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孤岛综放工作面自燃火灾的综合治理,东滩矿1

作者: 管家婆资料大全  发布:2019-09-09

一、发火时间:1996年5月26日二、发火地点:东滩矿14308西轨顺三、火区概况 14308西轨顺火区位于东滩矿北翼14采区14308综放面西部。该综放面走向长1200m,南邻143上07综放采空区(下分层还未开采),北边为实体煤(见图1)。主采3层煤,煤厚9.2m,采高2.8m,放煤高度6.4m。14308西轨顺与14307上分层综放面轨顺垂直重叠布置,间隔一层3上与3下煤层之间的夹矸。图片 1

运河煤矿1303综放面自燃火灾治理技术方案运 河 煤 矿西安森兰科贸有限责任公司太原理工大学矿业工程学院二OO二年四月二十三日目 录1工作面概况2工作面发火及封闭过程3火区治理技术方案4施工进度安排5组织与指挥6附件附件一:1303综放面自燃火源探测报告附件二:消火道设计及施工方案附件三:工作面注胶钻孔设计及施工方案附件四:工作面注胶灭火设计及施工方案附件五:火区观测方案附件六:火区启封方案与应急措施附件七:相关记录表格运河煤矿1303综放面自燃火灾治理技术方案1工作面概况运河煤矿1303综放面平均煤厚8.60m,于2001年元月开始回采,走向长度1300m,面长135m,倾角17。,上顺进风,下顺回风,正常推进速度50m/月。2001年10月下旬工作面上部遇一落差3m的正断层,下部遇一背斜构造,工作面推进速度减慢,从2001年11月至2002年4月的6个月内,工作面仅推进50多米,平均每月推进速度不超过10米,且在工作面下部和上顺槽附近没有放顶煤,在采空区留下大量浮煤。由于工作面推进速度慢,且采空区丢煤量大,为采空区自燃埋下了隐患。2工作面发火及封闭过程2002年元月15日在工作面内的断层处(约63号支架)测得CO浓度1000ppm,注水处理后,第二天CO消失。2月7日晚,又是在工作面内的断层处(约69号支架)测得CO浓度10040ppm,并有白烟涌出,冒烟处温度较高,并有火炭掉下,通过打钻注水处理,至2月13日CO基本消失。4月10日,回风流CO浓度开始升高,达到50ppm,4月14日48至52号支架顶部大面积冒顶,中班10点多钟工作面下顺槽CO浓度达到300ppm,冒顶处也有大量的CO涌出,从工作面上隅角和冒顶处打钻注水,CO浓度仍持续升高。16日早10点工作面上隅角出现明火,用水控制后喷艾格劳尼封堵,并垛土袋进行封堵,至20日,回风流CO浓度达到600ppm,从上隅角打钻注水、注阻化剂、注MEA灭火剂未能控制火势,由于注水量大,下巷被水淹,上隅角烟气大量涌出,火势已难以控制,工作面被迫于21日早7点开始封闭,至晚8点封闭完毕。上巷闭墙距工作面12m,下巷用水淹封闭。22日中午12点开始向火区注氮,2点由于地面气压下降,上顺风流CO浓度上升至1200ppm,至晚6点CO消失。23日上午测得上顺闭内CO浓度为0,温度24度,氧气浓度降至6%,火区达到抑制状态。发火原因分析:1) 由于工作面割岩石,未放顶煤,落入 采空区浮煤量大,最厚处达8m;2) 工作面遇背斜构造,推进速度慢,采空区浮煤经长期氧化升温,达到了煤层的自然发火期;3) 整个工作面后部采空区都已经过长时间氧化,且浮煤量较大,整个采空区后部浮煤都已处于自燃危险期;4) 工作面遇断层,断层处煤体破碎,自燃危险性强。