浅析影响煤层自然发火的因素及对策.pdf

煤炭工程 2 0 0 9年第 3期 浅析影 响煤层 自然发火的因素及对策 邓 刚 鹤矿集团公司 富力煤矿，黑龙江 鹤岗 1 5 4 1 0 0 摘要煤层 自燃是煤矿安全生产的大敌 ，论文客观地分析 了矿井深部开采煤层 自然发火期 变短的原因，提 出了从设计入手 ，从掘进开始 ，在开采全过程治理煤层 自然发 火的观点 ，并提 出 采取喷碹 、注水、注凝胶、加快开采速度等综合性治理措施。 关键词 深部开采 ；自然发火；煤层 中图分类号T D 7 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 9 0 3 - 0 0 4 0 2 O引 言 煤矿生产属于地下开采，开采顺序为由上而下 ，随着 深部开采的延续和采煤工艺的提高，煤层深部面临着地质 构造复杂、煤层倾角增大、矿压增大、煤体松软易于冒落、 瓦斯涌出量增大、掘进施工断面增大、矿井通风网络增长、 通风系统复杂，特别是综采放顶煤工艺的推广应用 ，采煤 工作面一次采全高，放煤时间长，采煤工作面推进速度慢， 在开采过程中极易发火封面。认真分析煤层 自燃的原因是 防治煤层发火的前提条件。煤炭 自燃需具备 ①煤具有 自 燃倾向；②有连续供氧的条件；③热量易于积聚。第一条 件为煤体本身内部特性 ，取决于成煤物质和成煤条件，表 示煤与氧相互作用能力是内因。后两个条件为外因，决定 于矿井地质条件和开采技术条件。 1 影响煤层 自然发火的主要因素 1 ． 1 开采深度 因素 浅部开采时，由于煤体原始温度低、煤体 内的水分大、 矿压小，故瓦斯涌出量较小。采煤过程中要求风量较小， 相应巷道通过 风量小 ，巷道 断面小 。而 随着 开采 深度 的增 加 ，煤层埋藏相对较深，成煤时期相对较早，煤层埋藏原 始温度增大、 煤体内的水分减少、 矿压增大 ， 故瓦斯涌出 量增大。采煤过程中要求风量大，增加了煤体的供氧能力， 加快了煤炭的氧化过程。由于开采强度的加大 ，采煤工艺 由原来分层开采到 目前 的放顶煤开采，使煤炭产量增加， 相应瓦斯涌出量增大，为了稀释生产过程中的瓦斯，必须 加大风量，风量的增大加快了浮煤氧化速度，为煤层自燃 提供了条件。 当采煤工作面正常推进，通常把采空区分为 “ 三带” 即漏风带、氧化带和窒息带 图 1 。一般情况下，漏风 带氧气浓度大于 1 8 ％、氧化带氧气浓度在 5 ％ ～1 8 ％之间、 窒息带氧气浓度小于 5 ％。由此可见，氧化带内漏风较大， 供氧适宜，氧化生成的热量不易被带走 ，是煤炭 自然发火 的关键 。 ／， ／ ● 采空区 ／采 回 风 道 窒息带 f f ◆ 蠢 溜 子 道 | | ＼ 1 0 0 m 、I 3 0 m 、 一 的细钢丝绳 ，一端绑在单体柱手把上，另一端与煤 帮上部锚杆固定。 4 实施效果 在顶板正常完整的情况下，工作面每掘进 4 ． 2 m后停止 掘进 顶板破碎段除外 ，开始临时支护，临时支护完后再 接着掘进，依次循环。临时支护段为综掘机机身段，永久 支护为锚杆支护，紧跟综掘机机身之后。通过近两个月的 图 1 采 空区供氧状态 应用，在顶板淋水较大的条件下，且在现场操作人员学习 熟练阶段，连续两个月均轻松地完成了3 0 0 m的掘进任务， 其中最高 日 单进突破 2 0 m进尺，比使用原施工工艺月单进 为 1 5 0～ 2 2 0 m大幅度提高。通过工艺的改进，大大缓解了 矿井的生产接续紧张局面，为企业的稳定壮大奠定 了坚实 的基础 。 责任编辑马光辉 收稿 日期 2 0 0 81 0 2 8 作者简介 邓刚 1 9 6 5一 ，男 ，辽宁丹东人，工程师，1 9 9 0年毕业于鹤岗矿务局工学院，现任鹤矿集团公司富力煤 矿 回掘副总工程 师。 2 0 0 9年第 3期 煤炭工程 1 ． 2 地质构造 因素 由于开采深度的增加 ，地质构造逐渐复杂，煤层受地 质构造破坏后，裂 隙增加，易造成煤质松软、煤体破碎， 增加了煤的氧化性 ，增加了氧化面积和氧化通道，加快了 氧化过程 ，因此 ，煤炭 自燃比较容易频发。同时，由于地 质构造因素，煤层开采过程中瓦斯涌出量增大，为稀释瓦 斯而加大供风量，给煤体 自燃创造 了条件。