综合防灭火技术在采空区中的应用

2021-05-19 03:12王利文
江西煤炭科技 2021年2期
关键词:束管化剂煤体

王利文

(山西焦煤霍州煤电集团,山西 霍州 031400)

1 概述

山西焦煤霍州煤电集团三交河煤矿203工作面位于井下+850水平南翼,工作面上部为2-314工作面(底板标高+1 080~+1 089 m)、2-504工作面(底板标高+1 083~+1 117 m)、2-502工作面 (底板标高+1 080~+1 116 m),工作面与上部2#煤层采空区层间距98~102 m。

203工作面走向长度1 415 m,倾向长度241 m。工作面回采煤层为10#煤层,其平均厚度2.2 m,平均倾角为3°; 采用综合机械化回采工艺,工作面采用MG2×200/930-WD 型双滚筒采煤机割煤,采用ZF/15000/27.5/42支架进行顶板支护,采用PF6/ 1142型刮板输送机进行煤矸运输。

截止目前203工作面已回采至里程牌240 m。由于受工作面回采工艺影响,采空区内遗煤量大,受采空区漏风影响,在回采期间出现煤层自燃现象,采空区内最大CO浓度为0.004 7%,严重威胁工作面生产。

2 综合防灭火技术措施

为了保证工作面回采施工安全,通过技术研究,决定对203工作面后期回采期间采空区采取“喷洒阻化剂+注氮”综合防灭火技术。

2.1 喷洒阻化剂

(1)阻化剂防灭火原理

阻化剂防灭火主要是利用可以有效阻止煤层自燃的化学溶剂喷洒在采空区煤层表面上,在水分以及氧气氧化作用下,在煤体表面形成一层隔绝氧薄膜,从而起到杜绝煤体氧化作用;同时阻化剂在形成隔膜期间大量吸收空气水分,确保被隔绝的煤体长期处于低潮湿状态,而且阻化剂在吸收水分时处于吸热状态,对煤体起到降温作用,从而达到了抑制煤层自燃、延长自然发火期的目的。

(2)阻化剂喷洒设备及化学材料

①设备:采用BH-160/12.5-G型往复式拉杆泵进行采空区阻化剂喷洒施工,配套一根Φ为10 mm的输送软管以及一根Φ为13 mm钢管,以及闸阀、喷枪、压力表、流量计等压注设备,具体参数见表1。

表1 BH-160/12.5 -G型往复式拉杆泵阻化剂喷洒设备技术参数

②化学材料:为了降低成本费用以及减小对设备产生腐蚀作用,决定采用MgCl2与水配比溶液作为阻化剂。根据氯化镁在水中的溶解度,结合雾化效果及阻化效果等因素,确定氯化镁和水的配比为1:30,结合203工作面煤层特点,初步确定选用15%的浓度。

③阻化剂防灭火工艺:a、203工作面采取人工喷洒阻化剂的方式对采空区及头尾端头的遗煤进行阻化剂喷洒,在综采工作面头、中、尾各安设一组喷头,用Φ10 mm的高压胶管连接至阻化泵,将阻化剂喷洒后从采空区漏风通道随风流进入采空区,从而达到堕化采空区浮煤、防治浮煤自燃发火的目的;b、在工作面初采阶段或者结采期间,受地质条件、工艺等影响,回采速度相对较慢时,应采用喷枪人工近距离对回风隅角、架后10 m范围内等重点容易发火区进行喷洒阻化剂,每天一次,达到抑制煤层自燃的效果。

2.2 注淡施工

(1)氮气防灭火机理

采空区注入氮气后增加了采空区静压作用,采空区与工作面气压差减小,减少采空区漏风量,从而降低了采空区内煤体与氧气接触机会;同时采空区内注入氮气后在进入煤体裂隙过程中,减少了煤体对空气的吸附量,降低了煤体氧化现象,氮气进入煤体后可对煤体进行吸热,减缓了煤体升温速度,以及降低周围介质温度,破坏了煤体氧化升温条件,避免了煤体氧化自燃现象。

(2)注氮设备

203工作面采用DTG-1500/6.5型变压吸附固定式碳分子筛制氮机组进行注氮施工,注氮压力为0.65 MPa,采用DN250无缝钢管作为输氮主管路,长度为1 800 m; 采用DN100无缝钢管作为输氮支管路,长度为2 400 m。

(3)注氮工艺

①在工作面的辅运顺槽内铺设一趟DN100注氮管路,每60 m预留1个三通阀门,在每条联络巷内安装上下两趟分支管路,分支管路间距为1.2 m,分支管路与DN100注氮管路采用角阀丝扣连接。

图1 203工作面采空区注氮管路铺设平面

②工作面在回采前对所有联络巷进行密闭,并关闭注氮管路阀门;当工作面逐渐推进,第一个联络巷进入采空区10~15 m后及时打开注氮管路阀门,对采空区进行注氮施工;当工作面回采至第二个联络巷时拆开第一个联络巷注氮管路,打开第二个联络巷注氮管路,以此类推直至工作面回采结束,见图2。

3 火灾束管监测系统

3.1 束管监测系统参数

(1)设备组成:束管监测系统型号为SG-2003,该系统主要由粉尘过滤系统、束管采样器、集控器、气体采样控制器、主机、抽气泵、矿用色谱仪、系统软件等部分组成。

(2)设备技术参数:该设备宽×高×深为0.6 m×0.45 m×0.45 m,额定电压为200 V,功率为2.1 kW,具体参数见表2。

表2 SG-2003束管监测系统技术参数

3.2 束管监测系统布置

203工作面共计布置四个测点,每个测点布置一个束管采样器,1#测点布置在回风隅角处,随工作面开采而移动,监测气体组份和浓度;2#、3#、4#三个测点布置回风顺槽侧,间距为20 m,随着工作面不断推进三个测点进入采空区内,可对采空区0~60 m范围内有害气体进行实时监测,见图2。

图2 SG-2003束管监测系统布置

3.3 束管监测系统功能

(1)预报功能:该系统可通过监测的各组分浓度、烷烯比、链烯比的计算以及气体含量在一段时间内变化情况,及时准确的反映采空区高温及火源温度变化情况,进行爆炸危险程度判别。

(2)自动控制功能:该系统中气体采样控制器可对多个采样点进行自动巡回采样,并对气体浓度进行实时分析,同时将分析结果上传至主机系统中,通过系统软件计算出煤层自燃情况,并发出警报。

(3)存储报表功能:该系统可对数据保存十年以上,为防灭火提供各种数据;同时该系统具有报表、曲线、储存、打印功能,并能够以报表的形式供参考分析。

4 结语

2019年7月对三交河煤矿203工作面采空区采取“喷洒阻化剂+注氮”综合防灭火技术,通过采用束管监测系统对采空区发火现象进行实时监测。通过6个月实际应用效果来看,采取综合防灭火技术措施后,203工作面后期回采过程中采空区内CO浓度控制在0.001 5%以下,消除了采空区煤层自燃隐患,保证了工作面安全高效回采,取得了显著应用成效。

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