复采工作面煤炭自燃的综合防灭火技术

2017-04-06 12:13朱荣誉杜家友马云鹏
山西焦煤科技 2017年2期
关键词:束管化剂漏风

朱荣誉,杜家友,马云鹏

(霍州煤电集团有限责任公司 技术研究院,山西 霍州 031400)

·技术经验·

复采工作面煤炭自燃的综合防灭火技术

朱荣誉,杜家友,马云鹏

(霍州煤电集团有限责任公司 技术研究院,山西 霍州 031400)

针对薛虎沟煤业2-103工作面煤层上分层煤早期受小窑破坏开采较为严重,小窑资料不明,复采火灾隐患严重等问题,结合工作面实际揭露情况,分析了复采工作面煤层自燃危险因素,通过采取堵漏风、预测预报、预防性注氮、喷洒阻化剂等综合防灭火措施,有效保障了2-103复采工作面的安全回采,并为今后其他同类复采工作面煤炭自燃的防治工作提供了借鉴。

小煤窑;复采;综放工作面;综合防灭火

薛虎沟煤业为资源整合矿井,井田范围内2#煤上分层煤早期受小窑破坏开采较为严重,且缺乏小煤窑相关资料,小窑巷道与采空区的准确位置不能确定。由于这些小窑巷道错综复杂,位置不明,漏风通道多,在其破坏的不规则区域内布置复采综放工作面,在回采过程中将会遇到较多安全隐患,自燃火灾便是一个重要的威胁安全的问题,由于复采采空区遗煤具有自燃、自然发火难灭火的特点,因此,在煤层复采过程中防灭火工作成为安全管理工作的重点。

1 2-103复采工作面概况

薛虎沟2-103复采综放工作面位于薛虎沟煤业621水平一采区,井田北部小窑破坏的区域内,其西北部及东北部靠近井田边界线,西南为3条盘区巷道,东南为2-102回采工作面。工作面煤层属于Ⅱ类自燃煤层,自然发火期3~6个月,煤层厚度2.5~5.5 m,平均厚度为4 m,属于厚煤层开采。煤层赋存平缓,倾角2°~5°,平均3°. 工作面走向设计长度790 m,倾向长200 m,工作面形状呈矩形,标高+595~+615 m,埋深86~113 m. 工作面可采储量91 000 t. 工作面绝对瓦斯涌出量1.3 m3/min,相对瓦斯涌出量0.8 m3/t,采用综合机械化一次采全高放顶煤采煤法,全部跨落法管理顶板,工作面支护采用U型棚支护,U型通风方式。

2 复采工作面自然发火危险因素分析

根据复采区工作面自身特点,结合工作实践,分析2-103复采综放工作面自然发火因素有以下几点:

1) 采煤工作面回收率低。工作面开采属于厚煤层开采,采用放顶煤工艺,放顶后残留浮煤量大,顶板冒落下的矸石虽较破碎,但未压实,采空区有漏风渗入会增加遗煤与氧接触氧化机会。

2) 复采工作面漏风隐患点多。2-103整个工作面位于小窑破坏的区域内,其在掘进期间,进风巷共揭露小窑巷道及采空区破坏区11处,回风巷共揭露小窑巷道及采空区共26处,且揭露巷道交错复杂无规律,漏风通道为松散煤体自然发火提供良好环境,增加煤自然发火风险。

3) 复采工作面煤质及顶板较松散破碎。复采工作面煤体松散,顶板破碎,导致回采速度相对较慢,使得遗煤与漏风氧接触氧化时间延长,易引发煤自然发火。

4) 上分层正在开采过程中,上分层遗煤已经经过一次氧化,煤体活化能增强,耗氧速率及放热强度等均增加,着火点温度降低,复采时,与氧再次接触更容易自然发火。

3 2-103复采综放工作面综合防灭火技术

通过复采煤层自然发火因素分析,针对复采煤层生产条件的特殊性及工作面自然发火点位置难以确定的特点,笔者认为有效地减少煤与氧的结合,才能做到科学防火,达到安全回采的目的。复采时,要尽可能地减少与氧结合的机会。为此,该矿结合工作面实际,采取了堵漏风、束管监测、人工监测、注氮、喷洒阻化剂等综合防火措施,有效杜绝了自然发火,实现了工作面的安全复采。

3.1 监测预测预报

综合防灭火技术中重要的一个环节就是对所有可能自燃地点进行可靠的监测监控、取样化验,以此进行煤自燃的预测预报。为对工作面进行可靠监测,采用人工检测、束管监测相结合的监测预报手段。

1) 人工检测。

由于掘进期间两巷揭露的旧巷及采空区较多,隐患点、不易监测点多,因此在矿井井下检测系统的基础上,增设专职火检员巡检,加强对重点隐蔽防火区进行取样检测检查,采用便携式温度计、氧气、CO、瓦斯气体检测仪,利用加长金属杆对架间风流温度、气体成分的监测以及重点冒落漏风隐患区的温度、气体成分的监测,正常每班巡检1次,每周取样化验分析1次,任何一处有异常,应及时分析处理,并增加观测检查次数。

2) 束管监测。

沿工作面进风巷采空区预埋三路d8 mm的束管监测探头,探头间隔20 m,并在上隅角铺设一路,为了避免束管被砸坏,束管外采用d25 mm的高压胶管保护,并随工作面推进埋入采空区。利用地面JSG-8型矿井火灾束管监测系统对工作面采空区和上隅角监测点气体进行监测,并取样分析监测点处CO、H2、CH4、C2H2等指标气体的种类及浓度变化,及时掌握采空区气体变化情况,为采取防灭火措施提供第一手资料。

