煤矿综放工作面防灭火技术研究.pdf

技术与市场技术应用２０２０年第２７卷第５期煤矿综放工作面防灭火技术研究潘从旺，李垒，许召健（兖州煤业股份有限公司南屯煤矿，山东济宁２７３５００）摘要为做好综放工作面的防灭火工作，介绍了南屯煤矿综放工作面工程概况，提出了一系列开采过程中的防灭火措施，实际应用结果表明，通过综合应用这些防灭火措施，能很好地防治工作面火灾，可达到更好地保障矿井综采工作面安全生产的目的。关键词工作面；概况；防灭火；措施ｄｏｉ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２０．０５．０６５引言自然发火煤层，尤其是运用综采放顶煤工艺进行开采的煤层，其采空区存在较多的浮煤，若不能及时处理，极易导致自燃问题。为有效避免内因火灾的发生，在开采过程中可采取注凝胶、注氮等措施，以及运用赛福特ＳＦ－３高分子材料来封堵采空区的沿空掘巷，可有效避免内因火灾的产生。工程概况南屯煤矿井田，东边起源为峄山断层，西边临界为里彦区和马家楼断层，南部则与北宿井田相临，北边接壤于东滩矿井。东西距离１０．５ｋｍ，南北则存在５．２ｋｍ的宽度，共计为５４．６ｋｍ２。该煤矿的设计公司为原华东煤炭基本建筑公司所设计。井田的地质储量设计为３３０１９．７万ｔ，可开采的储量为２１４６５．９万ｔ。煤层共有７层，３上，３、１６上、１７层整区具有稳定的可采性，６、１５上、１８上层则只有局部可采。可采的煤层共有１２．５４ｍ的厚度，其中３上、３层煤总厚８．５６ｍ，煤层保持３～１５的角度。该矿井的沼气浓度较低，存在爆炸的风险，各个煤层之间都存在自然发火的迹象。开采过程中的防灭火措施为有效避免内部火灾的发生，南屯煤矿采用了采空区注氮、煤层注水等措施来实现防灭火目的。为了抑制自然发火的发生及延伸，提高生产的安全性，笔者结合自身工作实践，提出了一些综放工作面在开采过程中的综合防灭火措施。２  １建立监测监控和预测预报系统１）建立束管监测系统实施监测。在轨道顺槽采空区设置一个单芯束管，胶带顺槽应当在采空区回风隅角处设置一个单芯束管，并随着作业面的掘进不断向外推移，与回风暗斜井束管的主管路形成连接，联接至监测室，以完成Ｏ２，ＣＯ，ＣＯ２，Ｎ２等各种气体的浓度进行严格监测，促使防灭火工作得以正常展开。２）建立监测监控系统实施监测。在胶带顺槽ＪＳ２部位分别安装１台ＣＯ、ＣＨ４和温度传感器；胶带顺槽与煤壁之间的距离小于１０ｍ处安装１台ＣＨ４传感器；回风隅角部位分别安装１台氧气及一氧化碳传感器，利用监测系统来传输相关数据，使其传到调度指挥中心；在回风隅角的关门柱处，每班都需要设置一氧化碳、氧气及甲烷易携式报警仪，这些仪器的负责人为每班的班组长，确保仪器可随时使用；开展有效的人工监测，运用相应的气体检测仪来抽取样本，使用气相色谱分析仪进行分析，以此来检测自然发火的状况。人工采样点的设置进风及回风隅角、回风巷ＣＯ传感器、１０～６０架范围架后取点２个、留设的束管及其他异常部位。２  ２采取综合防灭火措施１）注氮体系。采用移动式膜分离制氮设备来制造氮气，经过 Φ１０８无缝钢管传输到作业面中，每间隔４ｈ进行一次注氮，停止生产检修阶段需要２４ｈ注氮。２）注浆体系。在工业广场之内安装相应的注浆系统，经过 Φ１５９和 Φ１０８无缝钢管分别传输到轨道顺槽的开门部位和作业面，依据监测的实际状况来进行运用。