复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采综合防灭火技术研究.doc

第14卷第7期中国 2004年7月China安全 Safety科学Science学报Vol.14No.7 JournalJul.2004 复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤 开采综合防灭火技术研究 戴广龙1,2 教授 1中国矿业大学能源学院 2 学科分类与代码62013010 【摘 要】 ,提 ,并阐述了预测、预报、预防的实施方法。该方法应用于,综合防灭火技术取得了较好经济和社会效益。 复杂难采煤层;简易放顶煤开采;综合防灭火StudyonComprehensiveFirePreventingandExtinguishingTechniqueofSimpleCuttingTopCoalDroppingofComplicatedandDifficultCuttingCoalBedwithHighGas DAIGuang2Long1,2,Prof. 1SchoolofEnergy,ChinaUniversityofMining 2DepartmentofResourceExploitation煤层瓦斯涌出量大;工作面推进速度慢;四周有的是煤体,有的是采空区,有的与其他煤层采空区相连,巷道和采空区自然发火严重。因此,从时空上分析复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面自然发火有如下特点 1工作面开切眼和停采线发火严重。由于开切眼和停采线丢煤多,易与其他采空区沟通,漏风适宜煤炭自燃。 采成功,将直接影响该技术在淮南矿区的推广与应用。 为了确保复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面安全回采,笔者在防止煤炭自燃方面,建立了预测、预报、预 第七期 戴广龙复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采综合防灭火技术研究 2工作面上下风巷自然发火严重。由于工作面上下 ・75・ 化试验研究,优选出适合于该煤层的自然指标气体,并确定温度、气体成份等与煤炭自燃危险程度之间的关系。 淮南C13煤层低温氧化过程之有规律地出现CO、C2H4两种气体,且气体生成量随煤温增加而增大,具有较好的规律性,如图1所示。但在煤层本底气体和煤样低温氧化过程中前从煤样袋中抽取的气样中分析均有C2H6,故C2H6不宜作指标气体。可采用CO和C2H4两种气体作为预报煤炭自然发火的指标气体。C2H4 风巷沿底施工,煤层厚,易压疏,掘进过程中易搭“凉棚”;与相邻阶段易沟通形成漏风而引起巷道周边煤炭自然发火。 3地质构造带附近易发生煤炭自然发火。 4从时间分析,由于煤层赋存复杂,开采难度大,工艺 复杂,煤层瓦斯涌出量大,工作面推进速度慢,工作面采空区、开切眼、停采线和下风巷存在时间大于自然发火期。 因此,从以上时间和空间分析,工作面采空区、开切眼、停采线遗煤和下风巷是防火的重点。 3 自然发火综合防治技术 , 工作面,、合防灭火体系。 煤温℃ 工作面上部工作面下部工作面中部 607060 浓度10-6 825 煤温℃ 110120110 浓度10-6 0.20.20.2 3.1 自然发火的预测预报 首先,对淮南矿区C13煤层进行煤层本底气体和低温氧 注通风量Q200ml/min 1- 某工作面上部煤样Q200ml/min 2-某工作面下部煤样Q200ml/min 3-某工作面中部煤样Q240ml/min 图1 C13煤层低温氧化生产的CO和C2H4浓度与煤温关系 在开采过程中,采用温度计和红外测温仪对工作面上隅角、工作面回风流、密闭墙和钻孔的温度进行动态观测;通过束管检测系统或人工取样对工作面上隅角、工作面回风流、密闭墙和钻孔等处气体成份进行动态预测,为预报提供基础数据。