多煤层联合开采防火技术在红阳二矿西三下部采区的应用_王庆国.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 0引言 在近距离煤层联合开采的条件下， 由于煤层间距 较小， 加之受采动影响上下煤层采空区易形成漏风通 道， 加大了采空区浮煤自然发火性与防治的技术难 度[1-2]， 煤自燃将成为煤的重大灾害之一。我国有 50 以上的煤矿具有煤自然发火危险， 而且近几年多采用 综采放顶煤开采工艺和瓦斯抽采技术， 易造成采空区 遗煤增多和漏风增大。据统计， 我国煤的自燃火灾占 到了火灾总数的 90以上[3]。在煤自然发火监测方 面， 基于气相色谱分析的火灾束管监测系统实现了井 下气样就地检测、 数据实时上传、 早期预警， 此外光纤 测温技术在采空区温度监测方面也得到了应用[4]。在 防灭火技术与装备上， 主要有均压防灭火、 注浆防灭 火、 惰性气体防灭火以及阻化剂防灭火等。在近距离 防灭火的研究应用主要集中在合理布置巷道与开采 方法[5]； 掌握复合采空区遗煤分布、 自然发火规律、 自 燃危险区域划分及自燃预测、 自燃三带的分布[6]， 以及 合理采取采空区防灭火措施等[7]。 本文系统研究了红阳二矿 12煤层与 13煤层近 距离自燃煤层联合开采自然发火所采取的底板巷穿 层钻孔限量抽放、 及时拆断封堵抽放钻孔、 注白泥、 洒 阻化剂、 注水泥浆等一系列综合防火措施， 并采用热 成像仪、 红外测温仪、 人工检测、 火情监测系统、 色谱 仪分析多种监测手段有效地消除了煤层自然发火隐 患， 为多煤层联合开采易自燃煤层工作面防灭火提供 了切实可行的技术经验。 1矿井概况 红阳二矿位于沈阳市苏家屯区红菱堡镇南红村， 于 1976 年 3 月移交生产， 设计生产能力 90 万 t/a。于 1987 年起对矿井进行改扩建，设计生产能力150 万 多煤层联合开采防火技术在红阳二矿西三下部采区的应用 王庆国 ，王，朱礼钢 （沈阳焦煤股份有限公司红阳二矿 ，辽宁 沈阳 110106 ） 摘要 针对多煤层联合开采、 分层布置的采区， 特别是煤与瓦斯突出矿井， 易自燃煤层在采取底板 穿层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施的同时， 所面临的自燃发火防治的问题。 红阳二矿在开采西三下 部采区 12 煤、 13 煤期间， 采取底板巷穿层钻孔限量抽放、 及时拆断封堵抽放钻孔、 注白泥、 洒阻化剂、 注水泥浆等一系列综合防火措施， 并采用热成像仪、 红外测温仪、 人工检测、 火情监测系统、 色谱仪分 析多种监测手段有效地消除了煤层自然发火隐患。该防火措施对于有类似条件的矿井有一定的参考 价值与借鉴意义。 关键词 多煤层 ； 穿层钻孔 ； 防火 ； 应用 中图分类号 TD752文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0159- 04 Application of multi-seam combined mining fire prevention technology in the lower West Third mining area of Hongyang No.2 Coal Mine WANG Qingguo , WANG Yang , ZHU Ligang （ShenyangCokingCoal Co., Ltd. HongyangNo.2 Coal Mine , Liaoning Shenyang 110106） Absrtact In viewofmulti- seamcombined miningand layered miningareas, especiallyin coal and gas outburst mines, spontaneous combus- tion coal seams are facing the problem of spontaneous combustion prevention and control while adopting the measures of pre- drainage of coal seam gas by drilling holes through the floor. During the min ing of 12 and 13 coals in the lower part of Xisan Mining Area in Hongyang No.2 Coal Mine, a series of comprehensive fire prevention measures were adopted, such as limited drainage through boreholes in floor roadway, timely dismantling of blocking and draining boreholes, injecting white mud, spraying chemical inhibitors and grouting cement, and