３）喷洒阻化剂系统。采用移动式喷射泵来喷洒阻化剂，并经过 Φ１３高压胶管传输到作业面，每天都需要喷洒端头。４）安装防火门。分别在胶带及轨道的顺槽部位设置１个防火门。５）筑起隔离墙。在回采的过程中，每间隔５０ｍ就需要在两顺槽筑起隔离墙，避免顶板塌落之后三角形悬顶区域形成导风通道。２  ３终采和回撤期间的防灭火措施１）增强洒水。作业面应当延长至停采线５０ｍ之后，及时有效地处理两顺槽端部的遗煤，充分润湿粉碎煤体，减小煤体的氧化速率。２）强化观测。在进行停采及撤架的过程中，应当对作业面及采空区进行严格检测，并及时校正ＣＯ与温度传感器，保证灵敏度及可靠性。３）适当调节风量。停采之后，应当对风量进行适当的调整，使其维持在８００ｍ３／ｍｉｎ左右，随着支架回撤，在成为掩护架之后，作业面应当采取轨道顺槽局部供风，利用 Φ８００ｍｍ风筒联接至回撤部位。４）设置感温光缆。在两顺槽及停采线的切眼部位安装感温光缆，以实时监测温度变化。５）注入凝胶。在回撤支架的过程中，作业面顶板塌落之后应立即注入凝胶，及时处理遗煤。６）筑造密闭墙。作业面在采取局扇供风之后，需要永久封闭运输顺槽部位的防火门。一旦完成回撤，则需要立即永久封闭上顺槽处的防火门。２  ４密闭后采空区防灭火措施１）注氮。在封闭之后，应及时注入氮气，并确保压柱量维持在４００ｍ２／ｈ左右，利用作业面轨道顺槽之内的防灭火管道来进行压注，当束管之内氧气的浓度降低到３％以下，则需要停止注入。１３１技术应用ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴＶｏｌ．２７，Ｎｏ．５，２０２０２）对气体进行有效监测。自封闭之后，开始采集束管及密闭内外的样品，并开展有效的检测，充分了解采空区内部气体的变化状况，同时对密闭内、外形成的气压差进行分析。３）对温度实施严格监测。通过运用感温光缆及地面检测设施来监测采空区的温度变化，依据相关结果来采取针对性的措施。４）涂刷封堵材料。通过将赛福特ＳＦ－３高分子材料喷涂在采空区两侧的沿空掘巷及两顺槽的穿层部位，以实现堵漏的目的。实施效果分析３  １回采期间效果分析南屯煤矿在开展回采作业的过程中，对采空区内的相关气体进行分析，发现未产生煤层自燃现象，具备较好的防灭火效果。３  ２密闭后采空区防灭火效果分析南屯煤矿通过对密闭后采空区采取各个防灭火措施之后的气体进行分析可知，不存在煤层自燃问题，具有较好的防灭火作用。３  ３喷涂封堵材料效果分析南屯煤矿采空区在开展防灭火管理的过程中，由于压力会对其两侧的沿空掘巷造成一定的影响，进而导致煤岩柱出现裂缝，采空区出现漏风问题。在运用赛福特ＳＦ－３高分子材料进行堵漏之后，利用了感温光缆来监测温度的前后变化，结果发现，这是一种科学有效的防灭火措施。结语通过在南屯煤矿多年防灭火工作实践，以及结合自身的一些防灭火知识，笔者认为要想做好综放工作面的防灭火工作，必须充分重视以下几点。１）应创建起有效地监测监控及预报体系，对采空区内煤层发生的自燃状况进行实时监测，并依据监测的结果来进行预报，及时采取有效的措施进行预灭火。２）应通过应用喷洒阻化剂、注入氮气等措施来开展防灭火工作，这样可有效避免采空区发生火灾事故。３）在采空区周围沿空掘巷的过程中，可以利用赛福特ＳＦ－３高分子材料来进行堵漏，并再次压制相应的惰性气体，这样可达到更好的防灭火效果。