3火区治理技术方案1)用“测氡法”判断高温火点位置为了确定火区范围,采用氡探测法对采空区极其周边进行探测。2)喷堵上顺闭墙对上顺闭墙进行复喷堵漏,防止有害气体涌入上顺,影响施工。3)确保下顺水封的有效性每天检测下顺水位,如水位较低,及时注水,确保水封的有效性。4)施工消火道按设计要求施工消火道,要求消火道巷邦距工作面煤壁12米,长度不小于70米,断面大小应能满足打钻和摆放灭火设备的要求,且沿煤顶板掘进,并对消火道揭露的钻孔进行封堵。对巷道过断层处进行喷浆堵漏。5)设火区检测点为了随时掌握火区变化情况,在闭墙处设一检测点,并在消火道施工完成后,根据测氡法判断的高温区顶部打一至两个火源观测孔(终孔位置:架顶5米,架后3米),向工作面内打一观测孔,下1寸套管,每天三班进行取样分析,取样完毕后要及时用1寸丝堵封闭套管口。6)消火道内打注胶钻孔考虑到工作面采空区丢煤都已经达到发火期,需根据现场情况和工作面火源探测结果,将工作面危险区域划分为3类,即自燃区、自燃危险区和预防区。各区间钻孔布置如下:自燃区在支架顶部布置三排钻孔,终孔位置呈五花眼布置,平均每个支架顶部3个钻孔,终孔水平间距0.5m;自燃危险区布置两排钻孔,终孔位置呈三花眼布置,平均每个支架顶部2个钻孔,终孔水平间距0.75m;预防区布置一排钻孔,平均每个支架顶部1个钻孔,终孔水平间距1m。在打钻过程中,根据现场实际情况,对火源点附近补打密集钻孔。7)向采空区压注凝胶灭火通过消火道内施工的钻孔向支架后部压注凝胶,形成凝胶隔离带,以确保工作面安全启封及回采。自燃区每个支架后部注胶量不少于30m3,自燃危险区每个支架后部注胶量不少于20m3,预防区每个支架后部注胶量不少于10m3。凝胶压注工艺及施工方案见附件四。8)火区启封灭火工程全部施工完毕后,继续观测2天,根据火区观测结果,经确认可以启封后,按附件六制定的启封方案启封火区。9)应急技术为了确保工作面安全恢复生产,制定应急方案,应对工作面启封后可能存在的小范围火点并对可能复燃的地点进行处理。4施工进度安排1) 火区范围探测在4月底之前完成;2) 消火道施工应在5月4日之前完成;3) 打钻、注胶材料、设备等施工准备4天,5月1日至4日;4) 消火道钻孔施工5月5日至27日;5) 注胶时间5月6日至5月28日;6) 启封及应急技术准备时间2天;7) 工作面启封时间为5月30日;8) 工作面恢复生产时间6月1日至6月15日;9) 工作面正常生产时间6月16日。5组织与指挥矿成立灭火领导小组,由矿长担任组长,矿总工程师担任常务副组长,西安 科技学院文虎任技术副组长。领导小组下设防灭火办公室,统一负责灭火期间的人、财、物调动,并设专人收集发布相关信息、督促灭火措施的实施。目前急需准备的设备及材料1) 胶体压注机两台(其中一台备用);2) 75钻机两台;3) 灭火材料:中性水玻璃模数3.2,密度1.5g/cm3100t;工业碳酸氢钠25t。4) 灌浆管路:可接至消火道内;5) 混合分流器;6) 1寸套管1000m(40个钻孔)及接头,第一节为花管(40个);7) 25mm高压胶管10根,每根长10m;8) 灌浆站准备水表2块;潜水泵两台,流量不小于10m3/h;油桶两只,去顶盖,并在下部开孔安设阀门;9) 钻孔标识牌。

