液态CO2防灭火技术在易自燃煤层综放工作面回撤期间的应用.pdf

1A 当 代 化 工 研 究 / Modem Chemical Research 技术应用与研究 202 0 12 液 怎 。 〇 2 防 灭 火 技 术 在 易 自 燃 煤 层 综 放 工 作 面 回 撤期间的应用 * 张 雷 磊 弋 宁 武* 张 雷 磊 弋 宁 武 国 家 能 源 集 团 宁 夏 煤 业 公 司 羊 场 湾 煤 矿 宁 夏 750409 摘 要 易自燃煤层综放工作面在回撤阶段回撤周期长，注氮、灌浆等常规防灭火手段，无法有效抑制采空区煤体氧化与自燃，易造成工 作面被迫封闭羊场湾煤矿二号井通过封闭式压注液态C02 技术与均压通风气化液态02 技术的综合应用，使得工作面在回撤阶段完全消除 了采空区自燃发火隐患，为后续采空区自燃发火有效治理提供了参考. 关 键 词 常规防灭火手段；综合应用；自燃发火 中 图 分类吾 T 文 献 标 识 码 A Liquid C02 Fire-fighting Technology Application of Fully Mechanized Top Coal Caving Face in the Period of Retreating Zhang Leilei, Yi Ningwu Yangchangwan Coal Mine of Ningxia Coal Industry C ompany of National Energy Group, Ningxia, 750409 Abstract In the withdrawal stage, the withdrawalperiod ofjully mechanized caving face in spontaneous combustion coal seam is long, nitrogen injection, grouting and other conventional means o f fire prevention and control can not effectively inhibit the goaf coal oxidation and spontaneous combustion, easy to cause the face forced closure. In Yangchangwan Coal Mine No. 2 well, the hidden danger of spontaneous combustion in Goaf is completely eliminated in the withdrawal stage by the comprehensive application of the closed pressure injection liquid C〇2 technology and the even pressure ventilation gasification liquid C〇2 technology, it provides a reference for the effective control ofspontaneous combustion in subsequent Goaf. Key words i conventional means offire prevention and extinguishing； comprehensive application； spontaneous combustion 1. 矿井概况1. 矿井概况 羊场湾煤矿二号井采用多水平斜井开拓，二煤延深开 拓至615m水平。二号井2煤层煤厚7. 5-12. 02m, 平均煤层 厚度10. 28m，含 1-3层夹矸；2煤层煤样工业分析挥发分 Vdaf 为31. 70，煤尘爆炸性火焰长度400mm, 煤尘具 有爆炸危险性；2煤层的着火点温度平均值为294C, 自然 发火倾向等级一级，自然发火期1〜3个月，最短自然发火期 23d, 属易自燃的煤层。 羊场湾煤矿二号井中央并列抽出式通风，矿井共有五 条斜井，副斜井、胶轮车斜井、主斜井、辅助进风斜井为 进风井筒，风井集中回风。主要通风机型号BD-II-8-Na26型 轴流式通风机，配套电机为YBF630SI8型变频隔爆、功率 2X355KW, 套运转，一套备用，主要通风机额定风量4200〜 14400m3/m i n, 额定风压为1000〜3850P a, 矿井需风量为 8983m3 /min，实际进风量为9729m3 /min，总回风量9951m3 /min， 负压1630Pa。 2. 11020209综放工作面概况2. 11020209综放工作面概况 II020209工作面煤岩层走向1 5 〜87 , 倾向105〜 177，倾角平均8.4，II020209工作面回采的煤层为2煤 层，煤层平均厚度9. 75m，净煤厚8. 82m, 煤层比较稳定；工 作面走向长度1506m, 倾向长度234. 9m, 煤层平均厚度9. 75m, 设计采高3. 2m, 放顶煤5. 16m; 工作面布置支架141台，采 用U型全负压上行通风，II020209运输顺槽为进风巷， II020209回风顺槽为回风巷，工作面设计风量为836mVmin, 回采期间配风量为900m3/min左右。 3. 工作面回撤期间采空区自然发火概况3. 工作面回撤期间采空区自然发火概况 II020209综放工作面回撤期间，未能有效抑制采空区 自然发火，造成工作面4次封闭，3次工作面C0气体异常涌 出，被迫封闭。2019年1月8日夜班封闭工作面，依旧回收工 期计划安排的预防性封闭，封闭期间对工作面进行常规的注 氮气与黄泥灌浆、人、人工采样、自然发火预测预报等。