极软易燃特厚煤层综放收作面防治自燃技术

来源:用户上传      作者: 祝明亮

　　摘要 为了解决朱仙庄煤矿主采煤层8煤层综放面收作期间自然发火防治问题，通过对8煤特性和自燃的研究，结合现场长期探索实践，总结出了一套以设计为前提，以技术措施为关键，以组织管理为保证的防治自然发火技术。成功收作了8个综放工作面，确保了矿井安全生产，社会经济效益显著。
　　关键词 极软易燃特厚煤层；自燃氧化过程；收作防火技术
　　中图分类号TE3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0160-03
　　淮北矿区朱仙庄煤矿主采煤层8煤，普氏硬度系数f=0.2～0.5，极软；煤层具有自燃倾向性，自然发火期为1～2个月，最短为21d，极容易自燃；8煤位于二叠系下统石盒组下部，煤厚7～13m，平均厚度9.98m，为特厚煤层。目前矿井采用综放工艺开采该煤层，单面生产能力很大，对高产高效起到了至关重要的作用，但由于煤层极软易燃特厚的特性，对综放面的防火特别是收作期间的防治自然发火工作提出了更高的要求。为此开展了该条件下的综放面收作期间的防治自燃技术研究，取得了很好的效果。
　　1 概况
　　1.1 矿井概况
　　朱仙庄煤矿位于安徽省宿州市东12km处，属淮北矿区宿东煤田。矿井于1983年4月25日投产，设计生产能力为120万吨/年，后经改扩建，2010年核定生产能力为245万吨/年。煤层具有自燃倾向性，自然发火期为1～2个月，属易自然发火矿井。自投产以来，共发生煤层自然发火19次，其中采空区着火12次，其它着火7次，采空区着火占着火总数63.2%。
　　1.2 综放面概况
　　2 8煤层自然发火分析
　　2.1 煤炭自燃过程
　　煤炭自燃是煤自身氧化的过程，是多种因素共同作用的结果。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、自燃和窒息四个阶段。
　　2.2 煤炭自然条件
　　煤炭自燃必须具备下列条件：煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积；有适量的通风供氧；有较好的蓄热条件；上述三个条件共存的时间大于本煤层的自然发火期。
　　2.3 矿井8煤综放面收作期间煤层自燃原因分析
　　矿井综放工艺的推广给工作面收作期间的防火工作带来了诸多不利因素。综放工作面采空区遗煤量增大；工作面采高成倍增加，顶板垮落程度加大，采空区漏风通道增多；架尾放煤时，向采空区漏风大；生产循环时间长，进尺少，工作面推进速度慢；工作面临近停采线时，为出架方便而不放顶煤，使煤体长期暴露；工作面设备多，停采回收设备时间长等。[2]以上因素均给综放工作面收作期间防灭火工作带来巨大压力。
　　3 综放面收作期间防灭火技术
　　3.1 防火设计
　　综放工作面回采前，编制专项防火设计报批，提前规划好回采期间的防治煤层自然发火工作。工作面收作前，依照工作面防火设计并结合现场情况编制防火技术措施，矿会审，公司审批。
　　3.2 防灭火技术
　　3.2.1预测预报
　　1）综放工作面回采前，在上隅角及回风流均安装温度和一氧化碳传感器各1台，实时监测工作面温度、CO浓度变化情况；
　　2）工作面安设专职测气员，班中对工作面上隅角、束管、架尾、架间、回风流等随时进行检查；利用监控系统对工作面CO、温度变化情况实时监控并统计分析；
　　3）在工作面停采前20m和10m处分别在工作面最后一架尾及老塘角埋设测温探头和取样束管，探头和束管进行挂牌管理。束管外端安设在收作线以外，以便测气员随时通过束管对采空区温度和气体情况进行监测，同时每天进行取样化验分析。
　　3.2.2 减少采空区遗煤
　　综放工作面推进至停采线50m的最后范围，生产单位加强放煤管理，减少采空区丢煤，特别是在工作面铺网前20m更要加大放煤力度，最大限度地提高煤炭回收率。
　　3.2.3 防火隔离垛
　　工作面上下隅角是采空区漏风的主要通道，采用袋装碎煤添装快速垒砌材料封堵漏风通道，从而减少对采空区漏风供氧，减缓采空区遗煤的氧化速度，以达到防灭火的目的。
　　在工作面机风巷距停采线60m～80m范围开始，加强工作面上、下隅角的充填堵漏，即采用袋装碎煤添装快砌材料以每间隔10m施工一道隔离垛墙，对上、下隅角进行封堵，垛墙厚度为2m以上。封堵范围：下隅角由机巷下帮至第1架架尾，上隅角由风巷上帮至最后一架架尾。