3.2 堵漏风措施

1) 对掘进期间揭露的老巷道及采空区进行分析,分析揭露的巷道间及巷道与采空区间的连通关系,并针对有连通的漏风巷道及采空区,采用灌浆、喷浆进行封堵,并加强对工作面漏风隐患的巡查、检测,及时发现及时堵漏。

2) 回采期间,在上、下隅角进行挂风帘堵风,减小采空区漏风。

3.3 预防性注氮技术

1) 注氮系统。

井下安设一台DMJ-1000/1型井下移动式制氮装置,配套空压机功率2×185 kW,额定工作电压1 140 V,50 HZ,制氮能力1 000 m3/h,制氮纯度不低于97%,制氮机氮气出口压力不小于0.85 MPa. 考虑到氮气比空气略轻,故将4英寸专用无缝注氮钢管沿工作面进风侧埋入采空区内。采用替步埋管的注氮工艺向采空区注氮,采空区内埋管注氮距离20~40 m,注氮管口前3 m打花眼,当管路埋入采空区20 m后开始注氮。注氮方式采用开放式连续性注氮,以稀释采空区内气体的氧气浓度,惰化采空区气体环境,防止浮煤氧化自燃。

2) 注氮效果。

衡量注氮防火是否达到效果,往往通过采空区预埋束管,抽气样分析。如果注入流量为1 000 m3/h,浓度97%以上的氮气后,采空区氧浓度降到7%以下,表明采空区气体环境已被惰化。

3.4 阻化剂防灭火系统

薛虎沟煤业BH-40/2.5型井下移动式阻化剂防灭火系统主要由阻化剂溶液箱、BH-40/2.5型喷射泵、过滤器、高压软管及喷枪组成,该系统体积小,重量轻,运输携带方便,安设在2-103工作面的进风巷道中。阻化剂材料采用氯化钙,其水溶液的浓度为15%,喷洒重点为工作面上下隅角、开切眼、停采线等重点危险区域。喷洒阻化剂时,一台泵配一支喷枪,由专人手持喷枪向采空区一侧浮煤进行喷洒,喷洒工作在采煤班移架放顶前进行,从后溜机头向机尾沿支架间隙向采空区喷洒,一次喷洒宽度为工作面一个循环进尺0.8 m,喷洒要保证全面湿润煤体,以达到延长自然发火期防火的作用。

3.5 其他措施

加强通风管理,定期对2-103工作面进行测风,保证巷道有效通风断面,减小工作面通风阻力,保持工作面风量的稳定。

4 效果分析

1) 通过在掘进回采期间采取堵漏风措施,有效减少了漏风通道,在回采期间自上下隅角吊挂挡风帘,有效减少了采空区漏风量,降低了煤的自然发火。

2) 采用人工循环监测与束管监测相结合的方法,实现了对难以进行气体检测的重点隐患区进行监测,为早期发现自然发火危险提供基础。

3) 通过采取预防性注氮、喷洒阻化剂等防灭火措施,使采空区氧化带范围内氧浓度保持在7%以下,有效预防了2-103工作面采空区遗煤的自燃。并在工作面回采期间取得工作面CO气体浓度没有一次超过《煤矿安全规程》规定的良好效果。

复采煤层防灭火工作体系是相对复杂的工程,必需采取预防为主,综合治理的技术理念,才能保障矿井的安全生产。通过分析薛虎沟2-103复采综放工作面煤层赋存特点及煤层自燃影响因素,采取上述综合性的煤炭自燃火灾预防措施,有效预防了工作面煤炭自然发火,确保了工作面的安全回采,为后序复采煤层回采防灭火工作积累了一定的经验。

[1] 邓 军,马 威,张辛亥,等.复采工作面采空区浮煤自燃火灾的治理[J].煤炭科学技术,2010,38(2):43-45.

[2] 康希武.综合防灭火技术在老窑复采中的应用[J].矿业安全与环保,2002,29(6):26-27.

[3] 金江涛,谭启明,丁福龙.复采工作面自然发火的防治技术[J].煤矿安全,2006,13(7):31-32.

[4] 杨 彬,翟小伟,杨红革,等.北马坊煤矿2134复采工作面自燃防控技术研究与实践[J].煤炭工程,2013,18(9):47-49.

Comprehensive Fire Prevention and Control Technology of Coal Spontaneous Combustion in Remining Working Face

ZHU Rongyu, DU Jiayou, MA Yunpeng

Xuehugou coal mine used to be operated by some private entity, due to random mining and the lack of specific geological data, the current No.2-103 mining face which is just under the former mining area faces the hidden risk of fire and spontaneous combustion. The paper analyzes the factors of spontaneous combustion with combination of the emerged problems, comprehensive fire prevention measures are adopted, namely, air leaking stoppage, forecasting, preventive nitrogen injection and resistance agent spraying, so to guarantee the safety during remining in the No.2-103 work face, the experience is of reference for similar cases.

Small coal mine; Remining; Fully mechanized caving face; Comprehensive fire prevention

2016-12-21

朱荣誉(1989—),男,河南人,2014年毕业于河南理工大学,助理工程师,主要从事煤矿安全生产方面的技术工作

(E-mail)zhuryts@163.com

TD75

B

1672-0652(2017)02-0044-03

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