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        特厚自燃煤層綜合防滅火技術(shù)實踐

        2019-04-09 11:26:34張靈濤
        山東煤炭科技 2019年3期
        關(guān)鍵詞:化劑氮氣管路

        張靈濤

        (同煤集團(tuán)同家梁礦,山西 大同 037025)

        礦井火災(zāi)是煤礦的五大災(zāi)害之一,特別是采空區(qū)浮煤發(fā)火,由于其隱蔽性,不容易察覺,一旦產(chǎn)生大范圍發(fā)火,勢必會造成不可估量的人身、財產(chǎn)損失[1-5]。對特厚自燃煤層綜合防滅火技術(shù)進(jìn)行實踐分析,對于類似礦井的防滅火工作具有重要指導(dǎo)意義。

        1 工程概況

        小峪礦8206工作面位于19#層402盤區(qū),由2206、5206兩順槽巷、8206頂回風(fēng)巷及切眼構(gòu)成。8206工作面北部為同層的8204采空區(qū),南部為實煤區(qū),西部為402盤區(qū)回風(fēng)巷、軌道巷、皮帶巷,東部為礦界與懷仁蘆子溝煤礦相鄰。工作面所采19#層為特厚煤層,煤層厚度9.85~11.55m,平均厚度10.75m,煤層較穩(wěn)定,變化較小。煤層產(chǎn)狀走向127°,傾向北東,傾角3°,煤層結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。8206工作面瓦斯絕對涌出量為10.67m3/min,二氧化碳絕對涌出量1.6m3/min,瓦斯相對涌出量1.03m3/t,二氧化碳相對涌出量0.57m3/t。8206工作面煤層有煤塵爆炸性,煤層煤樣自燃傾向性等級屬Ⅱ類,自燃,最短自然發(fā)火期天數(shù)為80d。工作面平面布置見圖1所示。

        圖1 工作面平面布置示意圖

        2 工作面回采期間綜合防滅火措施

        為防止煤層自然發(fā)火引起的一系列災(zāi)害問題,堅持以預(yù)防為主,防控結(jié)合的原則,采用黃泥灌漿、注氮和噴灑阻化劑相結(jié)合的綜合防滅火措施處理采空區(qū)自然發(fā)火,保證礦井安全生產(chǎn)。

        2.1 黃泥灌漿

        根據(jù)小峪礦開采布置特點及圍巖性質(zhì),井下采用隨采隨灌、埋管灌漿,設(shè)計采用分段注漿,分段長度30m。

        (1)埋管灌漿和灑漿相配合。在回采前沿5206回風(fēng)巷在采空區(qū)預(yù)先鋪好灌漿管,平行于回采工作面橫向埋管50m(DN40無縫鋼管),沿回風(fēng)順槽方向豎向埋管20m(DN40無縫鋼管),兩管路相通,回采后立即灌漿,隨工作面推進(jìn),按移架步距用回柱絞車牽引灌漿管,牽引一次灌一次漿。并從灌漿管道接出一段膠管,沿傾斜方向20m一段,向采空區(qū)均勻灑漿。

        (2)灌漿參數(shù)。灌漿泥水比為1:4,實際灌漿過程中可根據(jù)泥漿流動效果及采空區(qū)充填情況調(diào)整泥水比。礦井移動防滅火注漿裝置出口壓力為4 MPa。灌漿工作與礦井井下工作同步,每天三班灌漿,純灌漿時間12h。

        2.2 注氮防滅火

        (1)注氮工藝。采用埋管注氮,注氮方式為“踏步后退式”。在8206綜采工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)沿采空區(qū)埋設(shè)兩趟注氮管路,分1#管路和2#管路,均為4寸鋼管,1#管路鋪設(shè)于工作面后溜子處,2#管路鋪設(shè)相對1#管路后推30m。采空區(qū)氧化帶為30~60m,因此當(dāng)1#管路埋入采空區(qū)氧化帶30m時,開啟1#注氮管路,當(dāng)1#管路埋入60m時,停止1#管路,此時2#管路埋入采空區(qū)氧化帶30m,開啟2#注氮管路,同時將1#管路末端拆除,如此循環(huán)往復(fù)直至工作面回采結(jié)束。管路鋪設(shè)見圖2所示。

