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机械化放顶煤开荒矿井的防灭火本领,鲍店矿1

作者: 管家婆资料大全  发布:2019-09-09

鲍店矿1310轨道顺槽发火事故案例分析一、发火时间: 1998年元月27日24时30分二、发火地点:1310轨道顺槽三、火区概况1、火点位置1310工作面轨道顺槽,沿1308综放面采空区布置,沿底板掘进,1308岩集运为岩石集中巷,与1310轨道顺槽外错布置,上部与北翼总回相连,有两道永久风门控制风量,工作面一进提内错工作面布置,从1308岩集运与轨顺中间穿过,二进提与一回提位于停采线外,其中二进提上车场与一采区上分层消火道相通,两顺槽掘进都是从上部向切眼方向掘进,其中一进提与轨顺于97年12月30日贯通,一回提与运顺于98年元月4日贯通,运顺与轨顺通过切眼于97年元月14日贯通,全部贯通后,在1310消火道建了两道临时风门,形成了1310独立的通风系统,通过调整切眼风量520m3/min,参见下图。1310轨顺,沿空侧有4m宽的小煤柱,支护方式为工字钢支护,其断面积为11m2。 1310轨顺总体西高东低,1310一进提距切眼500m,该巷道的最低点在距切眼220m处。1998年元月27日22:30分,综掘工区一名看迎头人员经过1308泄水巷时,发现有火星从1310轨顺泄水立孔落下,并及时汇报矿调度室,矿值班人员、瓦检员等立即下井赶到1310轨顺,发现距1310轨顺最低点向东约70m处,巷道顶部有明火,烟雾较大,根据初次目击者和时间分析,火点位置距切眼约120m处的轨顺中,如图所示。图片 1

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 2

据统计,我国煤矿有50%以上的综合机械化放顶煤开采工作面存在着自燃发火危险,严重威胁着矿井的安全生产。因此,防灭火技术的研究工作也是综合机械化放顶煤开采工作面安全生产的关键之一。近几年来,兖州矿业有限责任公司及其下属各矿针对以前在矿井防灭火方面存在的问题进行了认真分析和归纳,并且与有关单位共同开展了科技攻关,积极应用当前已有的矿井防灭火适用新技术,提出解决方案并进行了实施,有效地保障了矿井的安全,取得了良好的效果。

2、火区发展情况98年元月27日24时30分发现明火后,巷道的顶帮撑棍、竹笆全部点燃,火势发展迅速。在火风压的作用下,火逆风燃烧,烟雾以50m/h速度向一进提方向蔓延,至元月28日6时烟雾到达1310一进提上车场。四、火区治理情况元月27日24时30分,1310轨顺发现火情后,矿有关领导一方面立即组织有关单位赶赴现场处理火灾,另一方面由主要领导向集团公司调度室进行了汇报。公司领导杨德玉副总经理、魏恒太副总经理、范国强总工程师、安监局庄玉亲卿总工程师以及通风处、救护大队等单位的领导及时赶到现场,研究治理方案,成立了以范国强总工程师为组长的灭火领导小组,采取了以下具体措施。1、封闭火区元月28日早6时,在1310一进提轨顺以东30m处打临时风障一道,随后轨顺在靠风障外建板闭一道,运顺在一回提向里3m处建板闭一道。下午16时完成。晚上24时运顺靠板闭处建37cm厚砖闭一道,并留有400x400mm的调节窗。火区内火势仍有继续发展趋势。元月29日17时,1310轨顺建37cm厚砖闭一道,23时喷浆封堵完毕。23时对1310运顺调节窗进行了封闭,30日早6时完成对运顺闭喷浆封堵。至此,火区封闭工作全部完成。2、注氮为快速降低火区氧含量,窒息明火,由集团公司从东滩调来制氮机和操作人员,于元月29日20时第一台下井,元月30日早2时开始注氮(流量320m3/h)。第二台制氮机元月30日23时30分开始运转注氮,截止2月1O日早班共向火区注氮约10万m3,火区内氧气降到5%以下,氮气达到83%以上。3、调节火区压差在火区封闭后,火区两侧轨顺与运顺闭压差350 Pa,元月30日17时30分在1308岩集运控制风量(从1150m3/min 降至620m3/min),使火区压差降到58Pa。4、注胶体泥浆火区封闭后,温度较高,使加热的煤炭不断解析出

