高瓦斯油气伴生易燃煤层综放面综合防灭火体系.doc

问题探讨 收稿日期 2006-07-14 作者简介 熊鹏辉 1972- , 男 , 陕西麟游人 , 1997年毕业于辽宁工 程技术大学矿井通风与安全专业 , 学士学位 , 工程师 , 现铜川矿务局 通风处副处长。 高瓦斯油气伴生易燃煤层综 放面综合防灭火体系 熊鹏辉 1 , 黄 河 1 , 封 华 1 , 2 1. 铜川矿务局 , 陕西 铜川 727000; 2. , 摘 要 针对高瓦斯油气伴生易燃煤层特点 , 包括加强火灾的 监测和预报 , , , 有效地预防煤层火灾 。 关键词 高瓦斯 ; ; ; 中图分类号 A 文章编号 1671-749X 2006 04-0025-03 0 引言 铜川矿务局是全国 45个重点安全监控对象之 一 , 特别是焦坪矿区 , 自然条件极其复杂 , 煤油气共 生 , 水 、 火 、 瓦斯 、 顶板灾害俱全 , 特别是围岩富含瓦 斯和油气 , 顶 、 底板岩性很差 , 属国内少见的灾害严 重矿区 。 铜川矿务局北区三个煤矿 陈家山 、 玉华 、 下石节 , 主采 4-2 号煤层 , 厚度一般为 812m , 煤 层及其顶板岩层均含有大量的瓦斯 , 为高瓦斯矿井 。 据 2004年瓦斯等级鉴定 , 陈家山煤矿绝对瓦斯涌出 量达 107. 61m 3 /min, 相对瓦斯涌出量分别为 20. 44, 在采掘作业过程中 , 曾发生多次瓦斯喷出 。 4-2 号煤层及围岩油气伴生 , 三迭系延长组 、 富县组 、 延 安组以及直罗组均为含油层 , 从平面上看 , 油气主要 分布在背斜区 、 向斜翼部和富县组沉积厚度较小的 区域 。 4-2 号煤层容易自燃 , 最短自然发火期仅为 24d, 煤尘具有爆炸危险性 。 北区三矿均实行综合机械化放顶煤开采 , 采后 漏风量增大等因素引煤层自燃危险性增大 , 氧化自 燃带的范围加大 , 治理难度增加 。 开采至今 , 共发生 自燃火灾事故百余次 , 造成了严重的损失 。矿井防 灭火工作成为安全生产的关键 。 1 煤层自燃防治研究现状 煤层自燃防治技术主要包括自燃预测 、 预报 , 火 源探测 、 监测监控和防灭火技术等 。煤自然发火期 的测试对自燃预测和防治意义重大 , 但由于煤实际 自燃过程非常复杂 , 准确测定其自然发火期比较困 难 。 煤自燃性研究的典型方法有 [1 5] ① 通过色谱 分析测定煤样对氧气的物理吸附能力分析煤的自燃 性 ; ② 采用 TG A 和 DSC 实验研究煤氧化过程中的 重量变化和能量变化对比煤的自燃性 ; ③ 采用绝热 实验或程序升温实验研究煤的耗氧物性等均可分析 煤的自燃性等 。 但这些研究一般不能较准确地得到 煤在特定条件下的自然发火期 , 不能测定煤不同温 度下的氧化放热强度 徐精彩 [1] 利用自行设计的 煤自然发火实验台 , 在设定的标准实验程序下模拟 煤的实际自燃过程 , 测定煤不同温度下的耗氧速率 、 放热强度和气体产生率 , 并能准确测定煤的实验自 然发火期 , 其精度达到 1d 。 根据实验自然发火实验 结果 , 可以采用数值模拟煤自燃全过程或运用自燃 危险区域判定理论进一步确定煤在生产 、 储 、 运等条 件下的实际自燃过程 。 目前 , 对于煤炭自燃进行预报的方法主要有标 志气体分析法 、 测温法 、 示踪气体法 、 测氡法等 。煤 自燃高温一般比较隐蔽 , 利用测温法探测自燃温度 一般比较困难 。 自燃温度较低时 , 氡浓度分布异常 通常也不明显 。 测氡法通常对大范围高温效果比较 好 , 自燃初期探测困难 。 煤层发火过程中 , 将产生一 系列反映煤氧化和燃烧程度的指标气体 , 如 CO 、 5 2第 4期 熊鹏辉 等 高瓦斯油气伴生易燃煤层综放面综合防灭火体系 CO 2、 C 2H 6、 C 2H 4、 C 3H 8、 C 2H 2等 , 随着煤温的升高 , 其产生量将发生显著变化 , 可据此进行煤层火灾的 早期预报 。