        圖2 注氮管路鋪設(shè)及釋放口位置

        (2)注氮量計算。根據(jù)相關(guān)要求,采用如下公式計算工作面注氮量。

        式中:

        QN-注氮流量,m3/h;

        Q0-采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量,現(xiàn)取9m3/min;

        C1-采空區(qū)氧化帶內(nèi)平均氧濃度,20%~10%,取15%;

        C2-采空區(qū)惰化防火指標(biāo),取8%;

        CN-注入氮氣中的氮氣濃度,取98%;

        K-備用系數(shù),一般取1.2~1.5,現(xiàn)取1.2。

        通過計算可知,8206綜放工作面防滅火注氮流量為756m3/h。

        (3)安全通風(fēng)量計算。計算在輸?shù)苈费赝净蚬ぷ髅?,輸送氮氣全部泄漏能否造成泄漏區(qū)缺氧(按安全氧濃度指標(biāo)18.5%),采用下式計算:

        式中:

        Q0-工作場所的安全通風(fēng)量,m3/min;

        QN-最大氮氣泄漏量,12.6m3/min;

        CN-泄漏氮氣中的氮氣濃度,98%;

        C1-工作面或巷道中原始氧氣濃度,一般取20.8%;

        C2-工作場所的安全氧濃度指標(biāo),18.5%。

        按照輸送756m3/h的氮氣全部泄漏,計算得安全風(fēng)量為103m3/min,實際輸?shù)苈匪?jīng)巷道風(fēng)量均大于150m3/min,能夠滿足安全通風(fēng)需要。

        (4)注氮措施。注氮的氮氣濃度不得低于97%,低于97%立即停止注氮,嚴(yán)格堅持“少量多注”多循環(huán)進(jìn)行注氮。注氮時間每循環(huán)1h,每小時注氮量756m3,停1h再進(jìn)入下一循環(huán)。由當(dāng)班瓦斯員立即進(jìn)行工作面、上隅角和回風(fēng)順槽氣體檢測,若發(fā)現(xiàn)瓦斯和一氧化碳濃度達(dá)異常則及時向調(diào)度室匯報進(jìn)行處理。建立專用的注氮記錄本和臺帳,以便對注氮情況進(jìn)行分析。

        2.3 阻化劑防滅火

        采用BZ-40/3型噴霧泵,阻化劑使用MgCl2,濃度為20%。噴霧泵安設(shè)在2206巷,將阻化劑放入水箱,按20%的比例配置,利用噴霧泵送至工作面。在檢修班進(jìn)行噴注,每次噴注3.5h,在溜頭與溜尾固定噴頭各注1h,然后工作面每3架用可移動噴頭向支架后采空區(qū)底板以及工作面底板進(jìn)行注噴一次,累計噴灑時間1.5h。若下隅角出現(xiàn)大量積水,則停止噴灑阻化劑。在中班對后溜浮煤噴灑阻化劑。

        3 特殊時期工作面防滅火措施

        3.1 初采期間專項防滅火措施

        (1)初采期間發(fā)火原因分析。工作面初采時,由于不放頂煤,導(dǎo)致移架后大量已達(dá)到發(fā)火期的煤炭被丟入采空區(qū),采空區(qū)極易自燃。且初采期間采空區(qū)沿走向范圍窄,不能實施注氮、注漿等防滅火措施,加大采空區(qū)自然發(fā)火的可能性。

        (2)初采期間防滅火措施。采取阻化劑噴灑小范圍垮落煤體為主,結(jié)合加快工作面推進(jìn)速度減短工作面浮煤暴露時間為輔的防滅火措施。具體為:對開切眼附近煤壁加強噴漿,確保無浮煤、無裸露煤體;加快工作面初始推進(jìn)速度,不低于3m/d;工作面開始推進(jìn)時,在工作面端頭支架上安設(shè)阻化劑氣霧噴灑裝置,對工作面浮煤噴灑阻化劑材料,對采空區(qū)垮落的浮煤采取人工噴灑阻化劑;工作面預(yù)埋注氮管路,一旦注氮管口埋入采空區(qū)30m時,即可按照正?;夭善陂g注氮要求進(jìn)行注氮;預(yù)埋束管取樣分析采空區(qū)氣體變化情況,及時采取相應(yīng)措施。