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 3

1红外探测技术在煤层自燃发火早期预报的应用

CH4,浓度达到5%,不能及时启封密闭,经集团公司同意,决定从1308泄水巷打钻向1310轨顺注凝胶,封堵巷道。2月7日至10日共注胶体泥浆1725m3,化肥40.5t,水玻璃207t,充填火区巷道100m,将轨顺分成两段。5、锁风移闭2月10日中班集团公司决定启封1310轨顺临时闭。15时开始,当排放长度达170m时,烟雾增加,能见度差,温度45℃,现场指挥部判断己复燃,决定在此处进行封闭。 20时15分打完风障,22时打完板闭,2月11日早班11时30分建完砖闭,17时对砖闭喷浆进行封堵,至此1310一进提向东200m巷道全部恢复正常。6、封闭后的处理从13日早班开始向1310轨顺闭内注胶体泥浆,到16日中班轨顺闭内己注满,共注泥浆2200m3。7、对封闭老切眼预防性注浆1310轨顺封闭段已注满胶体泥浆,无法启用,在请示公司领导同意后,决定重新掘轨顺,新老轨顺之间留有10m宽的隔离煤柱。当新轨顺贯通切眼后,发现切眼距轨顺冒顶60m,修复难度大。矿决定对切眼进行改造,改造小切眼与老切眼之间留有15m的隔离煤柱,小切眼长度为60m,于98年3月31日,新切眼与老切眼贯通(参见上图),接着对60m的老切眼进行了封闭,并对封闭老切眼进行了预防性注 胶体泥浆,共注1000m3胶体泥浆。五、发火原因分析由于该火区已经封闭,无法接近火源,发火位置及原因只能靠推理判断。事故发生后,从集团公司领导到矿领导都非常重视,除一方面积极灭火外,另一方面积极分析发火原因,以便接受教训,制订防范措施。1、发火位置及最短自然发火期发火位置火点位置距切眼120m处(如图所示),经分析判断,发火类型为该处巷道顶煤发火,并非1308采空区发火。1310轨道顺槽距切眼西221m(A312点附近)为小南湖向斜轴部,且轨顺立孔处有一小背斜构造,此处为驼峰,受地质构造影响,巷道顶帮煤易破碎疏松,新轨顺掘完后,此处顶煤亦较破碎。其次此处处于变坡点,容易积聚热量,给巷道顶煤自燃创造了条件。发火后考虑到可能是采空区自然发火,但经分析,1310轨顺位于一采区高风压区,在发火之前,在一采区低风压区的老消火道及1308、 1306密闭处均未发现CO。在灭火期间原1310 轨顺泄水孔向采空区注水灭火过程中,钻孔透采空区时,钻孔回水,无水温升高现象。由此认为此次发火并非采空区发火。自然发火期1310轨顺于98年元月1日揭露火点位置(距切眼120m处)该处于98年元月27日煤层自然发火,自然发火期为26d。2、发火原因分析巷道顶煤自然发火在鲍店煤矿尚属首次,在此之前,对顶煤发火认识不够,经验不足;该处自然发火期只有26d,在此之前,最短为98d,思想准备不足;轨顺未喷浆堵漏,并用竹笆、板皮等易燃性材料支护,引发成外因火灾,是使火势发展迅猛,使火灾事故扩大的原因;防灭火措施不全面,执行不严格,一些措施未得到具体落实;春节放假期间,对1310轨顺的现场落实不好,检查不细。导致出现火情后没有及时发现,造成事故扩大。六、 事故教训没有认真接受兄弟单位(东滩矿等)顶煤自然发火事故教训,总结其顶煤发火经验,对顶煤发火条件认识不足。今后要加深巷道顶煤自然发火规律的认识,分析其自然发火环境,采取有效的预防措施,杜绝同类事故的再发生;防灭火工作一定要牢牢坚持“预防为主、综合治理”的指导思想,措施要全面具体,针对性强;维护作业规程的严肃性,施工单位要严格按照作业规程要求施工、安监部门搞好监督检查工作;建立健全以总工程师为首的“一通三防”技术管理体系,提高技术管理人员的整体素质,充分发挥其作用,要经常深入现场,认真排查发火隐患,并制定防灭火措施;大力推广锚网支护,最大限度地采用不燃性材料支护;高度集中生产,其接续时间要留有余地,避免因自然发火造成工作面接续紧张的局面。

