神宁集团宁东矿区阻化剂防灭火的技术应用

甄立民(神华宁夏煤业集团公司生产指挥中心,宁夏银川 750000)

神宁集团宁东矿区阻化剂防灭火的技术应用

甄立民(神华宁夏煤业集团公司生产指挥中心,宁夏银川 750000)

为了更好的解决神宁集团宁东矿区采空区遗煤自然氧化的问题,本文就阻化剂防灭火系统在宁东矿区梅花井煤矿的应用进行了科学分析,提出了阻化剂防灭火系统的技术管理手段,解决了采空区遗煤自然氧化的问题,保证的煤矿的安全生产。

采空区遗煤氧化 阻化剂 防灭火 实践

1 概况

梅花井煤矿为鸳鸯湖矿区五对特大型矿井之一。矿井地质储量2510.54Mt,可采储量为1229.79Mt,可采煤层17层,可采煤层平均总厚28.19m,倾角5～25°,均属倾斜煤层,设计生产能力为1.2Mt/a。井田煤层煤种为低变质程度的长烟煤和不粘煤,煤层自燃等级均为容易自燃,均有自燃倾向性。

根据对矿井112203综采工作面上隅角及其回风流的CO、O2浓度进行测定,发现采用注氮、灌浆等防灭火措施后,上隅角CO浓度仍不能得到有效的控制,经常出现上隅角、综采支架架间的CO浓度超过24ppm,O2浓度低于18%,严重威胁综采工作面作业人员的安全,为此该矿先后在112203综采工作面、114202综采工作面等安装了辽宁华科生产的BZ4/15-G型阻化泵整套设备,在近4年的使用过程中,有效的解决了综采工作面及其上隅角的CO浓度,确保了综采工作面的安全生产。

2 阻化剂防灭火机理

在化学上,凡是能减小化学反应速度的物质皆称为阻化剂(inhibitors)。

2.1 阻化剂的作用机理

(1)增加煤在低温时的化学惰性,或提高煤氧化的活能;(2)形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面;(3)充填煤柱内部裂隙;(4)增加煤体的蓄水能力。

2.2 阻化剂的评价指标及其影响因素

我国目前采用阻化率和阻化寿命作为衡量阻化剂的两个指标。

阻化率：含硫量小于2%的煤采用煤样在阻化前后放出CO气体的相对变化量作为评定指标;含硫量大于2%的煤(一般称为高硫煤)采用煤样在阻化前后放出SO2气体的相对变化量,作为评定指标。此指标称之为阻化率。测定阻化率时要准备两种煤样：一种经过阻化剂处理过的煤样;另一种是原煤样分装在两个试管中;其粒度为0.35～0.66mm,重量70g。实验条件保持一定。测定反应试管释放的CO或SO2气体的浓度,按下式计算阻化率：

式中 E-煤的阻化率%，A、B分别为原煤样和阻化煤样在规定的实验条件下氧化5小时放出的CO(ppm)或SO2(mg)。阻化率越大,说明阻化剂对煤氧化的阻止作用越大。

2.3 阻化剂防火工艺

应用阻化剂防火的主要方法是：表面喷洒、用钻孔向煤体压注以及利用专用设备向采空区送入雾化阻化剂。

根据实际情况,该矿采用的阻化剂是氯盐类阻化剂,该阻化剂的阻化机理主要是阻化剂与煤分子发生取代作用和络合作用生成稳定的链环,提高煤与氧化合的活化能,其反应方程式如下：

3 BZ4/15-G型阻化泵工作原理

3.1 BZ4/15-G型阻化泵的技术参数

BZ4/15-G型阻化泵整套设备由泵车、储液搅拌车、雾化器、胶管组成。泵车由高压柱塞泵、防爆电动机、真空磁力起动器、缺液断电保护装置、底盘车等组成。阻化泵主要技术参数见表1。

3.2 BZ4/15-G型阻化泵的工作原理

BZ4/15-G型阻化泵整套设备安放在综采工作面机巷电气列车处的平板车上。在工作面下隅角向采空区漏风点设置2～3个雾化器向采空区直接喷洒。阻化泵站主机和综采工作面电气列车放在一起,通过高压胶管和雾化器连接。