宋先明

14307上分层综放面94年7月开采,推进约70~80m时,采空区出现自然发火征兆,上隅角CO浓度1000ppm以上,回风流CO浓度超过100ppm。利用底板岩集向上打钻孔往采空区回风侧灌浆,并加快推进速度甩掉高温点,95年6月采完后封闭,实行闭区均压防灭火。14308西轨顺96年2月开始由东向西掘进,掘进期间巷道多处冒顶,与顶部14307综放面采空区冒透连通。96年5月26日顺槽掘出1050m,距14307采空区切眼约30m处时,发现顶部采空区浮煤中有干馏过的焦炭存在,二天后该处顶煤自燃。采用往顶煤插管注水灭火,火势发展较快,前后约20m范围内水管一插即往下掉红火炭,并形成冒空区。至5月30日未能将火源扑灭,1050m顺槽被迫全部封闭,采用注氮灭火。96年10月28日该顺槽火区采用锁风法逐段启封,并对启封的部分迅速喷浆堵漏,对未启封巷道采用注氮防灭火技术,惰化火区。注氮期间闭内氧含量6~9%,停止注氮后闭内氧含量12~15%。到97年1月4日,顺槽启封910m,闭内还有140m。由于一些原因停止注氮三天,板闭缝隙中冒出大量浓烟,CO浓度超过2000ppm,原火区仍在燃烧,高温火点并没有窒熄消失。为此决定在灭火道内打钻向火源压注胶体泥浆直接灭火。四、火区特点 巷道顶部火点是94年14307综放面回采期间氧化自燃的旧火点。 火源点复燃速度很快,从96年5月26日进入该火源点底部到28日出现明火,间隔只有40个小时。 14307综放面是东滩矿第一个综放试验面,距切眼70~80m内顶煤回收率低,且顺槽和二个端头支架不放顶煤,故该火点处有松散煤体4m多厚,12m宽,遗煤量很大。 该火点经过近二年多时间氧化放热所储存的热能很大。 东滩矿采用无煤柱开采,采空区连成一片,杜绝向火区供氧很难。该火区位置高,巷道顶部煤体破碎、冒落空洞多,且没有喷浆。若采用灌水、注浆淹火区,水只能流入巷道或采空区,很难淹没。若注水、注浆量大,容易把顶煤冲落到巷道,造成冒顶,且大量泥浆泄入巷道,使巷道恢复困难。由于火区温度高、热容大,注氮、注惰泡只能抑制火区发展,很难使煤体温度下降。 14308综放面是450万吨矿井97年的主采工作面,全矿产量的一大半要靠这个工作面完成。该工作面97年2月底要投产,时间紧,任务重。该火区必须在工作面投产前彻底扑灭,且要能保证整个工作面回采期间不复燃。五、 灭火过程 1、胶体泥浆应用工艺 根据14308火区范围及火势,预计注胶量在1000m3以上。若采用井下小型注胶系统,占用人员多,材料运输困难,注胶速度很慢。因此,采用地面配浆池和灌浆管路进行大流量连续运行的胶体泥浆压注工艺。利用北风井四个配浆池按一定的水土比配好泥浆后,往浆池中添加基料,然后用搅拌机搅拌均匀备用,放浆速度由闸阀控制,用标尺计算下浆量。配有基料的浆液通过灌浆管路送到注胶地点,用泵把固体促凝剂按比例输送到泥浆管内,利用管内高速流动的液体溶解促凝剂并混合均匀,通过分流器注入钻孔,分流器并行管路可达18个(见图2)。图片 2

(兖州矿业集团公司,山东邹城273500)

2、灭火过程考虑到14308西轨顺火区顶部是大量浮煤堆积的采空区,巷道没有喷浆,用水灭火时,顶煤冒落形成许多空洞,胶体泥浆一旦泄漏到巷道中,把顶煤冲垮形成大冒顶,胶体泥浆灌满巷道,使火区启封工作量增加,故决定采用多钻孔、低流量注胶,成胶速度控制在1分钟内,从灭火道向巷道顶部打仰角3°或水平的钻孔,孔深8m,距巷道顶部4.8~5.2m(见图3)。97年1月11日开始注胶,经过三天注入450m3胶体泥浆后,进入火区侦察,火区大部份已熄灭,但原火区中心仍有高温阴燃点,通风二个多小时见明火,巷道中除一个高冒区有十几立方泄漏的胶体泥浆外其余各点均未见漏浆。把临时锁风板闭推进40m,在灭火道打钻寻找火源继续注胶体泥浆约400m3,于1月16日第二次启封侦察火区,发现原火区仍有明火,钻孔没有打到火源上,巷道基本没有漏胶。把临时锁风板闭再次往前推进50m,继续利用钻孔注胶灭火。