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。

兖州矿业公司救护大队和山东科技大学将红外探测技术应用于煤层自燃发火早期预报中,为确定井下高温火点的位置、及时采取防灭火措施、消除火灾隐患及保证矿井安全生产提供了有效的技术手段。

图片 4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

自从采用综合机械化放顶煤开采技术以来,兖州矿区已经发生煤层自燃发火或者隐患26次,其中巷道顶煤及相邻采矿区松散煤体发火或者隐患20次,占发火总次数的77%。因此,煤巷煤炭的自燃成为兖州矿区煤炭自燃的重点防患区域。虽然他们在防治煤巷煤炭自燃方面投入了大量人力、物力,但是由于隐蔽高温点难于准确定位和自燃温度难于确定,给矿区煤炭自燃的预防带来了许多不利的影响,因此寻求煤巷隐蔽高温点的早期预测预报技术是矿区安全生产中亟待解决的重大课题。将红外探测技术应用于煤层自燃发火的早期预报,较好地解决了这一技术难题。红外探测法的实质是自然界的任何物体只要处于绝对零度之上就会产生分子振动和晶格振动,都会自行向外发射红外电磁波,并形成红外辐射场。

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。

近年来,通过在济宁二号煤矿4301轨道顺槽和南屯煤矿1300综合机械化放顶煤开采工作面运输顺槽的实际应用,表明利用红外测温仪基本能够测出高温区区域位置;从测试数据来看,无论哪个矿井其上帮红外电磁场强度一般高于下帮。从理论和实际情况来看,这一探测方法是可行的。红外探测法通过能量场综合判断煤炭的自燃区域,具有简单、迅速、精确的特点,其操作方法较为简便、容易为现场职工所掌握。当然,现场应用也发现一些问题,要进一步提高对煤层自燃发火早期预报的精度必须对红外探测的有关基础数据进行观测和测定,如煤体的辐射系数及其影响因素、煤体的导热系数和比热、煤体的原始温度等,得出易氧化区段和高温区段红外电磁场强度的变化规律。

2易燃中厚煤层孤岛综合机械化放顶煤开采工作面综合防灭火技术

兖州矿业公司东滩煤矿通过对4303孤岛综合机械化开采放顶煤工作面“两巷”、相邻采空区及自身采空区采取了综合防灭火的措施,从准备生产、开始生产至安全撤出设备历时两年,同时该矿综采工区在该面创出了年单产501万吨的全国第一好成绩,为兖州矿区及其它易燃中厚煤层孤岛综采放顶煤工作面的安全回采积累了经验。

4303综合机械化开采放顶煤工作面为走向长壁工作面,面长200m,通风方式为U型。该工作面是东滩矿首次开采的“孤岛”工作面,在开采的过程中和开采以后,西翼5个采煤工作面的采空区连接在一起,造成了矿井西翼复杂的采场漏风,防灭火局面极为不利。

东滩矿的经验表明,10次自燃发火有8次发生在巷道,特别是“两巷”,这就要求在巷道掘进时采取综合防灭火措施。4303工作面上、下顺槽开掘时候的综合防灭火技术措施如下:设置注水管路、巷道喷涂防漏、红外线测温仪探测巷道两帮、顶板温度变化、巷道过断层与冒顶