　　3.2.4 注氮防灭火
　　利用气体的扩散性，向采空区注入氮气，减少采空区氧含量，使煤的氧化自燃速度减慢，直至其氧化过程终止，最终达到防治煤炭自燃目的 [3] 。正常在工作面停采前60m左右开始，从工作面下隅角预埋一趟2吋注氮管路，之后每隔15m预埋一趟。预埋注氮管时，从架尾向工作面上方延伸4m左右，预埋管最里端的1米用花管并用钢丝网缠绕保护，以利于氮气的溢出及扩散。
　　3.2.5 灌浆（三相泡沫）防灭火
　　在风巷离停采线60米开始加强灌浆管理，保留原交替埋设的2趟灌浆管对上隅角采空区灌浆外，每推进15m～20m距离再加埋一趟灌浆管路，并利用所埋灌浆管路对停采线后部采空区和上隅角进行灌浆或灌注三相泡沫，消除采空区浮煤的蓄热环境[4]。
　　预埋风巷灌浆管路时，采用向工作面内部延伸的方式，即经上隅角沿老塘链板机外侧向下延接，延伸深度60m左右，使工作面中下部达到更好的灌浆效果。工作面停采后，可采用全方位灌浆措施，如利用已停抽的上隅角抽排管、高位钻场钻孔等向工作面采空区进行灌浆。
　　3.2.6 防火钻孔
　　1）固定防火钻孔
　　2）临时防火钻孔
　　根据收作工作现场防火情况，可以随时对架间施工钻孔进行注浆，在工作面支架的间隙，施工防火钻孔，钻孔打到柱顶梁上部及支架后浮煤，并在工作面内布置一趟高压软管，高压软管与风巷灌浆管相连，并每隔一段距离安设一个三通阀门，通过多孔压注方式压注浆液或三相泡沫，消除局部煤层自然发火隐患。 　　3.2.7工作面注胶
　　为确保工作面上下隅角更好封堵，采用工作面局部打撞管注胶措施。注胶材料为：水玻璃和高分子促凝剂。采用QZB-50/60型气动双液注浆泵，利用井下压风作为动力，将两种溶液压入混合器，通过导管进入煤体。当工作面局部情况紧急时，也可直接注水。该方法灵活、方便，是处理局部自然发火隐患的重要措施。
　　3.2.8 调整工作面风量
　　建立健全工作面的通风系统，加强两巷的维护，降低通风阻力，当工作面推进至停采线10m左右时，在确保满足风排瓦斯、机电设备散热的前提下适当降低工作面配风量，由1200m3/min降至600m3/min左右，以减少采空区漏风。
　　3.2.9采后集中灌浆
　　工作面封闭时，在风巷封闭墙体预留灌浆管。工作面封闭完成后，立即对工作面进行集中灌浆，封堵收作线漏风通道，防止停采线遗煤自燃。
　　3.3 组织管理措施
　　成立以总工程师为组长的工作面收作管理小组，统一协调监督工作面收作期间各项防火措施落实。根据工作面防火措施内容，编制工作面防火措施责任分工表，明确工作面进入防火收作期后每一项措施落实责任人及监督人，确保各项防火措施真正落实到现场中去。
　　4 结论
　　1）防火设计是前提。源头防治，通过防火设计，从工艺选择、巷道布置到现场施工都从防治自燃来考虑，从源头杜绝自然发火事故的发生；
　　2）技术措施是关键。从研究煤层的特性和自燃条件入手，充分分析其发生原因，制定切实可行的防灭火措施是防火的关键所在；
　　3）组织管理措施是保证。再好的技术和措施在现场得不到落实都是空谈。每项工程根据具体职责制定详细的职责分工表，做到每项措施的落实矿职能科室与施工单位都有专人负责，合理组织，确保每一项防火措施都落实到现场中去；
　　4）矿井实施综放开采以来，成功实现了873、II865、876、II863、871、II861、872、870等8个工作面安全收作，积累了丰富的防治自然发火经验，杜绝了煤层自然发火事故，稳定了矿井安全生产局面。
　　参考文献
　　[1]张人伟.朱仙庄矿综放工作面采空区注氮运移规律及注氮系统优化研究[D].徐州：中国矿业大学，2009.
　　[2]袁胜军.综放工作面回收期间自然发火原因理论分析[J].科技情报开发与经济，2009，19（2）：208-209.
　　[3]陈宝成，刘涛，刘起余.注氮技术在轻放面收尾期间防治自然发火的运用[J].华北科技学院报，2010，7（2）：28-29.
　　[4]戴广龙，朱贵旺，方恩才，等.多漏风汇高瓦斯综采工作面采空区防火技术实践.煤矿安全，2004，35（7）：18.
　　[5]陈贵.极软易燃特厚煤层综放开采技术[J].煤炭学报，2010，35（11）：1873-1877.
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