摘 要:在系统分析兴隆庄4324孤岛综放工作面遗煤特点、煤体跨落特征及漏风规律的基础上,判定火源点的具体位置,并运用注胶、注氮、注惰泡、均压等防灭火技术对高温区域进行综合治理。利用指标气体对治理效果进行分析,确保火区成功启封,保障了矿井的生产安全。

图片 3由于第二次侦察没有发现漏胶,消除了泄漏顾虑,决定打俯角3°、深8m的钻孔(见图三)。在打钻过程中,钻孔有2000多ppm的CO泄出,没有见烟,温度也不高,经过三天注胶约500m3,于1月20日第三次启封侦察火区,并

关键词:孤岛综放面;自燃;灭火

计划强行喷浆通过高温区。火区启封后,闭内温度42~44℃,高温区表面温度80~90℃,通风一个半小时后见明火,对准火源点喷浆,火势立即增大,红炭伴着砂浆大量落入巷道,形成新的高冒区。冒落的红炭用水一浇,巷道温度剧增,蒸汽弥漫,烟流及CO增大,被迫在原板闭处封闭,用砂浆喷涂表面。 经过第三次火区启封,使我们认识到原配方胶体泥浆遇高温后渗透性较差,钻孔在火源顶部4.0~4.5m处都没能渗透到紧靠巷道顶部的火源上,而在火源顶部形成了一层胶体泥浆层,灭火效果不好。经过对钻孔位置分析,决定打12°的俯孔,孔深10m(见图三),孔口距巷道1.7m左右,并放慢成胶速度。这一次打钻过程中有二个钻孔直接打入火区,钻孔中有黑烟往出冒,出气温度达80~90℃,CO浓度超过2000ppm。连续注胶六天,注入近900m3胶体泥浆,钻孔CO浓度下降到20ppm以下,随后打了几个探孔,CO都在10ppm左右,钻孔出气温度正常。板闭内CO浓度10~20ppm,出水温度38℃。上述迹象表明胶体泥浆已注到高温区内,明火已熄灭,但由于煤岩体热容大,温度还未完全降下来。1月26日火区启封,救护队进入侦察,明火已熄灭,但巷道顶部高温点仍有52℃,巷道空气温度40~42℃,淋水温度40℃,CO只有2~4ppm。拆除板闭、恢复通风、对高冒顶区用石棉瓦背顶方木加固,然后迅速喷浆,同时利用灭火道的钻孔继续注胶降温。至1月31日14308火区启封成功,巷道全部喷浆重新处理,几天后火区彻底熄灭。六、经验及教训1、东滩矿3层煤在低氧(氧浓度小于5%)时仍能维持阴燃,即使封闭几年的封闭窒熄,煤温仍能保持在200℃以上,因此要求对曾经发过火,又未进行彻底处理的高温火点应予以高度重视。2、煤层自燃,经过长时间的放热,火区周围整个煤岩体所储存的热能很大,这些热能若不释放,灭火后极易死灰复燃。3、 胶体泥浆能在碎煤中充填空隙,很快使煤氧隔离窒熄,即使高温蒸烤失去水分,仍有30~50%左右的黄土存在于空隙中,起防火作用。4、胶体泥浆灭火技术首次在没有喷浆的松散顶煤中应用,泄漏率不到1%,比单纯注胶效果好。5、利用地面灌浆系统配制胶体泥浆,实现大流量连续注胶,劳动强度低,井下运输量少,尤其对大面积火区的灭火更显其优势,能同时控制较大范围(10~20m)的火区,也不会造成大量泄漏。6、胶体泥浆在高温区成胶速度加快,渗透性变差。胶体泥浆从上往下覆盖火源时,成胶速度快,会在火源顶部形成一层胶体层,影响扑灭胶体层底部的火。该技术要求钻孔必须打到火源点或火源附近,否则灭火效果较差。

中图分类号:TD75+2.2 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)

1 火区概况

兖州矿业集团兴隆庄矿4324综放工作面位于四采区下部,上邻4322综放面采空区,下邻4326综放面采空区,为“孤岛”综放面(见图1),

图片 4

煤层自然发火期3~6个月,最短发火期32 d。工作面倾斜长277 m,走向长1 589 m,煤层平均厚度8.45 m,设计配风量为1 100 m3/min。综放面切眼于2003年1月掘出,6月份设备安装完毕,调试设备,试生产,到推进10 m后停止。开始正常生产,到中班共推进