另外 ，由于开 采过程中对风量需求量增大，要求巷道断面也要随之扩大， 掘进施工巷道断面大易造成巷道梁上浮煤堆积，梁上浮煤 干燥、氧化快，为煤体自燃提供了良好的 “ 物质基础” 。 1 ． 3 通风距 离因素 由于矿井开采深度加深，相应矿井通风距离增长，矿 井入风、回风之间距离增长，矿井风流在井下巷道中流动 的路线增长，势必造成矿井的通风阻力增大，导致工作面 的风量下降。为确保矿井井下采掘工作面的供风量充足 ， 必须提高矿井的通风能力 增大主扇的抽出能力 ，通风能 力提高后，矿井入、回风井之间的通风压差增大。随着矿 井的延深，矿井的压力增大，回采巷道的压力明显增大， 巷道变形严重，密闭挡风墙难以维护，造成采空区的漏风， 加剧了煤体氧化，使氧化带宽度加大，氧化时间增长，更 增加了自然发火的隐患。 2 煤层自然发火的防治对策 煤炭自燃防治方法主要是消除煤的自然发火条件，包 括巷道合理布置、开采顺序合理、无煤柱开采、阻化作 用等，消除供氧条件 ；合理的通风系统，均压、漏风检测 与堵漏技术等，破坏蓄热环境。 2 ． 1 选择正确的开拓、开采方法 开拓巷道布置以及开采方法对煤层 自燃的发生与控制 影响很大，这就要求采矿工程技术人员从开采设计到施工 管理，必须考虑煤层 自然发火问题，既保证生产又要兼顾 防止工作面煤炭自然发火。从防止煤炭 自燃的角度对开拓、 开采方法的要求是系统完善、煤层切割少、回采率高、 采空区易于封 闭。 2 ． 2煤巷施工严格控制抽漏顶 采煤工作面巷道系统主要是进风道、开切眼、回风道 三条巷道 ，并均沿煤层底板掘进。因为巷道帮和顶煤体暴 露时间长、压力大，松动圈和高冒区较多，漏风氧化时间 长，容易蓄热产生高温点；所以①煤巷掘进施工中钻眼 与爆破工作，必须根据工作面实际进行布孔和装药，必要 时顶部炮孔和帮壁采取人力手镐，严格控制帮顶超 “ 挖” ； ②加强支护工作保证架棚质量，必须做到帮刹实顶刹靠， 不空帮空顶； ③做好 日常巷道的维护工作，失效的架棚及 时修复。 2 ． 3 高压注水 在高压作用下 ，使高压水通过裂隙进入煤体的层理、 节理之中，煤体吸收大量的水分后 ，使煤质变软，增加了 煤的可放性，同时避免了放煤时产生的大量煤尘 ，即使软 帮局部有剩余煤 ，也保持湿润状态，使采空区的氧化带缩 小，从而达到防止煤炭自然发火的目的。 2 ． 4 巷道帮顶松动煤体和 高冒区喷浆 放顶煤工作面的溜子道、风道均沿煤层底板掘送 ，巷 道两帮形成松动圈，顶部形成高冒区。高冒区裸露的煤体 长期氧化极易 自燃 ，做好高冒区的治理是防止煤炭 自燃的 关键，必须从掘进巷道时进行治理 ，掘送完煤巷后必须对 巷道进行全断面喷浆。喷层厚度为 1 0 o～1 5 0 ra m，最好施工 时边掘边喷，以提高喷碹的速度和质量。通过对煤体的喷 碹处理，可以有效防止漏风氧化。 2 ． 5 在巷道喷层 内压注凝胶 为防止长期漏风氧化蓄热，除采取喷浆外，还应在喷 浆层内压注凝胶。回采前在巷道顶板每隔 3 m，一排均匀布 置 2个钻孔，孔深打至煤层顶板 ，下直径 1 5 ra m套管，将 凝胶注到喷层内。由于凝胶具有堵漏、阻化等性能，并有 一 定的热稳定性，可以起到阻止氧化防止煤炭 自燃作用。 2 ． 6 提 高回采率、加快回采进度 科学组织生产、提高回采率、加快 回采推进度，不仅 是提高煤炭产量、完成生产任务 的需要，而且可以在空间 和时间上减少煤炭的氧化 自燃，对防止煤炭 自然发火具有 决定性的作用。采空区氧化带内残存 的浮煤氧化 自燃的条 件 ，主要取决于工作面推进度 ，如果推进速度较快，则煤 炭在氧化带内滞 留时间较短 ，在煤炭 自然发火之前进入窒 息带，就不会发生氧化 自燃；反之，推进速度较慢或受到 限制，便可能发生氧化 自燃。 3结语 煤层 自燃是煤矿安全生产的大敌 ，本文客观地分析了 随矿井的开采深度加深 ，影响煤炭自燃的地质、开采、通 风因素，依据煤炭 自燃的三个必要条件，提出了从设计人 手，从掘进开始，在开采全过程治理煤层 自然发火的观点， 采取喷碹、注水、注凝胶、加快开采速度等综合性治理措 施。只要坚持 “ 以防为主，防灭结合”的原则，把各种措 施落实到位，就能够有效地预防煤层自然发火。 责任编辑马光辉 41