再者,在预测的基础上,对预测的温度、气体成份等数据进行分析研究,为煤炭自燃的危险程度进行预报。 点后,在8号点前设一调节窗降低8号点能位,同时在7,8号点密闭墙处各接一水柱计,观测采空区的压差。 3.2 均压防火技术 调整放顶煤工作面的局部通风系统,最大限度地减少向采空区、停采线和开切眼漏风,从而有效地控制了采空区、停采线和开切眼遗煤氧化;及时封闭采空区的联络巷、溜煤眼;工作面区域内的风门一律实现闭锁。定期测风测压,保持系统的稳定性,实现工作面推进过程中的动态均压控制。例如,李二矿悬移支架放顶煤工作面局部通风系统及能位测试布置如图2所示。各测点相对于1号测点能位分布如图3所示,从图3可看出,4号测点能位和7号点基本相同,而8号点能位高于7,4,5号测点。为此,将7号点前调节窗移至1号测 图2 李二矿悬移支架放顶煤工作面 能位测试测点布置示意图 3.3 回采巷道自燃防治 回采巷道的煤炭自然发火与其所处的漏风环境密切相 关,在煤矿实际开采过程中,回采巷道所处的漏风环境不外乎两种情况 ・76・ 中国安全科学ChinaSafetyScience学报第14卷 Journal2004年 3.5 提高放煤率,提高回采率,保证适当的回采速度 由于煤层较硬,坚固系数较大,往往顶煤冒落滞后于老塘扑出的矸石;顶煤冒落块度大、煤矸混杂,造成顶煤不易放出,从而影响了回采率和回采速度。这对防火极其不利。 为了解决顶煤冒落问题,提高回采率,在工作面对顶煤进行注水[2],如图4所示,破坏顶煤物理结构,使顶煤破碎,以减小冒落煤的块度,减小煤矸混杂程度,,提高回采率和毛煤质量,其回采率在85 d图3 李二矿悬移支架放顶煤工作面各测点相对于1号测点的能位图 一是由于工作面上下区段顶、底区已回采,回采巷道四 周存在已采区,形成从回采巷道向采空区采巷道的漏风,、片邦等情况时洞,,引起松散煤炭的氧化。 针对巷道顶煤自然发火,在掘进巷道时为减少顶煤的下沉冒落及松散离层。采取了提高支护质量及时支护的措施和巷道水泥沙浆喷涂、注凝胶隔离等综合措施。 一是在掘进过程中杜绝或减少冒落孔洞的形成,加强掘进巷道的管理,不“搭凉棚”。如果冒落孔洞较小,范围不大时,用黄泥、砂浆等不燃性材料密封、填实。 二是与采空区相连的巷道邦,首先在整条巷道邦加背板,然后在背板上喷20～30mm厚的水泥砂浆,封堵漏风,隔绝空气与采空区遗煤接触,防止遗煤氧化。工作面前方15m附近,由于受超前压力的影响,水泥浆壁而被破坏。采用喷涂快速凝胶等方法,来封堵漏风。 图4 注水孔布置示意图 4 结 论 通过以上实践,针对复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开 采工作面的自然发火,必须根据其具体条件,采用综合防治技术。 1构筑以预测、预报、预防为主,充分的灭火准备为辅的综合防治体系,预测是基础,预防是中心,预报以弥补预防之不足,充分的灭火准备则可大大减少火灾的损失。 2煤低温自热氧化,其温度升高,同时伴随气体产生。所以,利用标志气体和温度进行预测预报,准确可靠。但要根据不同的煤,优选出适合于本煤层的标志气体,确定标志气体与温度的关系。 3采用均压技术,注浆堵漏是减少漏风、防止煤炭自燃的既经济又可靠方法。 4采用顶煤注水,提高放煤率,从而提高回采率,减少采空区遗煤,从根本上减少了采空区煤炭自然发火的危险性;采用适当的回采速度,使采空区遗煤存在时间小于其自然发火期。 收稿2004年3月;作者地址江苏省徐州市;中国矿业 3.4 堵漏与注浆 1水泥沙浆喷涂堵漏,对巷道易发火地点及采后封闭 墙进行喷涂水泥沙浆。喷涂厚度一般不少于30mm,喷涂质量直接影响其防漏风效果。 