20m,累计推进30 m。

由于工作面在-推进过程中无法放顶煤,大量的浮煤丢在采空区,为采空区浮煤自燃埋下了隐患。同时,工作面推进距离短,顶煤跨落不充分,切眼与上下顺槽构成了良好的漏风通道,使得切眼处浮煤具有较好的氧化升温的条件,浮煤自燃危险性增强。

-17日恢复生产,采空区漏风强度增强,自燃进一步发展。晚22:00,发现60#支架前有大量烟雾涌出,架间风流中CO最高浓度110×10-6;回风流中有少许烟雾,CO浓度为80×10-6,煤出现自然发火征兆。通过采取高压注水、在上隅角建板帐等措施,架间CO浓度有所下降,烟雾稍小。

根据现场情况分析初步判定:火源点位于4234工作面采空区开切眼附近,距工作面煤壁深约30~40 m,火点附近浮煤厚达6 m,火点位置高。由于工作面推进距离小,采空区漏风强度较大,火势发展速度快,火区治理难度大。火区治理主要是分为开放式火区治理和封闭灭火两个阶段,初期主要采取控制漏风,注胶灭火,注氮惰化采空区相结合的主要灭火措施,控制采空区火势的发展。封闭期间主要采取均压措施降低工作面上下头两侧风压差,注氮惰化采空区,注惰泡和胶体泥浆直接充填采空区并对火区降温等综合治理措施。

2 开放式火区治理

2.1 封堵漏风

封堵漏风主要是堵住工作面向采空区的主要漏风通道:

封堵工作面进风端头,挂风帘、打砂袋闭和板闭、喷艾格劳尼。

进风端头施工短钻孔注胶体泥浆,封堵漏风通道。

工作面上部向架后施短钻孔,压注胶体泥浆,进一步封堵工作同漏风通道。以上封堵工作完成后,工作面烟雾消失。

2.2 注胶体和惰气灭火

为了熄灭采空区切眼上部的高温火点,在上顺向采空区施工28 m和2

0 m钻孔各一个,工作面上部架间施工短钻孔,通过这些钻孔向采空区注入胶体泥浆。在上部采空区形成胶体隔离带,减少工作面向采空区的漏风,通过胶体泥浆的灭火性能控制和熄灭高温火源。

在封堵工作完成后,开始利用地面固定注氮机和井下移动式注氮机同时向采空区注氮,惰化采空区,抑制火势发展,封闭前共注入氮气69 962 m3。

2.3 效果分析

为了解封闭前火区治理效果及其发展状况,主要对封闭前的O2、C2H4/C2H6、CO等指标气体变化情况进行综合分析。

工作面上部喷艾格劳尼、注胶封堵后,火区漏风量减少,烯烷比迅速下降,CO浓度基本不变,表明火区得到了有效的抑制;在工作面注氮初期,注氮造成采空区风流流动增强,烯烷比上升,火势又有所发展,在工作面上头针对危险区域深孔注胶后,烯烷比由0.266持续下降至0.172,CO浓度由570×10-6降至320×10-6,效果明显,说明上部深孔注胶已接近火区;然而,随后注浆将工作面上头的胶体隔离带冲开后,采空区漏风增强,火势急剧发展,CO浓度上升超过10 000×10-6,烯烷比已达到1.2,煤层自燃已到达了剧燃阶段,立即对工作面进行封闭,实施封闭灭火。封闭后继续进行注氮、注胶灭火,烯烷比和CO等火灾指标迅速下降,火区O2浓度降低,火区得到了有效的控制。

3 封闭灭火

3.1 均 压

封闭期间,为了降低上下头两侧风压差,减少向封闭区漏风供氧,使火源缺氧窒熄。因此,对4324工作面上下头实施均压措施,将上下头之间的风压差由封闭前的170 Pa减少到35 Pa。同时,制定了稳定通风系统的措施,有效减少了封闭区的漏风。