参考文献［１］王伟，胡海峰，孙勇，等．地面预注浆技术在煤矿防灭火中的应用［Ｊ］．煤矿安全，２０１８（１０）６０－６３．［２］蒋成瑞．复杂条件下易自燃煤层综合防灭火技术［Ｊ］．煤炭与化工，２０１７（１１）９０－９２．［３］朱金友．加强防灭火管理在煤矿安全生产中的重要作用［Ｊ］．内蒙古煤炭经济，２０１７（１２）５６－５８．［４］成洋，李炜怿．主通风机在线监控系统中的抗干扰措施研究［Ｊ］．价值工程，２０１４（３５）９６－９８．［５］邢印，庞浩磊．煤矿防爆智能化局部通风机的研制［Ｊ］．电气防爆，２０１６（４）２２－２４．作者简介潘从旺（１９８９－），男，山东临沂人，学士，助理工程师，从事矿山通防安全方面的工作。（上接第１３０页）保支护工作具备一定的及时性，并使围岩具备较强的自承力。 ②主动性的原则，即在对该巷道进行支护时，其主要运用较高强度的锚杆／锚索，利用其具有的主动性来强化围岩，使其形成一个完整的体系，不断加强围岩的自承力。③有效性原则，即有效确保巷道的支护质量，在进行锚杆／锚索支护之后确保其可以达到预期的预紧力及锚固力，对于失去效果的锚杆锚索应当及时完善，以保证整个支护体系维持较好的状态。④动态性原则，即要依据巷道所具有的地质条件来选择最合适的支护形式，并确保其具备一定的动态性，并非单次就可完成，因此应当对围岩变形等进行严格的矿压监测，实时采集数据，并对各个支护参数进行优化，从而对围岩进行有效的控制。⑤可靠性原则，即采取优质的锚杆／锚索材料，同时选择有效的支护参数，提高一次成巷的支护质量，减小返修率。根据以上这些原则，提出有效的支护方案，以增强深部巷道围岩的稳定性。１）首先，通过将锚杆／锚索的形式与金属网进行结合来开展支护，确保巷道得到有效支护，强化巷道表面的围岩，从而使围岩所具有的自承力得到完全发挥。通过大量的实践可知，随着巷道越来越深入的掘进，其对支护体系提出了越来越高的要求，且增强锚杆／锚索的支护强度是发展的必然趋势。２）深部巷道进行的支护工作需要采取具备较高强度及预应力的锚杆／锚索结合金属网来实现，特别是增强顶板的支护效果，避免其出现离层、垮落等问题。３）对巷道的两帮开展高强度的支护工作，通过运用锚杆／锚索等形式来进行支护，确保两帮不会产生较大的位移。４）通过在帮角部位加设锚杆／锚索来避免巷道底鼓发生变形问题。５）将锚杆／锚索的预紧力及锚固力进行增强，促使巷道内的支护系统具备较高的稳定性，确保围岩的自承结构具备较高的强度。６）对于巷道中所进行的矿压观测工作，当围岩的地质、施工技艺等出现过大的变形时，需要对支护工作的各个参数进行适当调整。尤其是一些出现严重变形问题的区域，应当针对各个支护参数进行完善及加强，以确保掘进工作的正常进行。结语在浅部巷道中，其所采取的支护方式大多是依据围岩松动圈来展开，通过采取锚杆／锚索等各种形式来增强该松动圈的高效性。而针对深部围岩来讲，其所具备的地应力要明显高于浅部，因此其岩体所具有的流动性较大，围岩将会发生各种形式的变形，导致巷道支护的难度不断提高。因此，在明确巷道支护的形式及参数时，必须选择最佳的支护方式，以严格控制巷道在深部恶劣围岩状况下发生的变形故障。参考文献［１］王明．锚杆支护参数设计方法研究［Ｊ］．能源与环保，２０１９（１０）８８－９０．作者简介班志鹏（１９８８－），男，河南焦作人，本科，助理工程师，现从事巷道支护研究工作。２３１