效；高度集中生产，对矿井防灭火工作的安全可靠性要求越来越高。 2.2 综放开采防灭火技术对策针对上述难点及自然发火特点，梁宝寺煤矿从实际出发，以开发应用防灭火新材料、新工艺、新技术为核心，研究成功了综放面采空区、综放面顺槽两重要区域的煤层自然发火防治技术，成功地解决了综放开采的防灭火技术难题，保证了综放工作面的安全掘进回采，杜绝了煤层自然发火事故。表2-1是梁宝寺煤矿厚煤层综放开采防灭火的技术对策。3综放工作面防灭火技术3.1预防性灌浆防灭火技术注浆不仅可以密实采空区减少采空区的供氧量，降低采空区温度，用于防火，而且还可用大范围火区的灭火，是一种标本兼治的防灭火手段。注浆技术的关键在于选择合理的注浆参数，梁宝寺煤矿自投产以来，坚持随采随注、采后“两道一线”注浆、局部地点加强注浆等取得了较好的防火效果。1）水土比根据梁宝寺煤矿的实际，水土比在2：14：1之间，视注浆的地点而定；采空区灌浆量可按覆盖采空区2cm厚的黄土为好。2）注浆方式采用随采随灌和采后灌浆两种方式。随采随灌：在工作面推进的同时，对采空区进行灌浆。注浆管路敷设于工作面两巷标高较高的一巷道，浆液靠自重向下部采空区流动，灌浆管路应埋入采空区15-20m左右后开始注浆，防止浆液窜面，每日轮流灌注浆体。采后灌浆：工作面采完封闭后的灌浆，在停采线上部密闭墙上部插管灌浆，直至灌满为止。3）注浆用土量计算随采随注的工作面，日灌浆所需土量用下式计算： Qt=KmlHC式中： Qt日灌浆所需土量，m3/d； m煤层采高，m；工作面日推进度，m/d； H灌浆区倾斜长度，m；C采煤回采率，%； K灌浆系数，根据矿区实际情况，一般取0.0140.03；4）灌浆工艺的选择常用的灌浆类别有：灌注黄土浆液、“灌注黄土浆液+阻化剂”、“灌注高浓度黄土稠化胶体浆液”、复合胶体泥浆等。 正常情况下，采用“高浓度黄土阻化剂” 注浆工艺随采随注；当工作面采空区出现发火征兆时，采用“复合胶体泥浆”注浆工艺，复合胶体泥浆由黄土、水、悬浮剂、胶凝剂组成。在地面灌浆池内的黄土浆液中按比例加入悬浮剂，搅拌均匀后，即可形成稠化胶体，通过灌浆管路系统输送至井下。3.2阻化剂防灭火技术阻化剂是有一些无机盐类化合物组成，如氯化钙（CaCl2.6H2O)、氯化镁（MgCl2.6 H2O）、氯化铵（NH4Cl）等溶液喷洒在煤块上，具有阻止氧化，防止自燃的作用，故称阻化剂，在煤矿中利用喷洒和压注阻化剂可以有效的防止煤层自然防火。1）阻化剂的选择及其技术参数。根据矿井实际状况，选用MgCl2作为阻化剂，既能取得较好效果又方便取得。阻化剂药液浓度最好控制在1820%之间。2）喷洒地点和时间。喷洒地点：工作面上下两巷两帮、两端支架后方浮煤处、面后采空区支架空隙处。喷洒时间：工作面每次移架后。梁宝寺煤矿在3115、3111、3107等工作面回采过程中，坚持喷洒阻化剂措施，有效的降低了煤层的氧化速度，杜绝了工作面自然发火事故的发生。3.3 隔离墙防灭火技术建筑防火隔离墙就是在工作面两巷采空区后侧，用沙土或黄土装袋堆砌而成的隔离墙。其作用是减少两巷采空区漏风，减少氧化带和漏风带，增加窒息带的长度，最终目的是尽最大可能减少采空区浮煤的氧化带长度，减少采空区浮煤自然发火事故。