指标气体比较灵敏 , 有一定的使用价 值 。 [1] 煤层自燃防灭火技术主要有注氮 、 惰气泡沫 、 灌 浆 、 均压 、 阻化剂 、 堵漏及胶体防灭火技术等 , 在煤层 自燃防治中都有重要作用 。 胶体防灭火技术可分为 凝胶 、 稠化胶体和复合胶体三种 , 其中复合胶体灭火 技术材料用量少 、 成本低 、 可以管网式大流量注胶和 快速应急注胶 , 适用于大综放面各种火灾快速防灭 火需要 。 [1, 5] 2 煤层自燃防治思路 , 惰泡 防灭火技 术 、 封堵技术 、 、 注胶防灭火技术 、 松散体 快速打钻装备等等 。 根据自燃危险区域的判定和自 燃危险性分析 , 以及防灭火技术系统 , 设计防灭火方 案 , 防止自燃发生 。 总体防灭火思路如图 1所示 。 图 1 防灭火技术及系统总体思路 3. 1 加强自燃预测预报及监测技术研究 煤层自燃性测试 铜川矿务局北区的三矿均开 4-2 煤层 , 煤层自燃性具有可比性 。 开展下石节煤样 自然发火实验 、 程序升温自燃性实验等 , 测试煤自燃 的各种参数 。 并开展陈家山 、 玉华煤样的程序升温 实验 , 其实验结果与下石节煤样进行对比 , 分析各自 的自燃参数 。 开展自燃预测 、 预报研究 根据巷道和综放面开 采条件和现场观测数据 , 应用煤层自燃危险区域的 判定指标和条件 , 判定综放面巷道和采空区煤层自 燃危险区域 、 预测可能发火的时间 , 以确定在什么条 件下 、 什么地方和什么时间有的放矢地采取防火措 施 。 根据北区三矿煤样自燃性实验测定的煤样不同 温度下各种气体的产生量 , 分析其不同自燃温度下 对应的气体浓度 、 各气体浓度的比值等 , 建立起自燃 预报指标气体体系 。从而可以在自燃早期进行预 报 。 矿井自燃监测 建立束管监测系统和安全监控 系统 , 在工作面 、 巷道及采空区设立测点 , 并且由瓦 检员进行井下巡检 , 监测井下气体 、 温度等的情况 。 在分析井下自燃危险区域和风流特征的基础上 , 确 定测点布置和巡检的重点区域 , 。 , 确 , 井 , , 会引起误判 。 响的研究 , 开发新的分析技术 , 能够更准确地预报煤 层自燃 。 2. 2 建设和完善防灭火装备系统及方案 通风 研究确定高瓦斯油气矿井井下所需风量 , 测定矿井通风阻力 , 对矿井通风系统进行优化 , 并对 风机能力进行核定 , 提高通风能力 , 配备相应装备 。 确保通风系统稳定 , 确保矿井安全 。 灌浆注胶 根据矿区特点和防灭火的要求 , 更新 和完善矿井灌浆 、 注胶防灭火系统 。 其工艺为 通过 地面设备将黄土与水混合成优质 、 高浓度的浆液 。 地面设备可以调节和设定浆液浓度和向浆液中加入 悬浮剂 , 以确保浆液输送过程中不堵塞管路 。制成 的浆液通过灌浆管路输送到井下用胶 浆 地点 , 由 井下设备向浆中添加胶凝剂注入用胶点后发生胶 凝 , 起到防灭火作用 。 注惰气及惰气泡沫 在铜川局北区三矿建立惰 气和惰气泡沫防灭火系统 , 向有自燃危险的区域注 惰气和惰泡 , 起到抑制自燃发火的作用 。 防灭火技术方案 通过研究各种条件下的煤层 自燃规律 , 研究通风与自燃 、 瓦斯浓度分布的关系 , 提出兼顾自燃防治的瓦斯抽放方案 、 通风方案 , 从而 能够防治瓦斯事故与煤层自燃 , 保障矿井安全 。自 燃防治方案为 ① 工作面开切眼处的采空区埋管压 注复合胶体预防自燃 ; ② 正常生产期间向进回风侧 的采空区定期用砂袋或碎煤封堵 , 尽量减少漏风 , 并 向采空区定期压注复合胶体形成隔离带 , 防止煤层 自燃发生 ; ③ 加快工作面推进速度 , 工作面推进速度 缓慢 2m /d 或停止推进时 , 应向采空区注氮或 惰气 , 注氮口设在工作面进风侧距离工作面 1040m 的采空区 , 注氮流量大于 400m 5 /h; ④ 准备停产 62陕 西 煤 炭 2006 年 撤架时 , 应向采空区预埋注胶管和注惰气管 , 向采空 区注入复合胶体 , 充填采空区约 10m 宽范围 , 并在 撤架期间向采空区注氮 , 防止自燃发生 ; ⑤ 对于 U L 型工作面 , 灌浆巷应定期密封 , 密闭墙采用两道料 石砌碹 , 中间充填黄土的结构 , 尽量减少漏风 。 