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        易自然煤層頂板瓦斯道防火技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

        2019-10-23 06:28:52徐世波張朝川張紅剛
        商品與質(zhì)量 2019年25期
        關(guān)鍵詞:漏風(fēng)采空區(qū)瓦斯

        徐世波 張朝川 張紅剛

        鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司大興煤礦 遼寧調(diào)兵山 112700

        礦井火災(zāi)是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一,由于煤炭自然發(fā)火而引發(fā)的礦井火災(zāi)占總發(fā)火次數(shù)的90%-94%,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國25個(gè)主要產(chǎn)煤省區(qū)的130余個(gè)大中型礦區(qū)均不同程度地受到煤層自然發(fā)火的威脅[1-2]。礦井自燃火災(zāi)產(chǎn)生的大量有毒有害氣體不僅會造成人員傷亡,同時(shí)還可能引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸,使得事故危害進(jìn)一步擴(kuò)大[3]。大興煤礦是鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司大型骨干礦井,1990年投產(chǎn),設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a。大興煤礦自投產(chǎn)以來,發(fā)生過數(shù)次自然發(fā)火事故,造成工作面被動封閉,嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)及采掘接替?,F(xiàn)階段,大興煤礦進(jìn)入深部開采,地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜、火成巖侵入災(zāi)害嚴(yán)重,開采環(huán)境進(jìn)一步惡化,傳統(tǒng)防滅火技術(shù)手段已不能完全滿足深部開采防滅火需求。鑒于此情況本文提出利用頂板瓦斯道防火技術(shù),最終達(dá)到有效抑制采空區(qū)遺煤自燃的目的[4-6]。

        1 南二905工作面概況

        南二905工作面可采走向長1124m,傾斜寬152-190m,開采儲量123.2萬t,工作面四周均為未采動區(qū),工作面上鄰7-2煤層,北部未采動,南部為南五719上采空區(qū),7-2煤層厚度在1.36-4.93m 之間,一般為 2.96m,與 9 煤層間距 33.07-36.73m,一般為34.99m。工作面所采9煤層大部分為長焰煤,南部有少量不粘煤,煤層厚度在4.50-6.80m之間,一般為5.30m。工作面從切眼推進(jìn)至468m范圍內(nèi),平均煤厚為6.40m,推進(jìn)468m至采止線范圍內(nèi),平均煤厚為4.80m。煤的自燃發(fā)火期為1-3個(gè)月,煤塵爆炸指數(shù)為 33.81%。

        圖1 南二905工作面平面示意圖

        2 工作面自然發(fā)火過程

        2.1 出現(xiàn)自然發(fā)火隱患過程

        南二905綜采工作面于5月15日試采,5月16日-18日期間生產(chǎn)部門對切眼頂板采取主動放炮放頂措施。5月20日回風(fēng)開始出現(xiàn)CO氣體,5月30日回風(fēng)流CO當(dāng)日最高值達(dá)5.47ppm。

        5月31日,南二905綜采工作面運(yùn)順回采42m、回順回采46m。工作面風(fēng)量1819m3/min ,最大瓦斯涌出量27.90m3/min,最大瓦斯抽采量14.81m3/min。21:00左右,現(xiàn)場瓦檢員正常檢查工作面架間、上隅角高頂、老塘束管及5月22日布置束管等地點(diǎn)CH4、CO氣體濃度情況。

        從58#支架至機(jī)尾支架架間均有CO氣體,其中96#-97#架間CO氣體濃度最高為312ppm;上隅角高頂CO氣體濃度為225ppm;老塘束管CO氣體濃度為257ppm;5月22日布置束管CO氣體濃度為387ppm;工作面回風(fēng)CO氣體濃度為22ppm,并且呈現(xiàn)上漲趨勢;瓦檢員立即向保安區(qū)調(diào)度匯報(bào)現(xiàn)場CO氣體情況,保安區(qū)調(diào)度向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。

        2.2 煤炭氧化原因分析

        工作面切眼前部10#支架附近及中部50#支架處各有一斷層,回采期間斷層處遺留浮煤在漏風(fēng)供氧作用下氧化生成大量的CO氣體。另外,工作面開采后,采取主動放頂措施,但冒落效果不理想,造成工作面后部漏風(fēng)嚴(yán)重。

        3 頂板瓦斯道防火技術(shù)

        根據(jù)煤炭氧化發(fā)展規(guī)律及現(xiàn)場回采實(shí)踐,為降低采空區(qū)CO濃度,利用南二905的頂板瓦斯道對南二905采空區(qū)進(jìn)行治理。主要采取利用預(yù)埋的管路進(jìn)行注水、注漿、注液態(tài)二氧化碳等綜合防火措施進(jìn)行治理[7]。