距离工作面多长时间建筑防火隔离墙是防火墙起作用的关键。根据梁宝寺煤矿建立防火隔离墙测定工作面采空区和回风隅角的CO气体浓度来看见表（3-1），防火隔离墙的最佳位置应是10米一道，由于工作面推进速度较快，一天推进速度近9米，故一天建一道防火隔离墙工作量较大，而且建墙材料运输较为困难，取20米建一道防火隔离墙比较符合实际，而且采空区和回风隅角一氧化碳、瓦斯浓度均不超限。建筑防火隔离墙的厚度控制在1.53米之间。两帮分别与采空区和煤帮靠紧，真正起到堵漏作用。3.4工作面放矸石带防灭火技术在工作面推进期间，每推进30米沿面放一条宽度为58米的矸石带，矸石带起到如下作用：1）减少采空区遗煤；2）起到采空区隔离墙作用，减少采空区漏风；3）缩短采空区氧化带长度，加快进入窒息带时间；4）减少采空区空间，有效降低回风隅角有害气体涌出量。3.5停采线打钻孔预注浆技术工作面采空区注浆是工作面安全撤出的最重要措施，实施工作面采空区防灭火钻孔是采空区注浆的关键。在工作面临近停采线50米时，沿工作面轨道顺槽联络巷底板以上1.2米处施工五个钻孔。钻孔按扇形布置，每个钻孔控制架后510米的范围，垂高控制在距架顶35米左右。根据现场制定严密可行的钻孔参数，钻孔施工完毕后，立即通过钻孔对采空区注破碎煤体堵漏剂，防止采空区在回撤期间自燃。3.6人机结合自然发火预报技术采用KSS-200束管监测系统和KJ95安全监测监控系统相结合，在工作面回风流分别布置三个传感器，分别是甲烷传感器、温度传感器、一氧化碳传感器，对工作面回风流中的瓦斯、温度、一氧化碳分别进行24小时连续监测。在工作面回风隅角按设束管采样器，距离工作面采空区30米范围内埋设一路束管采样器，随着工作面的推进而随着敷设。在工作面回风隅角敷设一个束管采样器，对工作面回风隅角进行采样分析，每天进行一次抽样分析，及时了解掌握工作面采空区和回风隅角气体涌出情况，根据分析的结果及时采取针对有效的措施。瓦斯检查员每班对采煤工作面上下隅角风流、切顶线附近风流、采煤工作面风流、采煤工作面回风流中瓦斯、二氧化碳、一氧化碳、温度至少检查两次，发现异常及时汇报矿调度室、通防科，矿通防科立即派人下井，进行分析处理。3.7均压通风防灭火技术矿井通风系统的安全可靠、稳定合理是矿井防火工作的关键。影响矿井通风系统稳定的关键是通风设施设置的及时与合理。工作面回采结束后，及时调整通风系统，构建通风设施，形成均压通风，减少采空区漏风，防止采空区遗煤自燃。梁宝寺煤矿根据矿井实际情况，加大投入，引进高科技技术，把所有的风门均换为无压高分子风门，并按设自动控制装置。井下所有的风门均实现可视化、自动化、闭锁化。确保了矿井通风系统的安全可靠、稳定合理。3.8注氮防灭火技术氮气是一种化学性质稳定、在常温常压条件下难与其它物质发生化学反应的气体，是良好的惰性气体。随着空气中氮含量的增加，氧含量必然降低。因此，当氧含量降低到510%时，可抑制煤炭的氧化自燃，氧含量降至3%以下时，可完全抑制煤炭等可燃物隐燃和复燃。基于上述防火机理，购置了制氮机系统，向综放面采空区注入氮气，并使它渗入到采空区冒落区和裂隙带，形成氮气惰化带，可达到抑制采空区