various monitoringmeans such as thermal imager, infrared thermometer, manual detection, fire monitoringsystemand chromatograph are used toana- lyze various monitorings toeffectivelyeliminate the hidden danger ofcoal seamspontaneous combustion. The fire prevention measures have certain reference value and reference significance for mines with similar conditions. Key words multi- seam; drillingthrough seam; fire prevention ; application 159 洋 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 t/a。该矿为煤与瓦斯突出矿井，瓦斯相对涌出量 19.84m3/t， 绝对瓦斯涌出量 58.76m3/min。其西三下部 采区的 12、 13煤层鉴定结果为Ⅰ级容易自燃煤层， 12煤层自然发火期为 81- 202 天， 13煤层自然发火 期为 92- 230 天。12煤层与 13煤层层间距平均 1.3m， 西区曾经出现自燃发火隐患， 至今未出现自然 发火。 2西翼采区自燃发火危险性分析 西翼采区虽然未发生过自燃发火， 但西翼采区在 采掘期间， 存在自然发火诱发因素较多。 如， 煤层底板 穿层钻孔长期抽放，局部抽放管路支管存在高温， 煤 体氧化。本煤层巷道底板温度增高， 局部地点伴随一 氧化碳显现， 采空区煤柱破碎存在发火隐患。煤层层 间距小， 存在上部采空区联通， 长期氧化蓄热升温， 易 出现采空区漏风造成采空区浮煤自然发火。 西三下部 采区采取底板穿层钻孔预抽煤层瓦斯的区域防突措 施后，底板穿层钻孔与回采施工的本层钻孔联通， 同 时受回采期间动压影响， 煤体产生裂隙， 形成供氧通 道，易出现自然发火现象。12 煤巷帮煤柱内煤体松 散， 经过预抽、 水力措施后， 更具有自然发火倾向。受 矿山压力的动态作用，井下煤柱体受压破碎变形， 形 成一定漏风通道，造成遗煤区或围岩煤体氧化自燃。 此外， 13 煤上层采空区， 顶煤破碎， 同时伴有黄铁矿 周围自燃遗留。 3防火监测措施 3.1人工检测与仪器检测进行对比分析 采取人工检测取样， 由防火人员定点检查对采掘 工作面利用红外测温仪对巷道顶、 底板、 两帮、 抽放管 内进行检查， 取样化验分析， 并将检查结果与色谱仪 进行分析对比， 减小误差。 3.2火情监测系统实时监测采空区变化情况 图 1西三下部采区 1204 工作面束管监测布置图 采用 KJ428 型分布式激光火情监测系统， 实时在 线监测采煤工作面采空区气体浓度情况， 气体监测主 机安装在 - 680 二号变电所内， 在工作面采空区铺设 一路束管， 束管监测采空区 CH4、 CO、 C2H2、 C2H4、 CO2、 O2等气体浓度情况。同时， 总结出了我矿西三下部采 区 12 煤层、 13 煤层的自燃 “三带” 划分依据， 为采空 区防火工作奠定了坚实的基础。 图 1 为西三下部采区 1204 工作面束管监测布置图。 3.3热成像仪监测 2017 年我矿首次利用 YRH300 红外热像仪， 对 采、 掘工作面顶底板巷帮及巷道高冒区、 采空区、 进行 准确全面探测， 采用整体实时成像技术， 能将所观测 物体的热分布情况完美地显现出来， 从而能较好地区 分出温度过高区域找出隐患点， 及时发现存在温度过 热的区域， 从而采取有效措施， 避免自燃的发生， 大大 提高了防火工作效率， 实现了早发现、 早预防， 同时减 少了误判的几率。 为今后的煤矿安全防火起到一定的 帮助。 4防火措施 4.1煤巷掘进期间的防火 1 ） 巷道掘进期间， 主要采取喷浆的方法来隔绝氧 气与煤体的接触， 降低煤体的氧化速度， 若巷道出现 空顶高度超过 0.5m， 由施工单位打木垛接顶， 并注充 填材料或白泥。 2 ） 由施工单位负责和安排人员配合防火检查， 自 顺槽拉口开始，每隔 20m 在两帮底板各挖一个检查 坑,规格不小于 300mm300mm， 深度挖至硬底， 防火 员用红外测温仪和温度计检查坑内温度及是否存在 漏气现象， 如温度达到 35℃时， 由施工单位立即向高 温点注水降温。 3 ） 若底板有漏气现象， 立即查明与瓦斯巷对应钻 孔， 将下部瓦斯巷抽放钻孔断开， 顺槽前掘期间， 控制 巷道左帮轮廓线外 5m 至右帮轮廓线外 10m 范围内 的穿层钻孔，待工作面掘过后立即全部封堵永久停 抽， 每天对各瓦斯巷主抽放管路取样并进行气体成分 化验分析。 4 ） 加强再生顶及巷帮煤柱的防火管理。 西三下部 采区 1302 运输顺槽， 巷帮煤柱内。经过瓦斯预抽， 水 力冲孔等措施后， 受压变形煤柱产生裂隙， 长期抽放 后，造成煤岩体漏风因此必须对 1302 运输顺槽加强 堵漏， 对煤柱进行密封使其与氧气隔绝， 防止出现自 然发火隐患。