处理、测温探头测温、凝胶快速防漏。

为了保证4303综合机械化开采放顶煤工作面在回采期间及相邻的区段不出现自燃发火事故,他们在采取合理开拓布置、开采程序及巷道布置的同时,还积极有效地采取了采面采空区埋管压注黄泥浆、喷洒雾化阻化剂、开采期间的均压、采空区温度探测、均压通风及气体检测预测预报、向邻近采空区的遗煤带及高温点打钻注浆等防灭火技术措施。其中,由于4303综采放顶煤工作面的轨道顺槽东邻4302综采放顶煤工作面的采空区,仅仅间隔3m煤壁,而且在轨道顺槽一侧的采空区有1条完整的遗煤带,宽度为5~6m,在超前压力的影响下,采空区一侧的煤壁被压酥从而引起漏风造成了局部高温火点,他们采用在轨道顺槽打钻,通过测温探头确定了高温区域,然后在轨道顺槽及43运输集中巷打钻注水、注浆,很快就将火点消灭了。

3复杂构造易燃煤层无煤柱综合机械化放顶煤开采工作面自燃发火防治

兖州矿业公司济宁二号煤矿开展了复杂构造易燃煤层无煤柱综合机械化放顶煤开采工作面自燃发火防治的研究,总结了复杂构造易燃煤层自燃的影响因素,分析了无煤柱综合机械化放顶煤开采工作面的防灭火难点和自燃发火的原因,并且找到了防治的对策。

济二煤矿自从开采综合机械化放顶煤工作面以来,自燃发火1次,为巷道顶煤自燃;发生自燃发火隐患3次,分别出现在停采线、沿空采空区松散煤体和工作面开切眼采空区。此项研究总结煤层自燃发火影响因素有:大巷布置在煤层中;煤层厚度变化大;褶曲多,煤层倾角变化大;断层多,裂隙发育;无煤柱开采。综放工作面的防灭火技术难点在于:煤层自燃发火期缩短,由3~6个月缩短到33天;综放开采丢煤相对集中,特别是工作面采空区周边丢煤量增大;新实行的顺槽及切眼锚网梁加锚索支护,在支护强度加大的同时也为向采区及切眼长时间通风供氧创造了条件;无煤柱开采时,大面积的采空区连成一片,漏风关系复杂且不可避免;综合机械化放顶煤开采工作面两巷沿煤层底板掘进,地质条件变化时,巷道顶煤易破碎、冒顶,极易自燃;生产高效快速,对矿井防灭火工作的安全可靠性提出更高要求。

在对综合机械化放顶煤开采工作面发火原因(包括相邻采空区端头的煤体容易自燃、巷道的顶煤容易自燃、开切眼的遗煤自燃、停采线的遗煤自燃)分析的基础上,他们提出了综合机械化放顶煤开采工作面自燃发火的综合防治技术,诸如喷浆堵漏技术、密集浅孔注凝胶技术、膜分离制氮装置注氮防灭火技术(临面采空区防火、后部采空区防火)、胶体泥浆快速灭火技术、快速堵漏泡沫技术、煤巷近距离红外探测火源技术等防治措施,为无煤柱开采综放面的安全生产提供了保障。

4超长综合机械化放顶煤开采工作面煤层自燃火灾防治

西安科技大学和兖州矿业有限责任公司在确定超长综合机械化放顶煤开采工作面煤层自燃危险区域的基础上,提出了有针对性的高效综合防灭火技术体系,建立了超长综合机械化放顶煤开采工作面煤层自燃火灾快速应急防灭火系统,成功地对兴隆庄煤矿4324超长综合机械化放顶煤开采工作面煤层自燃火灾进行治理,为超长综合机械化放顶煤开采工作面的安全生产提供了重要的技术保障。

此项研究指出:根据煤层自然发火的特点,当空间小且火势较小时,利用以高分子复合胶体、轻型压注机和快速打钻机具为主的快速防灭火系统,可以迅速控制及扑灭局部小范围火灾;当空间范围大且火势猛时(如采空区浮煤发生自燃火灾),建立以惰泡压注装置、注氮系统和快速打钻机具为主的快速应急防灭火系统,迅速控制火灾的发展,为确定火源位置以及采用综合治理技术彻底扑灭火灾赢得时间。快速灭火系统的关键是快速有效地向火区施工灭火钻孔。尤其是超长综合机械化放顶煤开采工作面采空区浮煤自然发火后,高温区域广、埋藏深,分布在工作面“两道”,施工钻孔难度很大,应用一次成孔钻具可以解决向采空区松散煤体施工钻孔的技术难题。通常在现场有水、电时,设备和材料到达指定地点10min内就能投入灭火工作。