3.2 注氮惰化采空区

工作面封闭后,随即向封闭区注氮惰化采空区。在封闭期间,共向火区注入N2约99.6万m3,使火区内的O2浓度一直保持在3%以下,有效地抑制了火势的发展。

3.3 压注胶体泥浆

为了熄灭上部采空区内的高温火点,在上顺闭外对155#架至176#架后采空区施工了8个长钻孔,通过钻孔压注胶体泥浆。在工作面155#架至176#架后采空区形成了长约40 m,宽约30 m,高约8 m的胶体隔离带,有效的堵住了漏风并熄灭了采空区上部高温火点。由于4324工作面四邻采空区,漏风规律复杂,为了减少上顺沿空侧向火区的漏风,通过上顺闭外沿空侧的钻孔压注胶体。

在工作面上部高温火源治理过程中,高温烟流流经切眼、下顺槽和中部采空区汇集到下头,切眼和工作面中部采空区较为通畅,高温烟流仅对切眼和中部浮煤的表面进行了加热;由于下头风幛的阻挡,烟流在该处受阻,一部分高温烟流流经下头采空区遗留的松散煤柱内,该处煤体被加热,可能形成高温点。因此,对工作面下端头及下部浮煤进行处理,通过锁风移闭,将下顺闭墙移至工作面下口,在下顺内侧煤壁内施工钻机窝,从下顺密闭外向采空区下部(1#~30#架后)施工钻孔12个。打开下顺闭墙后,又在工作面下隅角施工钻孔6个。通过压注胶体泥浆2 000 m3,下部采空区得到了有效地处理。

3.4 压注惰泡

向采空区压注惰泡实质上是为了降低采空区顶部煤体的温度,增加氮气在采空区的留存时间,增加采空区的环境湿度,起到惰化并熄灭火区的目的。它弥补了采用单一注氮、注浆措施的不足之处,具有独特的防灭火性能。主要工艺是利用井上、井下的制氮机产生氮气,通过注氮管路流经泡沫发生器大量地产生惰气泡,沿管路压向采空区,进行防灭火

(见图2)。

图片 5

为了处理上下部采空区的顶部浮煤,夜班开始通过注氮口和上下部钻孔向采空区压注惰泡,启封前共向采空区压注泡沫发生剂3 610 kg,形成惰气泡沫约28 800 m3。

3.5 效果分析

封闭期间O2浓度均在3%以下,火区的封闭效果好,起到了较好的惰化较果。自在开始对上端头施工长钻孔注胶后,其△c/△c、c(C2H4)的变化幅度降低很快,说明了长钻孔注胶已经注到了火源点;但是随后其变化速度降慢,胶体已不能流到更远的火区。随后对注氮孔和深部钻孔压注惰泡,其惰泡的产生量大,可充填性好,能够对胶体不能到达地点的浮煤进行降温;下头闭内的烯烷比有较大幅度地降低,说明惰泡扩散范围大,注惰泡后,△c/△c、c(C2H4)也迅速降为0。通过以上气体分析充分说明:采空区钻孔注胶已经接触到了高温火区,但是由于胶体流动范围的影响,胶体不能全部熄灭火区,通过压注惰泡迅速窒熄并扑灭了残余的高温区域,4324火区得到了有效图2 压注惰泡工艺流程图控制,直至最低熄灭。封闭区气体稳定1个月后,10月底工作面正常启封并恢复生产。

综合运用调风均压、注凝胶、注氮及惰泡等灭火技术,最终实现火区的“堵漏、降温、惰化”,达到了预期的灭火效果。

通过指标气体对火区进行分析,对判断火区的基本状态,确定各类灭火措施的治理效果及灭火方案的制定调整提供了科学的依据。

孤岛综放面四邻采空区,漏风规律复杂多变,浮煤自燃危险性增强。为此,必须加强工作面及

邻近采空区的气体监测,建立和完善气体指标体系,及时预报采空区煤层自燃的征兆。

作者简介:宋先明(1967-),男,现任兖州矿业集团通防部通风瓦斯科长,工程师,一直从事矿井“一通三防”工作,曾发表论文10余篇。

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