易燃高瓦斯综放面煤层自燃综合防治技术.doc

易燃高瓦斯综放面煤层自燃综合防治技术 王长元, 王正辉, 岳超平 煤炭科学研究总院重庆研究院, 重庆400037 摘 要根据综放面煤层自然发火的特点, 分析了煤层自然发火的原因, 提出综放面的管理技术措 施和不同回采时期的自燃火灾综合防治措施, 对我国综放面煤层自燃火灾防治具有一定的参考意义。 关键词综放工作面; 自然发火; 综合治理 中图分类号TD75 2. 2 文献标识码B 文章编号1008-44952007 05-0056-03 收稿日期2007-04-18 自20世纪90年代以来, 综合机械化放顶煤开 采作为实现高产高效集约化矿井的一项重要技术, 得到了大量的推广应用。目前综放面最大日产已达 5万t , 采放比已由1∶3增到1∶ 6～7 ;10多年来, 综放开采存在的瓦斯、本解决, 。 1 综放面煤层自然发火特点 综放面开采发生火灾的地点大多在“两道两线”上, 也有发生在支架顶上及支架后部上方, 其特点如下 1 目前综放工作面的设计产量大, 工作面长, 所需支架架型大, 其开切眼的巷道尺寸也相应较大。开切眼形成后, 由于支架的尺寸大, 质量大, 安装进度慢, 加上安装的熟练程度影响, 安装设备的时间过长, 往往在工作面推过开切眼不久就出现C O , 甚至发生火灾。 2 综放面两端头的顶煤不回收, 使两端头遗煤大量堆积, 加之适量的漏风成为自燃火灾的隐患。一般都是发生在进风侧采空区, 而表现出来都是在回风侧, 因为在回风侧才能方便地检测到C O 。 3 综放面各工艺设备之间配合不协调、甚至脱节, 或因机械设备故障, 或因工作面过断层带, 造成工作面推进速度非常慢, 导致采空区或支架顶上发生自燃火灾。 4 综放面停采撤架期间, 由于受生产组织和综放设备回撤困难等因素影响, 造成综放面撤架时间过长, 导致终采线附近浮煤自然发火。 2 , 且属于 , 顶煤的回采率较, 采空区遗煤较多, 为自然发火提供了物质条件。 3 采空区顶板冒落的高度大 , 采空区在短时间内不能及时充满压实, 造成采空区漏风通路多, 并且漏风量较大。 4 由于综放面产量高, 使工作面配风量增大, 导致采空区氧化带范围增大, 氧化带内漏风量也增加, 为煤炭自燃提供了充足的氧气。 5 两端头的顶煤不回采, 使两端头遗煤大量堆积。加之适量的漏风成为自燃火灾的隐患。 6 综放面在回采期间, 因采放工艺或设备之间配合不协调, 或因机电故障, 或因过断层带等, 造成工作面推进速度非常慢, 甚至停采, 为采空区自燃提供了时间条件。 7 综放面在停采撤架期间, 由于受生产组织和综放设备回撤困难等因素影响, 导致综放面撤架时间过长, 也为终采线附近煤炭自然发火提供了时间条件。 3 综放面煤层自然发火综合防治技术 [1] 通过10多年的实践, 综放工作面煤层自燃防治应采取以注氮为主, 以堵漏和火灾监测为辅, 以及加强管理为主要内容的综合防治技术措施, 才能有效地预防和治理综放面煤层自然发火。3. 1 管理技术措施 1 采取各种有效方法, 提高综放面的回采率。 在减少煤炭资源损失的同时, 也减少了采空区遗煤 量, 从而降低自然发火的可能性。 ・ 65・ 2 合理确定工作面推进速度。实践证明工作 面的月推进度大于或等于煤层最短自然发火期时, 或者说工作面的月推进度大于或等于工作面采空区散热带与氧化带长度之和时, 氧化带的浮煤氧化时间短, 未达到自然发火条件就进入了窒息带, 可以有效地防止采空区煤层自然发火。 3 合理确定工作面的通风量。对于低瓦斯综放工作面, 其通风量只要能满足工作人员的需要量, 或机电设备的散热要求和满足煤矿安全规程规定的工作场所温度指标即可。