火区治理以胶体防灭火技术直接灭火为核心,以压注惰泡及注氮惰化控制火区为关键,以及采取诸如均压、堵漏等防灭火方法相结合的综合治理,分控制火势、直接灭火及封闭灭火三个阶段。控制火势主要采取控制漏风、注胶灭火与注氮惰化控制采空区相结合的灭火措施;直接灭火主要通过快速向火区打钻,向火区压注胶体泥浆封堵灭火,如果火势有所发展,则必须对工作面进行封闭;封闭灭火主要采用均压降低工作面上下头两侧风压差减少漏风

,注氮与注惰泡相结合惰化并控制火区,压注胶体泥浆充填采空区的直接灭火区等综合治理措施。

5短壁轻型综合机械化放顶煤开采工作面的综合防火

兖州矿业公司杨村煤矿通过对防灭火的综合研究与应用,确定了工作面的最佳通风和防灭火技术方案,保证了短壁轻型综合机械化放顶煤开采工作面的安全回采。

由于短壁轻型综合机械化放顶煤开采工作面采空区内的氧化带宽度大,加之该煤层自燃发火期较短,所以预防自燃发火工作的难度很大。

他们根据现场的观测研究结果,对不同区域有针对性地采取防火措施。工作面“两道两线”的防火以泥浆为主要原料,并添加少量的化学药剂形成不易脱水的胶体材料,既能阻止残煤氧化又能充填堵漏。利用现有注浆站,在地面注浆站的泥浆池中加入一种辅助材料,然后利用井下辅助材料供给系统(距工作面100m)加入另一种辅助材料,形成胶体泥浆防火系统。辅助材料选择成胶效果好、成本较低的水玻璃和铝酸钠,使用浓度分别为5%和2%,成胶时间2~3min。正常开采期间的采空区防火,采用提高工作面推进速度和合理的通风量来实现。如果推进速度低,则实施汽雾阻化、在进风隅角堆放沙袋堵漏等措施。阻化剂以工作面漏风风流为载体,随风流漂移到采空区中,附着在残煤表面,阻止煤的氧化,达到抑制或延迟煤炭自燃的目的。根据现场条件在进风顺槽设立移动式雾化泵站,随着回采工作面的推进不断移动。雾化器布置在工作面进风侧隅角,沿途布置Φ25高压胶管。通过对阻化率测定,采用氯化镁做阻化剂,浓度15%~20%,残煤用液量为30~50kg/t。由于该工作面长度短,顶板不易冒落,必然增加向采空区的漏风量,故选用炉渣作为堵漏风材料,在工作面后的轨道顺槽和胶带顺槽内每隔60m用炉渣袋设立隔离墙,有利于采空区的防火。

6综合机械化放顶煤开采工作面撤面期间的防火措施

兖州矿业公司杨村煤矿307综合机械化开采放顶煤工作面可采范围内的地质构造非常复杂,煤层自然发火期3~6个月,为易自燃发火煤层,煤尘本身具有爆炸性。由于该面停采线中间有落差3.5m的断层,严重地影响了液压支架回撤的速度和防灭火安全。为此,他们采取了一系列措施,有效地防治了撤面期间的采空区自然发火,保证了307综放工作面设备的顺利撤除。