表1 阻化泵主要技术参数参数

表2 阻化剂使用前后工作面上隅角CO浓度对比

阻化泵电动机带动柱塞泵吸取低压阻化液通过高压胶管在采煤工作面下隅角处及其支架的雾化器,向采空区直接喷洒,排出高压液体到雾化器形成直径10～30μs,利用采空区漏风将雾状、细小的阻化剂溶液带入采空区,在采空区煤矸表面形成阻化液膜,降低采空区遗煤氧化速度,延长自然发火期,从而达到防火的目的。目前该矿采用阻化泵所采用的阻化剂为卤块、卤片、卤粒,其水料比3：1,浓度为25%。

3.3 BZ4/15-G型阻化泵的优点

(1)无动力自动搅拌装置例用泵站自身动力采用液力搅拌,无需再增加电动搅拌或者人工搅拌的螺旋桨装置。采用的液力搅拌能使阻化剂溶剂在水里更好的溶解,更好的发挥防火的作用。(2)为了适应矿里的高压要求,而系统不发热。高压泵的压力调节阀采用YF-0型,压力可以随时调节。(3)缺液断电保护装置,当储液箱内的阻化溶液喷洒完时,该装置能控制真空磁力起动器,使电机断电停泵。避免设备干转发生危险和破损。(4)该套设备所有接头都采用矿用K型接头方便快捷不泄露。

4 阻化剂防灭火系统使用前后综采工作面的防灭火效果

阻化剂防灭火系统在该矿中的实际应用：根据该矿的实际情况,先后在112201综采工作面、112203综采工作面、116101综采工作面及116103综采工作面安装了阻化剂防灭火系统,通过对这四个综采工作面安装阻化剂防灭火系统前后上隅角CO浓度的观察,发现安装后综采工作面上隅角CO浓度明显下降。

(1)116101综采工作面使用阻化剂后上隅角CO浓度在割煤过程中基本上不超过20ppm,检修过程中基本控制在10ppm以下,阻化剂防灭火效果显著。(2)114202综采工作面使用阻化剂后上隅角CO浓度在割煤过程中基本上不超过80ppm,检修过程中基本控制在30ppm以下。(3)112203综采工作面从开始喷洒阻化剂后,上隅角CO浓度呈下降趋势,但是因喷洒量不足、地表裂隙填充不到位等原因,上隅角CO浓度变化不大,防灭火效果不太明显。(4)116103综采工作面使用阻化剂后上隅角C O浓度在割煤过程中基本上不超过24ppm,检修过程中基本控制在15ppm以下。

5 阻化剂防灭火系统在使用过程中存在的问题及说明

5.1 使用过程中存在的问题

(1)因阻化剂腐蚀机械设备、支架,综采队对机械设备、支架等金属构件需不定期的喷洒防腐蚀漆,增加了综采队员工的劳动强度。(2)采煤工作面操作员工在配制浆液的过程中,阻化剂与水的配比不够,导致溶液浓度低于25%,造成部分综采工作面阻化剂防灭火效果不明显。(3)在使用过程中,缺水保护系统容易损坏。

5.2 解决措施

(1)为采掘面岗位工种增发多套工作服和劳保用品,进行倒替使用,并督促矿洗衣房增加烘干、洗衣设备,及时解决下一班次工人能穿干燥、干净的工作服上班,以增强职工使用阻化泵装置的积极性。(2)要求各个综采队必须编制相关安全技术措施,阻化泵的使用,阻化剂的喷洒必须按照措施要求进行。

6 结语

梅花井煤矿通过采用阻化剂防灭火系统,BZ4/15-G型阻化泵整套设备明显延长了采煤工作面采空区的自然发火期,防灭火效果显著。从根本上解决了综采工作面上隅角CO浓度过高的问题,同时优化了梅花井煤矿防灭火系统,彻底解决了遗煤自然氧化所产生的安全隐患,使作业地点的CO浓度满足《煤矿安全规程》对工作面有害气体浓度的要求标准,为矿井高产高效提供了强有力的保证。

甄立民(1967.1-)男,大学学历,通风与安全工程师,曾在《宁夏科技》、《西北煤炭》等刊物上发表论文数篇,历任石嘴山矿务局技术员、副科长、科长等职,现任神华宁夏煤业集团公司生产指挥中心主管。