2019年 2月21日早班对II020209工作面进行启封，进入设备回撤作 业，上隅角区域C0气体浓度从2月25日出现明显上升，达到 56ppm, 至3月2 日早班上隅角C0气体浓度达到800ppm以上， 工作面回风流C0气体浓度达到lOOpprn以上，在此期间对上隅 角进行注水、灌浆、注胶等措施后，均无法有效降低C0气体 浓度，工作面被迫封闭。 2019年4月7 日中班对工作面进行第2次启封，启封第 二天上隅角气体出现明显上升，C0气体浓度达到200PPm以 上，4月12日工作面上隅角区域气体浓度上升至lOOOppm, 工 作面上部20个支架区域后尾梁处C0气体浓度自上而下出现 400ppm至lOOpprn, 工作面回风流C0气体浓度上升至60ppm，4 月12日中班被迫对工作面进行封闭。 2019年5月6 日中班对工作面进行第3次启封，本次启封 周期仅3天，工作面上隅角、上部区域20台支架后尾梁处C0 气体大量涌出，工作面回风流C0气体浓度达到50pmm以上， 上隅角C0气体浓度达到500ppm，2019年5月9 日中班工作面被 迫封闭。针对该工作面多次封闭多次启封多次着火这一特殊 情况，决定工作面封闭期间利用预埋管与防灭火钻孔进行封 闭式压注液态C02，全面惰化采空区；回撤期间利用均压通 风气化液态C02技术，维持采空区惰化环境，于2019年11月 30日启封，2019年12月12日中班顺利回撤完毕。 2020 12 技术应用与研究技术应用与研究 当 代 化 工 研 究 Modern Chemical Research 4.综放工作面回撤期间采空区综合防灭火技术应用4.综放工作面回撤期间采空区综合防灭火技术应用 ⑴工作面封闭式注液忠〇〇2 技术应用⑴工作面封闭式注液忠〇〇2 技术应用 ① 。 02气体特性 A.惰化作用。液态C02注入到采空区，采空区环境中02 浓度下降，煤氧复合作用被惰化，抑制C0等氧化产物的产 生，抑制煤炭氧化自燃。B.气体吸附阻化作用。煤炭吸附 C02的能力和速度优于其它气体，在井下多种气体同时存在 的条件下，〇 2可以更多、更快的吸附于煤炭，对煤体形成 包裹，抑制煤炭氧化自燃。C.吸热效应。液态 02从储存容 器中释放出来，压力会骤然下降，C02迅速由液态转化为气 态，吸收大量的热，降低采空区的温度与氧气含量，使采空 区高温点因缺氧而窒息。 ② 压注液态C02的工艺流程 A.打开井下所有截止阀一采用气态二氧化碳对管线内 气体进行置、吹扫换气l〇min关闭回风巷截止阀并持续升 压至1. 6〜1. 8Mpa保压20min。B.缓慢开启液态二氧化碳储罐 出液控制阀一当压力表读数升至1. 6Mpa以上时一缓慢打开管 路的阀门一控制流量在35〜45m3/h, 主管道内的压力1.6〜 2. OMpa灌注液态二氧化碳。C.先关闭液态二氧化碳槽罐车 出液控制阀一采用气态二氧化碳对管线内气体进行置、吹扫 换气lOmin关闭井下和地面注液态二氧化碳阀门。 ③ 压注液态 2实施方案 液态〇2槽车经过加压后，通过地表钻孔及输送管道引 入到井下二煤二采区回风下山注液态C02硐室，利用耐低温 金 属 软 管 （DN5 0 与硐室的注液态C02不 锈 钢管路（DN50 连接，沿二煤二采区回风下山敷设至II020209工作面回风顺 槽，并以法兰连接形式与防灭火措施巷高位防灭火钻孔和采 空区距离停采线20m与15m, 沿工作面倾向方向至工作面下部 20支架区域，预先埋设的2趟注液态C02管 路 （DN5 0 , 在 采空区预埋管路上部50m范围内，每隔18m在预埋管路留设出 口，压注液态C02，形成帷幕注射效果。如下图所示。 ①II020209回撤工作面均压通风系统构成 II020209回撤工作面均压通风系统组成2组均压风机 一组为2X45kw, 备用一组2X30kw , 回风沿线设置1组 风门，2道挡风墙，II020209运输顺槽密闭与二煤二采区回 风 下 山 （ 781m上部30m 挡风墙均设置“U”型压差计。 ②II020209回撤工作面均压通风系统实施方案 均压通风系统运行期间，先行开启一组2X45kw局部通 风机向回撤工作面下部供风，利用均压设施调节控制风量， 考虑到采空区高温点范围距离工作面较近，为防止大量氧气 压入采空区高温点区域，同时，防止回撤期间采空区气化 液态C02大量泄漏至作业区域，采用弱均压通风，待均压系 统稳定后，二煤回风下山（ 781m上部30m 挡风墙压差为 3mmH20, II020209运输顺槽密闭压差2mmH20 , 工作面供风量 450m3/min 左右。 5. 11020209回撤工作面采空区防灭火效果分析5. 11020209回撤工作面采空区防灭火效果分析 图2 II 020209工作面回撤期间回风流C0在线监测趋势图 分析上述气体在线监测趋势图，进入到回撤中期，回风 流处CO气体浓度升高到6-10ppm, 此期间内，采空区加大了 液态C02气化量，均压系统压差与风量则维持不变，采空区 气化液态C02涌出量加大，回风流处C0气体浓度明显升高趋 势；回撤后期，降低了采空区液态C02气化量，回风流CO气 体浓度明显下降，达到2PPm左右。从趋势图中可以明显看出 工作面回撤期间C0气体浓度均维持在低位水平，采空区自燃 发火已完全消除。 6.结语 羊场湾煤矿二分区经探索与创新综合运用封闭式压注液 态co2与均压通风气化液态co2技术，破解了综放工作面回撤 期间采空区自燃发火造成工作面被迫封闭的难题，为羊场湾 煤矿二分区以后工作面防灭火技术研究，提供了新的思路， 值得有类似情况的矿井借鉴。 【 参考文献】 [1] 张国枢， 等.通风安全学修订版.徐州 中国矿业大学出版 社,2007. 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