通风量越小, 采空区氧化带的范围就小, 造成的漏风量也小, 采空区氧化带发火的几率就小。反之亦然。 4 采空区抽瓦斯与自然发火的关系。对于高瓦斯综放工作面, 首先在满足瓦斯不超限的情况下, 尽可能降低其通风量。若采用风排的方法, 仍不能完全解决瓦斯超限问题, 则必须加强瓦斯抽放必须同时采取超前预抽、采空区抽放等措施 。若通风量已达到合理范围, , 瓦斯问题仍然突出, 是一对矛盾, 瓦斯问题。量就大, 氧化带宽度就大, 煤炭自然发火的几率就大。同时还要根据矿井的实际情况, 研究和把握采空区抽瓦斯与防火的关系, 过度抽放将导致采空区自然发火。当抽放瓦斯管路中已出现一定量值的C O , 则必须减少抽放量或停止抽放, 待C O 浓度值降 到允许范围内后才又开始抽放瓦斯。 5 采空区抽瓦斯与注氮防火之间的关系。对开采同时具有高瓦斯和自然发火危险的煤层而言, 必须采取相应的防治措施。进行瓦斯抽放和注氮防灭火, 分别是防治这2种灾害的有效途径。对采空区同时注氮防火和瓦斯抽放时, 必须采取合理的注氮强度, 并与抽放瓦斯的强度相匹配, 而且注氮口的位置和瓦斯抽放口的位置也必须相对合理。将注氮口的位置设在进风侧氧化带内, 而瓦斯抽放口则应布置在采空区的窒息带中。3. 2 综放面煤层自燃综合防治技术3. 2. 1 开切眼及初采期间的防火技术 1 缩短煤壁暴露时间。开切眼形成后要对煤 壁喷水泥砂浆或复合胶体材料封闭, 扩大断面后还要对煤壁进行补喷, 对较大的裂隙区要压注黄泥胶浆或固化材料。 2 防止煤壁产生裂隙。支架安装前需扩大断面, 以致产生的裂隙较多, 这些裂隙的存在, 容易导致煤炭自然发火。因此, 在扩大断面之前要向周边 煤体预先压注凝胶, 以加固煤体使之不易或较少产生裂隙。在支架安装时边扩边安, 扩大断面工作面要超前安装工作面5. 0m 左右, 压注固化材料要超前扩大断面6. 0m 左右, 向顶板2. 0m 范围内压注复合胶体材料。 3 降低风量, 减少漏风, 减弱氧化强度。开切眼掘成安装期间, 通风量应适当, 以减少煤体裂隙漏风。 3. 2. 2 在工作面正常推进期间的防火 工作面采空区的防火采用以注氮为主的综合防灭火技术措施; 若工作面出现异常情况, 应增加采空区注浆、上下端头喷洒防灭火材料等辅助措施进行治理。 3. 2. 3 , , 当孔隙体, 使裂隙内的煤由氧化、自。防火措施如下 1 锚杆锚网支护。采用锚杆锚网支护巷道, 改变巷道煤体的力学状态, 在巷道周围形成一个整体而又稳定的承载圈, 改善矿压、围岩和支架3者之间的关系, 保持巷道围岩的稳定, 以免产生裂隙。 2 注胶堵漏。一是向煤壁喷水泥砂浆或复合胶体材料, 密封煤壁; 二是向裂隙比较多的区域压注复合胶体材料, 避免漏风, 破坏其供氧蓄热条件。3. 2. 4 其他局部防治措施 1 对工作面回风巷、运输巷发生的高冒、高温 等处, 用固化材料进行充填防火, 也可用高效泡沫灭火。 2 端头砌墙堵漏。对于两端头的大量浮煤, 大致有2种防火措施一是采用凝胶覆盖胶结防止漏风、氧化、蓄热; 二是在两端头每间隔一定距离, 用沙袋或采取快速垒砌材料垒砌成墙, 阻止或减少向采空区氧化带内漏风。 3 工作面上隅角或支架顶部、支架后方出现高温, 采用钻孔或插管方式, 注复合胶体材料, 达到降温和扑灭火源的目的。 3. 2. 5 因故长时间停产期间防火 当工作面因故停产, 无论停产时间长短, 则采取以下措施 1 在进、回风隅角处快速垒砌隔墙, 每道隔墙厚3m , 并向隔墙内注黄泥胶浆。 2 保证足够的注氮能力连续注氮。 3 在进、回风隅角处挂风帘。 