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        深井高地溫及沖擊地壓條件下的防火研究

        2020-12-29 15:39:38牛思云張業(yè)福祝傳軍
        山東煤炭科技 2020年10期
        關鍵詞:擋風熱源采空區(qū)

        牛思云 張業(yè)福 祝傳軍

        (棗礦集團滕東煤礦,山東 滕州 277522)

        滕東煤礦井深、高溫,加之受沖擊地壓限產(chǎn)影響,工作面推采速度慢,防火形勢異常嚴峻。

        滕東煤礦由于產(chǎn)量低,只能布置1 個綜采放頂煤工作面,抓不好防火工作將造成無面可采。因此工作面自然發(fā)火問題成為全礦最大的隱患,全礦上下對工作面防火問題非常重視。

        1 礦井概況

        滕東煤礦位于滕州市鮑溝鎮(zhèn)境內,核定生產(chǎn)能力35萬t/a,井田面積27.052 3 km2,主采-865 m水平,為魯南第一深井。本井田含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組,共含可采和局部可采煤層四層,即3上、3下、16、17 煤。煤層傾角5~10°,構造復雜程度屬中等偏簡單。主采煤層為3下煤層,煤層厚度2.66~8.11 m,平均厚度5.27 m,煤種為中高~特高發(fā)熱量、低中灰、低硫~特低硫優(yōu)質氣煤或1/3 焦煤。礦井采用立井單水平開拓,開采方法為走向長壁式,全部垮落法管理頂板,采用綜采放頂煤工藝。礦井通風方式采取中央并列式通風,通風方法為抽出式,副井進風,主井回風。礦井地溫較高,平均地溫梯度為3.79 ℃/hm,現(xiàn)采面煤層溫度高達40.4 ℃。

        經(jīng)北京安科興業(yè)礦山安全技術研究院有限公司及北京科技大學評價3下煤層及采區(qū)均具有中等沖擊危險。根據(jù)礦井生產(chǎn)實際,回采工作面以中等及以上沖擊危險為主,尤其是在復雜構造區(qū)域、斷層煤柱區(qū)域及高位頂板礫巖活動期間沖擊危險性較高。

        經(jīng)中煤科工集團重慶研究院鑒定現(xiàn)開采的3下煤層,自燃傾向性為Ⅱ類,最短自然發(fā)火期63 d,自然發(fā)火嚴重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。

        2 防火困難分析

        (1)深井巷道壓力大,造成部分密閉壓裂,為采空區(qū)漏風供氧提供條件。

        (2)采煤工作面沿空采煤,掘進工作面沿空掘進,與采空區(qū)只有6 m隔離煤柱,煤柱很容易壓裂,形成漏風供氧通道。

        (3)采用放頂煤工藝,上下端頭放煤不徹底,丟下大量遺浮煤,采空區(qū)遺煤容易自燃。

        (4)受沖擊地壓及產(chǎn)量限制,工作面推采速度慢。正常情況下,工作面月推采40 m 以下,防火壓力非常大,限產(chǎn)后工作面月推采速度低于30 m。

        (5)經(jīng)中煤科工集團重慶研究院鑒定,滕東煤礦煤層自燃傾向Ⅱ類,自然發(fā)火期63 d。 由于自然發(fā)火鑒定在實驗室鑒定,鑒定溫度從25 ℃開始升溫,而滕東煤礦現(xiàn)采面煤層溫度達40.4 ℃,自然發(fā)火期遠遠低于63 d。

        (6)礦山壓力大,使得上下順槽過風斷面變小,風阻變大。同時礦山壓力使得工作面超前應力集中區(qū)的煤體破碎,延長了煤體預氧化時間,增加了采空區(qū)自然發(fā)火的概率。

        3 防火研究

        (1)根據(jù)重慶煤科院《煤樣升溫氧化試驗結果》,為了實現(xiàn)自燃火災的準確預報,研究建立了四級預報體系。當采煤工作面回風流或密閉內外的溫度超過35 ℃時,進行CO 濃度測定;當CO 增量濃度達10 ppm 時,說明熱源溫度已達70 ℃以上,此時發(fā)出早期預報,以便做好思想和物資準備;當乙烯濃度達1 ppm 時,證明熱源溫度將接近臨界值,此時發(fā)出中期預報,要求迅速制定滅火措施,控制火情發(fā)展;當烷烯比值達到3 時,說明熱源溫度已達到臨界溫度,已處于加速氧化期,此時發(fā)出后期預報,通知有關部門立即采取果斷措施,撲滅熱源;當烷烯比值等于1 時發(fā)出緊急預報,在無把握準確找到熱源的情況下,須果斷封閉火區(qū)。

        (2)開展采煤工作面自然發(fā)火“三帶觀測”,得出自燃帶為40~80 m 結論,為推采速度與防火關系提供理論數(shù)據(jù)。

        (3)實施采空區(qū)探溫技術,提高自然發(fā)火預測的準確性。在工作面兩巷預埋DN50 管路,高度1.5 m,隨推采進入采空區(qū),每隔一段距離進行測溫1 次,定期監(jiān)測采空區(qū)溫度變化,根據(jù)溫度變化情況及時采取有效措施。

        4 防火措施及對策

        (1)加強氣體檢測,提前預測自然發(fā)火隱患。利用KJ90X 監(jiān)控系統(tǒng),24 h 實時監(jiān)測工作面回風隅角、回風巷回風流的氣體變化,重點監(jiān)測、掌握一氧化碳、瓦斯、溫度變化。對工作面回風隅角、工作面回風流及可能積熱著火的地點人工取樣檢測,每周取樣2 次,出現(xiàn)發(fā)火征兆及時發(fā)出預報。

        (2)加強井下通防設施巡查,確保井下風門、調節(jié)風窗完好,確保工作面通風系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。每10 d 對3下115 工作面全面測風一次,及時掌握工作面的風速、風量、溫度情況,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

        (3)根據(jù)工作面的地質條件精采細放,適當加快推采速度,對工作面兩巷、架前、架間能人工回收的浮煤及時清理至底板,不能回收的浮煤及時灑水澆透。

        (4)工作面機頭、機尾鋪網(wǎng)段要剪網(wǎng)放煤,對兩巷不散頭、不變形、能用退錨機退錨的錨索及時退錨。

        (5)工作面兩巷隅角懸掛好擋風簾(采用阻燃材料),機頭掛設2 道,機尾掛設1 道。擋風簾要能覆蓋機頭、機尾全斷面,隨工作面推采留在采空區(qū)內。

        (6)工作面每推采20 m,在上下兩巷隅角各砌筑1 道擋風隔離墻。擋風隔離墻使用碎煤和快速壘砌材料施工。

        (7)工作面機頭、機尾老塘側擋風簾以里安裝1 道2 個噴頭的噴霧簾,噴霧方向面向老塘煤堆,24 h 開啟,以便淋濕落煤。

        (8)如工作面氣體濃度升高,根據(jù)現(xiàn)場實際需要決定是否采取向采空區(qū)壓注液態(tài)CO2的措施。

        5 結 論

        根據(jù)《煤樣升溫氧化試驗結果》,建立了四級預報體系,提出了防火對策措施并嚴格實施,確保了滕東煤礦綜放工作面在月推采30 m 左右的情況下防火形勢的穩(wěn)定,保證了綜放工作面的安全開采。

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