首先是在工作面距停采线100m的时候提前做好预防性措施,在进风顺槽安设阻化多用泵以实施汽雾阻化,在采煤面的后部采空区埋设束管对有害气体实施连续监测,有效地阻止了采空区浮煤的氧化;由于工作面的风量大使得采空区的漏风量增加和氧化带的范围变宽,因此在保证有害气体和温度不超限、风速符合《煤矿安全规程》的前提下尽可能及时降低工作面的风量;停采以后,在上下隅角的液压支架尾梁处分别砌筑370mm的密闭墙,墙体的上部预留注浆管路,通过注浆钢管向下隅角灌注胶体泥浆,有效地堵塞了采空区的漏风通道;根据断层处顶板破碎、漏风严重的特点,对断层及其前后10m范围内进行喷涂,共喷涂原料600kg,有效地封闭了断层及其周围的漏风通道;随撤架随对液压支架处及停采线其余空间均匀地撒洒阻化剂,一般撒洒量为2.5kg/,起到了比较好的预防作用;为了防止浮煤氧化,停采以后尽可能清理底板及架内的浮煤,技术部门认真地绘制停采线剖面,以便封闭以后合理地安排注浆;在两顺槽高的一侧沿着停采线的煤壁敷设注浆管路至另一侧,中间每隔10m设一个三通,及时浇注阻化泥浆,撤面结束以后尽快于停采线5~10m处砌筑永久密闭墙,可以比较好地封闭停采线;沿着307联络巷垂直于停采线每隔20m打一个直径为40mm的钻孔,钻孔的最前端为1m的花管,保证了注浆扩散的范围。

7综合机械化放顶煤开采工作面及相邻采空区煤炭自燃防治

兖州矿业公司兴隆庄煤矿实行以防为主和综合治理的防灭火措施,连续多年杜绝了综合机械化放顶煤开采工作面及相邻采空区煤炭自燃发火现象。

①为了防治自燃发火,首先采取一些超前预防措施,比如向有发火的隐患点打钻孔,进行注水、注浆、MEA、罗可休、粉煤灰和喷洒阻化剂等。

②综合机械化放顶煤开采工作面生产时两端头液压支架难以放落顶煤而在相邻采空区造成一定厚度的丢煤带,钻孔沿用巷道靠采空区侧上、下布置,每组打2个钻孔,每组相邻钻孔间隔5~10m。钻孔深度和角度应能使浆液将丢煤带全部覆盖,以此隔断供氧通道,防止煤炭继续氧化。

③如果在生产的工作面上有氧化聚热的煤体,则要采取打钻孔下套管的措施。套管为1″钢管,长度1.5~2m。套管头部有便于插入钻孔的钢锥。前部钻杆设有若干0.2~0.3mm小孔。钻孔用快速水泥加棉纱封堵,防止注防火材料时泄出。钻杆尾部焊有高压快速接头与注浆系统连接,利用高压泵压注防火材料和降温堵漏,阻止煤炭连续供氧过程,达到防火的目的。

④为防止生产中的工作面发火,采用随采随注的方法。在综合机械化放顶煤开采工作面上、下隅角每隔30m打隔离沙袋垛墙,铺设一路3″注浆管。根据工作面推进速度随时注浆、粉煤灰或其它防火材料,有效解决工作面后方采空区的自燃发火隐患。

⑤该矿采用综合机械化放顶煤开采技术,采空区在生产开始阶段留下很多浮煤,氧化聚热比较快。如果推进速度慢,采空区后部空间较大并有足够时间,给防灭火工作带来很大隐患,所以要进行喷洒阻化剂。喷洒阻化剂主要在自燃煤层回采的开始及停采线50m范围内实施。阻化剂必须严格按照设计配制,要均匀喷洒。喷洒量根据遗煤的温度和丢失的煤量而定,对新工作面顺利开采起到了防灭火的好效果。

8易燃厚煤层机械化放顶煤开采工作面采空

区自燃发火治理

兖州矿业公司济宁三号煤矿针对综合机械化开采、综合机械化放顶煤开采工作面走向起伏变化较大或负坡开采的工作面在预防性灌浆不能充分发挥作用时,采用工作面进回风隅角合理分段砌筑防火隔离墙以及采空区埋管注氮惰化等综合措施,简便易行、适应性强、效果明显。

