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        綜采面回撤新型常溫自發(fā)泡防火充填技術(shù)應用

        2022-11-05 10:17:20李向征李洪杰
        山東煤炭科技 2022年10期
        關(guān)鍵詞:遺煤空洞聚氨酯

        李向征 李洪杰

        (1.中煤大屯能源有限公司姚橋煤礦,江蘇 徐州 221600;2.徐州吉安礦業(yè)科技有限公司,江蘇 徐州 221008)

        在我國國有重點煤礦中存在煤炭自燃的礦井占礦井總數(shù)的56%,因煤炭自燃而引起的火災占礦井火災總數(shù)的90%~94%[1-6]。煤炭自然火災危及人員生命、損毀機電設(shè)備、耗費國家資源,嚴重影響著礦井的安全和持續(xù)生產(chǎn)。近年來,隨著姚橋礦開采周期的增長,井下地質(zhì)條件趨于復雜,特別是放頂煤工作面回撤時期受斷層構(gòu)造影響,頂板煤體破碎易漏風氧化,傳統(tǒng)的聚氨酯類充填材料反應放熱量大,應用后將進一步加劇自燃發(fā)展,給防滅火工作帶來較大困難,為此需要研究應用新型防滅火材料。

        1 工作面概況

        姚橋礦7704 綜放工作面位于東六二采區(qū),所開采煤層為7#煤層,為Ⅱ類自燃煤層。根據(jù)礦井歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù),確定煤層自然發(fā)火標志性氣體CO 臨界值為3×10-5。工作面走向長度843 m,傾向長度233 m,煤層平均傾角7°,煤層平均厚度5.8 m,回采期間采用U 型上行通風方式。該工作面2019年12 月下旬開始拆除,受斷層影響,55#~102#架上方存在大量的頂煤,如圖1 所示,挑頂、打貼幫柱時出現(xiàn)多個高冒點,給錨頂、錨幫及拆除工作帶來較大困難。2020 年1 月中旬機巷回收完畢后構(gòu)筑通風設(shè)施,改下行通風,由于春節(jié)放假、疫情影響,拆除時間較長,部分隱患點呈現(xiàn)蓄熱氧化,CO 濃度逐步升高,束管取樣達2×10-4。

        圖1 7704 工作面拆除期間剖面圖

        2 7704 拆除面防滅火存在的困難及治理方向

        基于姚橋礦7704 工作面拆除期間頂板遺煤破碎,且已出現(xiàn)蓄熱氧化的工況背景,采用木垛或穿鋼梁處理存在較大的施工困難,且不能實現(xiàn)有效阻斷漏風供氧的目的。采用傳統(tǒng)的聚氨酯類充填封堵材料,存在較大的安全隱患:一是聚氨酯類充填材料反應放熱量大,大量熱量積聚將進一步加劇煤炭自燃;二是聚氨酯類充填材料阻燃性差,存在固化泡沫聚熱自身燃燒可能性,現(xiàn)場應用存在較大應用弊端。

        針對7704 工作面拆除期間頂板遺煤破碎漏頂且已蓄熱氧化的治理背景,充填治理所需材料的技術(shù)特性方向應為:充填材料反應不釋放熱量,化學自發(fā)泡膨脹,阻燃性能優(yōu),不收縮,不向周圍煤體傳遞熱量,達到本質(zhì)安全性,避免應用過程產(chǎn)生次生隱患。

        3 普瑞特Ⅱ型防滅火新技術(shù)

        3.1 技術(shù)概述

        普瑞特Ⅱ型防滅火新技術(shù)由A 料、B 料兩種組分按1:1 的體積比混合,經(jīng)化學發(fā)泡后生成固化泡沫體,膨脹系數(shù)15 倍以上,生成過程不產(chǎn)生熱量。產(chǎn)品發(fā)泡后呈乳化泡沫狀,初始粘度低,被注入破碎煤巖體空洞后,具有良好的擴散及滲透性能,最終生成的固化泡沫體能夠與煤巖體形成密實的固結(jié)體。固化泡沫體中含有一定量水分,具有良好的封堵性能和吸熱降溫性能。

        3.2 應用工藝及參數(shù)

        A 料和B 料通過專用設(shè)備按照1:1 的體積比添加進制備系統(tǒng),連接高壓管或鉆孔注入煤巖體破碎空洞區(qū)。普瑞特Ⅱ型防滅火新技術(shù)工藝流程如圖2,技術(shù)參數(shù)見表1。

        圖2 普瑞特Ⅱ型防滅火新技術(shù)工藝流程圖

        表1 技術(shù)參數(shù)

        4 現(xiàn)場應用及效果

        針對7704 工作面第57#至68#支架段,架頂破碎空洞區(qū)及漏頂高冒區(qū)充填應用了普瑞特Ⅱ型常溫自發(fā)泡充填材料,施工工藝較為簡單,便于操作。通過加工6 分鋼管向架頂破碎空洞區(qū)及漏頂高冒區(qū)插入固定,尾端焊接注漿變頭連接注漿設(shè)備輸出管路,通過一臺小型的氣動雙液泵吸料輸送。材料反應后初始狀態(tài)呈乳化狀,具備一定的流動擴散性,且可較快速的自膨脹發(fā)泡,發(fā)泡后泡沫體可在數(shù)秒至十幾秒內(nèi)快速初凝,失去自流動性,具備一定的自封孔作用,最終形成的固化泡沫體可有效充填空洞及高冒區(qū)空間。該區(qū)段共布置注漿鉆孔6 個,合計注漿量2 t,充填效果較好,7704 工作面架頂遺煤自燃得到快速控制,工作面內(nèi)CO 濃度顯著降低。采取以上措施后工作面拆架回撤自然發(fā)火預兆消除,保證了工作面的安全回撤。其中57#架、68#架頂板處理前后CO 濃度數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)見表2。

        表2 CO 濃度及溫度數(shù)據(jù)

        5 結(jié)論

        (1)基于7704 工作面拆除期間頂板遺煤破碎,且已出現(xiàn)蓄熱氧化的工況背景,采用傳統(tǒng)木垛或聚氨酯類充填材料處理,存在較大施工困難及次生安全隱患。普瑞特Ⅱ型常溫自發(fā)泡充填技術(shù)采用創(chuàng)新性發(fā)泡技術(shù),發(fā)泡過程和固化過程均不放熱,不向周圍環(huán)境釋放熱量;發(fā)泡后初期呈乳化狀泡沫,具有良好的流動性、擴散性,在破碎煤巖體內(nèi)達到理想的充填效果,固化后能夠全面充填周圍空洞及煤巖裂隙;不燃燒,也不助燃;固化后的泡沫閉孔率高,固化后的泡沫與煤巖體固結(jié)成一體,能夠有效充填空洞裂隙,具有良好的封堵性能。

        (2)7704 工作面拆除期間,第57#~68#支架段架頂破碎空洞區(qū)及漏頂高冒氧化區(qū)充填應用了普瑞特Ⅱ型常溫自發(fā)泡充填材料,充填效果較好,架頂遺煤自燃得到快速控制,工作面內(nèi)CO 濃度顯著降低,拆架回撤自然發(fā)火預兆消除,保證了工作面的安全回撤。

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