密闭 内预埋观测管 , 监测闭内气体情况 , 如闭内或工作面 有异常可通过观测管向闭内注惰气泡沫 ; ⑥ 北区三 矿现生产工作面的煤层中存在高位瓦斯抽放巷 , 为 防止抽放引起自燃 , 可采用巷内埋管抽瓦斯 , 并用凝 胶充填该抽放巷 ; ⑦ 加强巷道周围煤体 、 煤层比较破 碎的地质构造带附近 、 煤柱及老空区自燃预防 , 防火安全 。 当井下出现 CO , , 采取进一步措施 高分子胶体 , , 注胶工艺简 单 , , 。 同时还 可注惰气泡沫 , 迅速抑制煤体氧化 , 降低 CO 浓度 。 最后 , 接通复合胶体注胶管网 , 向采空区压注复合胶 体 , 彻底消除隐患 。 2. 3 强化防灭管理完善重大火灾应急反应机制 保障通风防灭火人员配备 , 落实岗位责任 , 明确 奖征制度 , 从人的因素上防止自燃发生 。加强对采 掘 、 通风 、 密闭 、 抽放 、 监测 、 注氮 、 灌浆注胶等设备及 工程的管理 , 确保矿井不发生火灾 。为了在万一出 现火灾的情况下能够从容应对 , 把损失减到最小 , 还 要完善重大火灾应急反应机制 , 建立应急预案 。成 立以局矿两级领导组成重大火灾应急救援指挥部 , 一旦发生重大事故 , 指挥部立即行使救援职责 , 运用 相应的权力 。 建立各种灾情下的救援方案 , 并加强 预案的演练 。 3 结论 以预防为主 , 防治结合 , , 通过 加强火灾的监测和预报 , , 强化 , , 减 , 保障煤炭安全生产 。 [1]. 煤自燃危险区域判定理论 [M].北京 煤炭工业出版社 , 2001. 1-20. 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Xi ′ an University of Science and Technol ogy, Xi ′ an 710054, China AbstractGeneral fire p reventi on syste m in high methane and easily s pontaneons combusti on sea m coal m ine is put f or ward t o p revent coal sea m fire effectively, which include strengthening fire monit oring and manage ment, comp leting fire extinguishing equi pment and e 2 mergency res ponse mechanis m. Key wordshigh methane; easily s pontaneous combusti on seam; fire p reventi on; syste m 下接第 29页 集约化程度低 , 规模厂家少 。因此 , 应发挥优势 , 迎接挑战 , 创造中国电源产业的辉煌明 天 。 参考文献 [1] 范凌江 , 黄 鑫 , 祝丽峰 , 李 忠 . APC 高可用性的 UPS 系统 [J ].电信科学 , 2000, 9 . [2] 张 瑾 , 黄念慈 , 赵彦春 , 吴月涛 . 1500A 高频开关 型起动电源 [J ].电力电子技术 , 2002, 2 . [3] 杨 旭 , 陈文洁 , 王兆安 . 开关电源用电力电子集 成模块的研究 [J ].电力电子技术 , 2003, 1 . [4] 中 能 . 大力发展我国绿色分散电源发供电技术 [J ].中国环保产业 , 2003, 10 . 72 第 4期 熊鹏辉 等 高瓦斯油气伴生易燃煤层综放面综合防灭火体系