官地矿28412工作面拆架期间的防灭火技术措施的应用研究

王 瑞

(山西焦煤集团有限公司 官地矿,太原 030022)

官地矿28412工作面拆架期间的防灭火技术措施的应用研究

王 瑞

(山西焦煤集团有限公司 官地矿,太原 030022)

官地矿28412工作面拆架的扩循环时间过长,采煤工作面发现CO涌出超限及温度异常,28412工作面具有发火危险。采取了采空区注氮-注浆-注水的联合喷注系统,同时在进风上隅角喷洒阻化剂,实行人机协同监测监控,在采取综合防灭火措施后,回风流CO浓度降低到15 ppm,支架后方温度在25 ℃左右,取得了良好的效果,保证了拆架工作顺利安全的进行。

拆架;异常;采空区;综合防灭火

矿井下的综放工作面在回采结束后的撤架期间,往往由于停采周期长,煤体破碎范围大,同时工作面机械设备的拆卸运输、顶板垮落,使得撤架期间通风不稳定,漏风复杂,大幅增加了撤架工作面的煤炭自燃危险性[1-3]。此外,随着井下机械化采掘设备的普及,拆架过程持续时间较长,对于易自燃煤层而言,多数拆架工作持续时间超过了自燃煤层的自然发火期,这就造成了煤层自燃危险增大[4-6],西山官地矿的28412工作面在拆架期间发现,CO涌出超限,同时支架后区域温度异常,温度最高可达41 ℃,严重威胁了工作面的安全生产,因此需要采取相应防灭火措施对拆架工作面进行治理,保证人员安全及设备的及时拆移。

1 工作面概况

官地矿中四采区28412综放工作面开采8#、9#煤层,其中8#煤层自燃发火倾向性为Ⅱ类自燃煤层,9#煤为Ⅲ类不易自燃煤层。28412综放工作面采用综合机械化放顶煤开采,具体方式为“采9放8”。该工作面由正巷(1520 m)、副巷(1660 mm)和切眼(197 m)构成,工作面总支架数为132个,采用副巷进风,正巷回风的U型通风系统。在回采结束后,扩循环进行了29 d,之后拆除采机及刮板运输机期间,发现回风风流中CO含量达到129 ppm,并在50#支架后方发现热异常区域,采空区着火危险大,对矿井的安全生产造成了隐患,为此针对28412综放工作面的自燃区域,制定了“保证供风,全面防治,重点监控”的综合防灭火措施。

2 拆架期间的稳定供风

2.1拆架期间的风流(量)控制

由于拆架期间出现了CO涌出异常及热异常区域,加之扩循环持续将近一个月,表明拆架区域内的煤层(包括工作面煤壁,支架上方、后方,采空区)均有着火危险。煤炭的自燃需要充足的氧气,隔绝空气有助于灭火,但同时拆架过程需要通过通风而保证人员的呼吸,这就造成了风量供给的矛盾,同时拆架过程中顶板垮落,有减少回风风流及堵塞回风风道的危险[7-8]。因此,在基于足够风流保证工作面人员呼吸的前提下,减少采空区漏风,将风量调控在合理范围内。具体措施如下:

1)进风上隅角用黄泥装袋构筑隔离墙堵实,厚度与支架后方齐平,防止采空区的进一步漏风造成着火加剧。

2)支架前方至煤壁范围内用木垛及单体支架支撑,防止拆架后顶板垮落堵塞回风风道。

3)进风巷道口及回风巷道实时测风,保证拆架区域内新鲜风流的供给。

4)进入拆架工作面的人员数量严格控制,拆架、打钻、瓦检、注浆人员及各工种带班管理人员必须上报,进而确定区域内人员数量,从而确定最低供风风量。同时,随着拆架的进行和防灭火工作的持续,逐渐降低供风风量。在拆架开始时工作面需配风量为300 m3/min。

2.2拆架期间供风应急措施

拆架期间顶板会有垮落的危险,首先木垛及单体支撑部分空间防止回风风道的堵塞,同时,在进风巷道口附件安设2X kW的局部通风机,风筒(mm)延至拆架处,随着拆架的进行,拆卸风筒,并保持局部通风机始终处于待开启的状态。

3 拆架期间的防灭火措施与操作

3.1瓦斯、温度及CO的监测监控

28412综放工作面的拆架初期,CO涌出异常并出现热异常区域,需要加强对该区域的温度、瓦斯和CO进行监测监控,首先用红外热成像仪全面监测撤架工作面区域内(包括支架上方,煤壁,支架后方)的温度分布及最高温度,每6 h 1次,图1是发现异常当天90#支架后方区域的温度热成像,可以看到该区域总体温度处于18 ℃～25 ℃,但也存在40 ℃左右的高温热点,这些热点对于煤的氧化自燃是个隐患。同时,用瓦斯检测仪及CO检测仪器测定拆架工作面区域内及回风风流中的瓦斯及CO浓度,依然每6 h 1次。回风风道内吊挂CO、瓦斯及温度监测仪器,实时传输数据至地面监控机房。监测监控时期,保证每天瓦检员早晚2班倒,并及时汇报监测数据,同时有科队领导实时跟班。