4 束管监测到采空区C O 和上隅角C O 超过预 ・ 75・ 测预报标志气体的防火规定值时, 则采取注入氮气泡沫灭火。3. 2. 6 不放顶煤期间的防火 1 当确定从不放顶煤开始, 在进、回风隅角处快速垒砌隔墙, 每道隔墙厚3m , 并向隔墙内注黄泥胶浆。 2 当采到终采线时, 在进、回风隅角处快速垒砌隔墙, 每道隔墙厚3m , 并向隔墙内注黄泥胶浆。3. 2. 7停采撤架期间的防火技术 1 停采时工作面距终采线一般在20～25m 内不放顶煤, 考虑避开周期来压等影响因素。 2 在工作面停采期间, 上下隅角及端头用井字木垛进行加强支护, 在木垛之间用固化泡沫材料加黄土砌筑封堵墙, 对墙后及两旁注固化泡沫堵塞裂缝裂隙, 减少采空区漏风。 3 降低风量, 减少漏风。综放面推进到终采线后, 将工作面的风量降低, 一般降低原通风量的1/3以减少采空区和煤体裂隙漏风。 4 , 。 5 , 对采空区可能; 提前封闭与工作面连通的联络巷, 防止采空区外部漏风。 6 压注黄泥等胶体封堵裂隙。向支架后、顶板和有裂隙的煤壁压注黄泥等胶体, 尽可能封堵、覆盖, 避免漏风氧化。 7 撤架期间喷洒防火材料。每撤出1架支架, 即对浮煤进行防火材料的喷洒, 以减缓浮煤氧化。 8 快速撤架。事前优化撤架工艺及组织管理, 分工明确, 责任到人, 提高撤架速度, 缩短撤架时间。3. 3 工作面封闭及其终采线防火3. 3. 1 永久密闭的构建 按照MT ΠT 6981997矿井密闭防灭火技术规范的要求, 在综放面停采完成撤架后, 要求在最短的时间内, 完成工作面的永久密闭施工。 1 密闭地点。在距终采线10m 左右和距外巷道口4～5m 处, 分别在进、回风巷和其他相关的巷道各建3道防爆双墙密闭。 2 防爆密闭的构建要求。每道密闭的总厚度 不得低于巷道高度的2倍[2] , 每道墙的厚度不得低于1. 0m , 且在墙高的2/3范围采用钢筋混凝土浇 灌, 余下的1/3采用800mm 厚的砖墙建造, 密闭墙的 外立面采用水泥砂浆抹面, 并达到质量标准要求。双墙之间利用地面注浆系统或井下移动式制浆设备充填黄泥浆、粉煤灰浆、水泥砂浆或无毒生态复合胶体材料, 以增强堵漏风效果。在密闭上设置D 50的取样管带阀门 , 并在回风巷、运输巷密闭墙上预埋D 50注浆管路带阀门 和D 100注氮管路带阀门 。密闭墙建好后向闭墙间注入胶体, 以充填墙间的空隙。 3 在第1道密闭墙与第2道密闭墙之间的巷道中间采取水泥支柱支护, 并对巷道四周采取水泥砂浆喷涂, 喷涂厚度达到200mm 。 4 密闭工程结束后, 及时对闭前的巷道进行水3. 2 、进回风巷, 注满为止。 若有顶回风巷的, 还需在其巷道内布置注浆钻孔, 其方位角、孔长、终孔位置及数量, 需做施工设计, 对工作面终采线实施灌浆处理。3. 3. 3 密闭漏风监测和管理 密闭墙按封闭区管理的要求进行严格管理和定期监测, 每周对采空区进行自燃预测预报气体检测, 出现异常时进行密闭补充注浆。密闭墙前设置栓栏 和密闭墙记录牌。 4 结语 目前, 综放开采技术得到大量推广应用, 因各矿区的煤层条件、瓦斯和自然发火等级都不尽相同, 因此, 只有结合各矿的条件和特点, 因地制宜地采取综合防灭火技术措施, 并加强管理, 才能有效地保障综放面的安全生产, 实现高产高效。 参考文献 [1]王长元, 王正辉, 等. 同煤集团大唐塔山煤矿公司易燃超 厚煤层综放面自燃综合防治研究实施方案[R].重庆煤炭科学研究总院重庆分院,2006. [2]王长元, 等. 德国井下密闭的构筑[R].重庆煤炭科学研 究总院重庆分院,1986. 责任编辑吕晋英 ・ 85・