4303综合机械化放顶煤开采工作面采空区产生高温点后,他们采用了“隅角堵漏、注氮惰化、均压控制、加强监测、稳定系统、快速撤面、及时封闭”的治理方案,一氧化碳浓度从589ppm下降至22ppm,乙烷浓度从34ppm逐渐消失;进风隅角一氧化碳浓度从234ppm降为零,乙烷浓度从18ppm逐渐消失;回风隅角一氧化碳浓度从118ppm降为14ppm,乙烷浓度从8ppm逐渐消失。根据以上结果可以看出;高温火点得到了有效的控制,取得了显著的效果。5304综合机械化开采工作面采空区产生高温火点后立即采取工作面减压降压措施,在回风巷建调节风窗限风,将工作面风量由860/min降为300/min左右。并且,在第二切眼东头建立风障一道,在第二切眼以南的工作面回风侧设置全断面栅栏、悬挂标志禁止人员入内。减风后回风流一氧化碳降低为600左右。为了加快消除高温点和确保跳面工作顺利进行采取在进风隅角喷涂艾格劳尼进行封堵,并埋管注氮惰化采空区。在采空区高温点热风压作用下,于进风隅角处发现一氧化碳。为了创造良好的撤架环境,防止一氧化碳进入工作面,采取在进风隅角封闭处挖一个洞,安设28kW风机一台,连接Φ600mm风筒300m。风筒出风口接到第二切眼以东回风流中,将进风隅角处一氧化碳抽排到工作面回风流中。通过采取上述措施后,有效地控制了一氧化碳的涌出,确保了跳面工作的顺利进行。新的工作面安装完毕后,在第二切眼后部尾巷分别建立密闭墙各一道,对第二切眼后部采空区进行永久性封闭,直至该工作面安全开采完毕。

9综合机械化放顶煤开采顺槽自燃发火综合防治

无煤柱综放开采是提高煤炭回采率的主要措施之一。由于这种采煤工艺的顺槽沿空侧松散煤体空隙比较大,采用表面聚胺酯喷涂和采空区均压已经不能够解决问题。为此,山东科技大学和兖州矿业公司兴隆庄煤矿研究出了一种新型的行之有效的无煤柱综合机械化放顶煤开采顺槽沿空侧松散煤体及临面采空区遗煤自然发火的综合防治技术——复合胶体泥浆固水降温快速灭火技术和井下移动式膜分离制氮注氮技术。

复合胶体泥浆是利用水玻璃作基料。以碳酸氢钠、碳酸钠等作促凝剂,以黄泥浆作充填剂而构成的一种新型灭火材料。其作用原理是:水玻璃与促凝剂结合以后形成硅胶,但是硅胶的内部充满了黄泥浆和水,硅胶起到了骨架的作用,黄土起着稠化充填的作用——增加胶体的强度、耐湿性能和有效期,同时把易于流动的水固封在硅胶的内部,从而形成了复合胶体泥浆。

复合胶体泥浆的热稳定性比纯硅胶体更好,在高温火炭中不熔化,失水速度很慢,并且能够大量地吸收周围松散煤体的氧化热量,降低煤体的温度。此外,复合胶体泥浆的耐压稳定性也随着含土量的增加而提高。它不仅能够固水吸热降温,而且能够充填碎煤的间隙,使得煤氧隔离而窒息。即使高温蒸烤最终使其失去全部水分,仍然有25%左右的黄土和二氧化硅留在缝隙中起到防火的作用。所以,复合胶体泥浆尤其适用于高位火区和大面积火区的防火。同时,他们还采用了井下移动式膜分离制氮装置,采取间隔方式从沿空顺槽向邻面采空区大量注入氮气。效果检测表明:在沿空顺槽侧形成了一条宽45m的较稳定惰化带;惰化带钻孔取气样分析,结果氧气浓度下降到10%以下;从自燃征兆点钻孔取气样分析,CO气体消失。专家们认为:此项成果值得借鉴和大力推广。

10无煤柱综合机械化放顶煤开采条件下煤层自燃发火防治

随着无煤柱综合机械化开采技术的推广,煤层自燃发火呈现出与分层综合机械化不同的特点。兖州矿区从实际出发,针对综合机械化放顶煤开采易发火区域的发火原因及技术难点,开发应用了多种防灭火新材料、新技术,形成了综合机械化放顶煤开采条件下的一整套防灭火技术。