图1 90#支架后方某日温度热成像结果Fig.1 Thermal Imaging of one day temperature at the rear of No.90 support

3.2拆架期间的防灭火措施

针对28412拆架工作面CO涌出异常及热异常区域,基于煤自燃机理理论,选择对整个拆架工作面的支架间及支架上方注浆,在支架后方打钻注氮,在进风上隅角区域内喷化剂的联合治理措施,同时对已经发现的热异常区域实施“区别对待,重点治理”的放灭火措施。

1)由于注浆需要及场地条件限制,在28412正巷设置注浆水池,通过普遍性注浆,可以湿润煤体,降低煤体温度,同时通过高浓度浆液的灌注也可以达到封堵煤体裂隙的效果,要求每班注浆前对每个注浆孔先注水后注浆,防止钻孔堵塞,并对出水温度进行监测,水温只要高于注浆池内浆液温度就表明该注浆孔为有效注浆孔。注浆钻孔一般打到15 m左右,同时采取加装有孔套管的方式,增加浆液灌注面积。图2为28415工作面注浆、注氮示意图。

图2 28415工作面注浆、注氮示意图Fig.2 Diagram of grouting and nitrogen injection of No.28415 working face

2)通过在拆架工作面中心位置打钻,打钻套管。图3为打钻套管图。并利用原有注氮泵站对支架后方实施注氮处理,通过注氮可以有效地降低支架后方采空区内的氧气浓度,抑制自燃发火,在拆架进行期间持续注氮,每拆30个支架更改新的注氮位置,每小时注氮400 m3。

图3 打钻套管图Fig.3 Drilling sleeves

3)鉴于进风上隅角区域瓦斯容易积聚,是自然发火的危险区域,因此对进风上隅角喷撒阻化剂,可以减少氧气与煤体表面的接触面积,进而使进风上隅角区域内的煤体自燃危险性降低。

4)由于部分支架后方出现了热异常区域,高温点温度甚至超过了50 ℃,因此,首先通过拆除热异常区域的支架并打单体支护该区域的方法,使热量更容易散失,方便热异常区域的监控和治理,同时对热异常区域表面喷水,内部打钻注浆,进一步对热异常区域煤体直接进行部分剥离的措施,以期迅速降低煤体温度。

3.3治理效果与分析

矿井火灾具有一定隐蔽性,一般通过煤炭自燃伴随着的温度和CO浓度的变化来判定放灭火措施执行后的效果。图1支架后方煤体温度变化趋势,可以看出,通过表面喷水,内部打钻注浆等措施治理30天后,热异常区域从50 ℃逐渐降低到常温的25 ℃,并在治理后期保持稳定,说明浆液抵达了采空区高温带,起到了良好效果,热异常区域基本已经消除。同时图1为28412工作面回风流CO浓度,图1显示,回风流中地CO浓度呈现先上升后下降的状态,在初期对温度异常区域灌浆处理时,一方面可能由于可能治理时间较短,浆液未明显控制高温区域,使得煤自燃趋势依旧存在,另一方面,也可能是水和高温煤体在缺氧环境中接触,基于水煤气原理,进一步产生CO,增加了回风流中的CO浓度[9]。而随着治理工程的推进,煤氧反应逐渐得到抑制,CO浓度会迅速降低,在治理45 d后,降低为15 ppm左右,符合安全规程中的要求,保证了矿井安全生产。

图4 支架后方煤体温度变化趋势Fig.4 Temperature variation of coal body at the rear of the support

图5 工作面回风流CO浓度Fig.5 CO concentration in return current of the working face

4 结论

针对官地矿28412工作面拆架期间的CO涌出超限及温度异常现象,采取了采空区注氮——注浆——注水的联合喷注系统,同时在进风上隅角喷洒阻化剂,实行人机协同监测监控,在采取综合防灭火措施45 d后,回风流CO浓度降低到15 ppm,支架后方温度在25 ℃左右,取得了较好的效果,保证了拆架工作顺利安全的进行。本方法使灭火的隐蔽工程变得极具显现化,对矿井火灾的治理有着显著的效果,在相近条件下具有一定的推广应用。

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(编辑:刘新光)

ApplicationofFirePreventionandControlwhenDismantlinginNo.28412WorkingFaceofGuandiMing

WANGRui
(GuandiMine,ShanxiCokingCoalGroup,Taiyuan030022,China)

The cycle time of the dismantling is so long that the CO emission overrunning and the temperature anomaly occur in No.28412 working face of the Guandi Mine. Therefore, the No.28412 working face is threatened by combustion hazards. In view of safe production, Guandi Mine adopted a combined system of nitrogen-grouting-water injection, spraying resistance agents in the upper corner and implementing man-machine coordination monitoring at the same time. With the comprehensive fire prevention measures, the CO concentration in return air flow has dropped to 15ppm and the temperature at the rear of the support has been around 25 ℃, which is effective to ensure the smooth and safe dismantling.

dismantling; anomaly; goaf; comprehensive fire prevention and control

TD752

A

1672-5050(2017)03-0060-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.017

2017-03-15

王 瑞(1987-),男,山西忻州人,硕士,助理工程师,从事矿山通风工作。