图 2 为西三下部采区 1302 运输顺槽防 火方法图。 ①主要是对 1302 运输顺槽加强支护， 同时 加强帮顶， 巷道围岩封闭， 对巷道进行喷浆防止煤柱 破碎漏风。 ②在 1302 运输顺槽向 12 煤再生顶浮煤处 160 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 打眼注白泥。 ③对 12 煤柱破碎处进行注水泥浆加固， 防止煤柱破碎漏风。④加强钻孔的密封管理与检查。 图 2西三下部采区 1302 运输顺槽防火方法 4.2回采过程中的防火 1 ） 加强开采初期的防火管理。 采煤工作面开切眼 形成后， 及时对架间洒阻化剂， 工作面上隅顺槽抹白 泥浆，支架安装完成后在架后埋设 2 组束管探头， 监 测采空区 “三带” ， 便于根据煤层自然发火期确定开采 进度。将注氮管路接至工作面下尾巷，每隔 20- 25m 交替埋设， 并随工作面推进。 同时， 防火注浆管路接至 工作面超前支护处， 做好预防性灌浆准备。注氮管路 埋设位置及防火墙位置， 如图 3 所示。 图 3注氮管路埋设位置及防火墙位置 2 ） 回采初期， 加强上尾巷的管理， 减少采空区漏 风。 由于受超前压力影响， 上尾巷冒落不充分， 空洞较 大， 漏风严重， 对自然发火有一定影响。为减少漏风， 我们采取以下措施 ①加快推进进度； ②及时对上尾 巷打切顶眼， 强制放顶； ③及时对上尾巷托盘卸下， 确 保充份冒落；④加强火情况监测，对采空区温度， 瓦 斯、 一氧化碳连续监测； ⑤对架间、 架后、 回风、 上隅角 进行检测取样化验分析； ⑥对工作面上下尾巷采用设 置风障的方法， 减少向采空区漏风。 3 ） 严格控制穿层钻孔预抽范围和超前工作面距 离。首先控制顺槽上帮以里20m 范围内的穿层钻孔 全部封堵停抽， 剩余钻孔超前于工作面 200m 范围内 的对接抽放。 200m范围以外的钻孔临时拆断停抽， 利 用胶皮管封孔， 随工作面回采进度情况及时拆断位于 工作面前方 5m范围内的穿层钻孔， 并使用合成树脂 （每孔两袋 ） 和麻袋片封堵钻孔， 合成树脂塞入封孔管 内的深度不少于 3m， 确保钻孔封堵严密。 4 ） 采取限量抽放降低抽放负压。 每天对主抽放管 路取样进行气体成分化验分析， 如发现主管路 CO 浓 度超过 0.0005， 瓦斯巷内进行分段排查， 即在该区 段进行单孔 CO 检查， 如果检查单孔瓦斯抽放浓度低 于 10或 CO 浓度超过 0.005时，则对该孔进行临 时拆断停抽。 4.3回撤期间防火措施 1 ） 工作面回撤前， 在上、 下尾巷各打一道防火墙， 厚度不小于 1m， 与端头支架封严， 向工作面方向延伸 10 组支架， 高度要实底接顶， 同时， 对防火墙抹面， 保 证防火墙严密且不漏风。 2 ） 工作面回撤期间， 对下尾巷及运顺上帮喷洒白 泥， 作业时保证白泥喷洒均匀， 如白泥脱落， 及时补喷 白泥。 在运输顺槽、 回风顺槽分别放一台白泥泵。 当监 测到一氧化碳时， 对架前打眼， 打眼角度向采空区方 向斜上 45， 并注白泥。 3 ） 工作面回撤期间， 在工作面、 架间、 上下尾巷、 运回顺端头支架及采空区喷洒阻化剂， 喷洒时确保均 匀、 无盲点。 4 ） 对于开采易自燃煤层， 采取在采煤工作面回风 侧设置调风设施， 适当降低工作面风量， 减少向采空 区及煤体裂隙漏风。 5 ） 采煤工作面停采线严禁在地质构造带停采。 4.4综采封闭防火措施 1 ） 综采封闭期间及时封闭与采空区连通的巷道 及各类废弃钻孔， 采煤工作面回采结束 45 天内进行 永久性封闭。 2 ） 每个采煤工作面的封闭都要根据现场实际情 况来制定专门的封闭措施，对运回顺槽进行灌浆封 闭。 3 ） 沙门子外建两道厚度不小于 1.2m 的料石闭， 两道闭间留 0.2m的间距， 下管注白泥。 （4 ） 如果密闭附近围岩破碎， 封闭后， 封闭前 5m 范围内帮顶及时进行喷浆处理。 4.5喷洒阻化剂防火 1 ） 阻化剂种类很多， 我矿采用氯化镁作为阻化 剂， 采用人工向采空区喷洒阻化剂， 阻化剂溶液浓度 在 1520之间。 2 ） 阻化剂喷洒地点主要为采空区遗煤、 巷道高冒 区及石门揭穿自燃煤层时， 对煤壁进行喷洒。 3 ） 采空区喷洒阻化剂主要为工作面上隅角喷洒、 161 ChaoXing （上接第 158 页 ） 致使侧向支承压力有所降低、 但范围有所增大； 2 ） 综合考虑现场实测所得的煤柱应力分布所得 的合理煤柱宽度尺寸 37m， 以及理论计算所得的合 理煤柱尺寸 5.4216.255m， 所以最终选择煤柱的合理 宽度为 6.5m。 3 ） 针对窄煤柱护巷提出非对称支护设计， 通过现 场变形监测可知巷道围岩变形可以得到较好的控制； 4 ） 通过留设窄煤柱护巷， 仅减小煤柱宽度就可获 得的利润 2600 万元。 参考文献 [1] 侯朝炯,李学华.综放沿空掘巷围岩大、 小结构的稳定性原 理[J].煤炭学报,200101） 1- 7. 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