无煤柱综合机械化放顶煤开采条件下沿空顺槽松散煤体自燃的综合防治的关键技术如下:

①聚胺酯喷涂堵漏技术。该材料是由黑白两种原料经混合发泡后形成的一种泡沫状物质解决了传统的水泥砂浆堵漏所固有的易压裂、施工工艺与综掘施工相互干扰等缺点,特别适合于综掘沿空掘进巷道。

②密集浅孔注凝胶技术。凝胶是由主剂和促凝剂经混合反应而形成的,解决了黄泥浆等传统防灭火材料解决不了的巷道顶煤自燃等难题。其混合液在凝固前粘度近似于水,可渗透到煤和岩石裂隙中;成胶后粘度则是水的1500倍,能有效地防止漏风。

③井下移动式膜分离制氮装置注氮技术。兖州矿区由于综放工作棉推进速度快,其后部采空区自然发火的可能性小,放火重点是邻近采空区,因此以注入氮气为主,以均压、沿空堵漏措施为辅,综合防治综放面邻近采空区遗煤发火。

④开发应用注惰化阻化剂技术。惰化阻化剂兼有阻化和惰化两种功能。当煤温上升到50℃以上时,注入煤体的溶液开始吸热汽化,产生的惰性气体充塞煤体裂隙,阻碍煤自燃过程的发展。

⑤开发应用胶体泥浆快速灭火技术。胶体泥浆是在凝胶基础上开发的,利用基料、促凝剂的凝胶作用,以黄泥浆作充填剂,增加胶体强度、耐温性能和有效期限。在黄泥灌浆系统的基础上建立的大流量连续注胶工艺,对扑灭大面积火区具有明显的优势。

11煤巷锚网支护的矿井自燃发火原因及防治

兖州矿业公司兴隆庄煤矿目前开采的3层煤为近水平特厚煤层,煤层平均厚度8.65m,有自燃发火倾向性。自燃发火期为65天,发火等级为一级,煤层有爆炸危险性,煤的挥发份指数为39.8%。1992年开始使用综合机械化开采放顶煤工艺,煤巷掘进采用锚网支护,自燃发火的规律有所改变。最近,他们对矿井自燃发火的原因进行了

分析,提出了针对性的措施,为今后矿井自燃发火防治工作提供了经验。

他们对综合机械化放顶煤开采工作面防治自燃发火的认识如下:

①联络巷、溜煤眼等直接与邻近采空区相通的地点打砂袋垛,紧贴砂袋垛封闭堵漏;附近巷道喷水泥沙浆堵漏;对可能产生漏风通道的区域施工钻孔,压注凝胶、胶体泥浆堵漏,均能产生比较理想的效果。

②对开切眼和停采线因施工绞车窝形成的通道,采取砂袋充填、砂袋外喷水泥的堵漏措施,并对附近的巷道喷浆堵漏、施工钻孔、压注凝胶胶体泥浆,也可以撤面后在下头面口以外建闭墙,闭墙以里大量压注胶体泥浆。

③煤巷中顶板破碎地点加强防灭火观测,如果发现CO浓度持续上升,可以采取喷浆堵漏,并施工钻孔和压注凝胶。

④煤巷铺网支护要结合实际、注重质量,首先从顶板稳定性优化支护参数,保证煤巷顶板的完整性。

⑤对煤巷中的高冒区,采取喷浆堵漏,并施工钻孔和压注凝胶。

⑥对出现明火及高温点区域,首先采取施工钻孔、压注黄泥浆与高压水的方法,降温后再压注凝胶封堵漏风通道。

⑦认真加强特殊地段的采煤管理,确保采煤速度,一般来说日推进速度不得少于1m,尽最大限度减少丢煤量。

⑧工作面停采以后及时撤面,并对高温点采取向支架后部施工钻孔和压注凝胶、胶体泥浆的措施。

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