        3.2 停采撤架期間專項防滅火措施

        (1)停采撤架期間發(fā)火原因分析。① 小峪礦19#煤層的最短自然發(fā)火期為80d,工作面推進(jìn)速度正常為3m/d,根據(jù)采空區(qū)三帶考察,采空區(qū)約30m以里為窒熄帶,在撤架期間,采空區(qū)氧化帶與窒息帶交界地方浮煤將進(jìn)一步氧化,極易自燃。② 撤架時采空區(qū)內(nèi)巖石經(jīng)??迓洌茐牟煽諈^(qū)浮煤的漏風(fēng)氧化通道,而支架上方卻存在固定的漏風(fēng)氧化通道,再加上支架上方的氧含量一般為15%~18%,為最易氧化的氧含量范圍,因此支架上方的碎煤比采空區(qū)浮煤更易氧化自燃。

        (2)停采工作面專項防滅火措施。① 在安全的前提下做到低風(fēng)量、低風(fēng)壓通風(fēng);② 通過預(yù)埋注氮管路對停采線位置和停采線后采空區(qū)進(jìn)行大量注氮;③ 在撤架處掩護(hù)支架上安設(shè)一組氣霧噴霧裝置,使溶液霧化后能隨風(fēng)流進(jìn)入撤架后采空區(qū),有效防止撤架后塌落煤體氧化自燃;④ 工作面停采后40d以內(nèi)撤出工作面所有設(shè)備,并及時密閉工作面;⑤加強對工作面撤架處、回風(fēng)流、采空區(qū)的氣體監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)異常及時匯報并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。

        3.3 封閉工作面火災(zāi)防治專項措施

        封閉工作面火災(zāi)防治具體措施為:① 密閉間嚴(yán)格按設(shè)計要求充填粉煤灰,必須接頂嚴(yán)實,不留空洞;② 在密閉施工過程中,加強施工地點及其回風(fēng)流中有毒有害氣體檢查,發(fā)現(xiàn)異常,立即斷電撤人,并及時匯報;③ 在密閉施工過程中,維護(hù)好施工巷道內(nèi)所有的監(jiān)控設(shè)備,確保監(jiān)測系統(tǒng)暢通、監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠;④ 密閉工程完成后,通過束管監(jiān)測系統(tǒng)對密閉內(nèi)氣體情況進(jìn)行實時監(jiān)測。每周對預(yù)報氣體取樣檢測,出現(xiàn)異常時對密閉內(nèi)進(jìn)行補充注漿。

        4 現(xiàn)場實施效果分析

        8206工作面采用以上防滅火措施進(jìn)行治理后,采用JSG-8礦井火災(zāi)氣體束管監(jiān)測系統(tǒng),對8206工作面采空區(qū)氣體進(jìn)行現(xiàn)場連續(xù)檢測。通過現(xiàn)場檢測可知,工作面CO檢測最大值為18ppm,工作面回采期間及回采結(jié)束后均未發(fā)生CO報警現(xiàn)象,CH4、CO氣體一直保持在穩(wěn)定的水平,說明以上措施取得了良好的防控效果,可為今后19#煤層綜放開采提供寶貴經(jīng)驗。

        5 結(jié)論

        (1)針對自燃煤層,為防止煤層自然發(fā)火引起的一系列災(zāi)害問題,應(yīng)采用以預(yù)防為主,防控結(jié)合的原則,采取黃泥灌漿、注氮和噴灑阻化劑相結(jié)合的綜合防滅火措施處理采空區(qū)自然發(fā)火。

        (2)工作面初采、停采撤架、停產(chǎn)等特殊時期,由于工作面不放頂及工作面推進(jìn)速度不穩(wěn)定,導(dǎo)致采空區(qū)浮煤氧化加劇,必須制定相應(yīng)的專項防滅火措施,及時處理采空區(qū)。

        (3)8206工作面采取黃泥灌漿、采空區(qū)注氮、噴灑阻化劑以及特殊時期的專項防滅火措施后,通過束管觀測顯示工作面CO檢測最大值為18ppm,工作面回采期間及回采結(jié)束后采空區(qū)的自然發(fā)火現(xiàn)象均能得到有效控制。

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