2压注凝胶堵漏,采用泥浆泵将凝胶压注到煤体内或压注到两层密闭堵之间。凝胶具有良好的固水和降温吸热作用。 3黄泥灌浆是一种我国煤矿应用比较成熟的常规防灭火技术,它在开采有自然发火煤层时得到广泛的使用,有许多经验可借鉴。但是,复杂难采高瓦斯煤层简易放顶煤开采工作面,跟底回采放顶煤,顶板管理采用全部跨落法管理顶板。因此,如何将泥浆灌到采空区的顶部,保证灌浆的质量是一个难题。为了解决这一问题,一是采用常规的注浆方式,即随采随注和工作面洒浆;一是利用顶板走向瓦斯抽放钻孔向工作面上部采空区注浆,提高注浆效果。 大学能源学院;邮编221008 参考文献 1 张国枢,戴广龙.煤炭自燃理论与防治实践[M].北京煤炭工业出版,2002.314～15 2 戴广龙,唐永志.王永等简易放顶煤工作面煤层注水试验[J].煤炭科学技术,2003,31513～15 安全科学技术人才交流园地 本期论文作者简 介 蔡 果 湖南公安高等专科学校 交通管理系主任、交通安全管理研究所所长,教授,注册科技咨询师,专业技术三级警监,1956,出版道 路交通安全论等专著两部;主编出版道路交通工程学、道路交通管理教程等专业书籍5部;在中国安全科学学报等国内外刊物和学术会议上发表发展我国可持续发展城市道路交通的思考等论文40余篇,其中多篇获省部级自然科学优秀论文奖 。 戴广龙徽霍邱人, 年毕业于淮 ,, 硕士学位,现为中国矿业大学在读博士生。1987年毕业后留校任教 至今。曾任安徽煤炭劳动学会矿 井通风专业委员会委员。近年主持和参加“高瓦斯低透性煤层强化增透技术研究”、“无煤柱阶段连续开采综放工作面瓦斯和自燃、综合治理研究”“、矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术研究”等项目的科研工作,获省部级科技进步奖1项。现主要从事安全技术及工程学科的教学与科研工作,研究方向为矿井通风与防灭火。第一作者发表论文20余篇,参加编写高校教材1部,合著著作1部 。 姚海波 博士研究生。1971年 9月生于吉林省公主岭市,1991年7月毕业于长春地质学校,同年进 入吉林省地勘局区域地质调查所工作;1992年9月～1995年7月在 长春地质学院水文地质工程地质系进修学习;1999年9月考入南京 大学地球科学系,主修地质工程专业,获得1999～2000年度优秀研究生奖学金,并获2002届南京大学优秀毕业生称号;2002年9月至今,就读于北京交通大学土建学院岩土工程专业,主修隧道工程。从入学至今完成和在作的项目有“风火山隧道浅埋暗挖法三维数值分析”和“北京地铁五号线崇文门车站浅埋暗挖法施工关键技术研究” 。 刘素霞 硕士研究生。河北省沧 州市人,1979年生。2002年毕业于江苏大学生物与环境工程学院安全 工程专业,后考取该校环境工程专业硕士研究生,师从陈万金教授。研究方向为安全与环境经济技术理论研究,主要从事安全投入方面的 研究。连续多年获得各类奖学金,参与了“江苏省工业企业安全生产投入情况调查”的调研和安全投入统计分析工作,目前参加“镇江市非公有制企业安全生产情况调查”工作,并主持江苏大学学生科研项目“安全投资统计分析方法研究”。已发表论文4 篇。 王宣同 工程师,博士研究生。 山东济南人,1971年生。1989～ 1993年在烟台师范学院读大学本 科,1993～1996年在北京师范大学环境科学研究所攻读硕士学位。1996～2001年在北京市环境保护局工作。2001年9月考入北京大 学环境学院,攻读博士学位。目前的主要研究方向为环境评价、规划与管理。已发表论文数篇 。 孙 蕾 硕士研究生。辽宁省沈 阳人,1979年7月生,2002年毕业于北京交通大学电子信息工程学 院自动控制专业,获工学学士学位。同年考取该校交通信息工程及控制专业研究生。主要研究方向为交通及工业控制系统研究。 在国内期刊上发表论文两篇。