        3.1 頂板瓦斯道停止抽采措施

        發(fā)生隱患后,首先要控制漏風(fēng)場,除了工作面進(jìn)行封堵漏風(fēng)外,在6月23日至6月27日期間,對頂板瓦斯道采取了停抽措施,這樣大大減少采空區(qū)的漏風(fēng),減小了采空區(qū)CO氣體的外泄。

        3.2 頂板瓦斯道注水措施

        由于南二905自然發(fā)火的位置靠近運(yùn)順一側(cè),因此針對本次出現(xiàn)的實(shí)際情況,在南二905頂板瓦斯道利用預(yù)設(shè)的管路對南二905采空區(qū)進(jìn)行注水。由于采動影響,七煤層與九煤層之間可能產(chǎn)生裂隙。采取對頂板瓦斯道向南二905工作面采空區(qū)注水措施,一是降低南二905工作面采空區(qū)內(nèi)浮煤溫度;二是水可以通過層間裂隙導(dǎo)入九煤層采空區(qū),對頂板瓦斯道下部的地方也可以降溫。6月1日至6月27日,南五719采空區(qū)共計(jì)注水6270m3。

        3.3 頂板瓦斯道注液態(tài)二氧化碳措施

        為降低南二采空區(qū)氧氣濃度,控制采空區(qū)遺留浮煤氧化,在頂板瓦斯道采取注氮?dú)獯胧?月20日至6月25日,通過頂板瓦斯道預(yù)留的管路向采空區(qū)注入液態(tài)二氧化碳20噸,并根據(jù)CO變化趨勢對注液態(tài)二氧化碳管路出口進(jìn)行調(diào)整。

        3.4 頂板瓦斯道注漿措施

        為降低南二采空區(qū)氧氣濃度,控制采空區(qū)遺留浮煤氧化,在頂板瓦斯道采取注漿措施,6月1日至6月20日,通過頂板瓦斯道預(yù)留的管路連續(xù)進(jìn)行注漿,每天注漿8小時(shí),累計(jì)注漿3456m3。

        4 治理效果考察分析

        利用頂板瓦斯道防滅火技術(shù)后,工作面回風(fēng)流CO氣體濃度變化規(guī)律如圖2。

        圖2 南二905工作面回風(fēng)流CO氣體濃度變化曲線圖

        6月4日工作面回風(fēng)流CO氣體濃度為平均13ppm;6月22日達(dá)到85ppm,由于采空區(qū)治理,CO氣體濃度隨后逐漸下降,6月29日達(dá)到5ppm,但隨后CO氣體濃度快速增加,7月4日達(dá)到128ppm。

        6月4日工作面回順三角點(diǎn)高頂CO 氣體濃度為平均370ppm;6月21日達(dá)到2172ppm,由于采空區(qū)治理,CO氣體濃度隨后逐漸下降,6月28日達(dá)到149ppm,但隨后CO氣體濃度快速增加,7月4日達(dá)到3051ppm。

        6月4日工作面回順老塘高頂束管CO氣體濃度為平均530ppm;6月22日達(dá)到2951ppm,由于采空區(qū)治理,CO氣體濃度隨后逐漸下降,6月29日達(dá)到272ppm,但隨后CO氣體濃度快速增加,7月3日達(dá)到3377ppm。

        通過上述氣體濃度分析,說明前期采空區(qū)治理并沒有從根本上消除遺煤自然發(fā)火隱患,并且工作面運(yùn)順推進(jìn)133m時(shí),距離工作面25m-60m之間存在2m-5m的巖墻,回采期間巖墻附近遺留浮煤在漏風(fēng)供氧作用下有可能氧化生成大量的CO氣體。所以在防滅火工作中,采取本層和7煤同時(shí)采取防滅火措施,并采用惰性耦合氣體治理方法。

        5 結(jié)語

        針對大興煤礦近距離煤層群開采中面臨的自然發(fā)火隱患防止難題,本文以南二905工作面為例,提出頂板瓦斯道防滅火技術(shù),主要結(jié)論如下:

        (1)南二905工作面在回采期間,采空區(qū)遺煤出現(xiàn)自然發(fā)火隱患后,運(yùn)用頂板瓦斯道防滅火技術(shù)對南二905采空區(qū)進(jìn)行治理。主要采取利用預(yù)埋的管路進(jìn)行注水、注漿、注液態(tài)二氧化碳等綜合防火措施進(jìn)行治理,經(jīng)過綜合治理,取得了較好的效果。

        (2)由于頂板瓦斯道垮落沒有嚴(yán)格的規(guī)律,因此利用頂板瓦斯道進(jìn)行注漿和注氮時(shí),須計(jì)算出口最佳位置才能保證各措施的合理性。

        (3)當(dāng)大興礦其它工作面具備頂板瓦斯道,也可借鑒該經(jīng)驗(yàn)措施,但需要根據(jù)各工作面自然發(fā)火標(biāo)志性氣體來制定各措施參數(shù)

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