葛亭煤礦交流文稿

1、應用氮氣置換法治 理采空區(qū)有害氣體 淄博礦業(yè)集團公司葛亭煤礦淄博礦業(yè)集團公司葛亭煤礦 通防管理經(jīng)驗交流通防管理經(jīng)驗交流 各位領導，大家好！各位領導，大家好！ n 淄礦集團葛亭煤礦是2001年1月10日建成投 產(chǎn)。礦井設計生產(chǎn)能力60萬t/a，核定生產(chǎn)能力為 120萬t/a。礦井主采煤層為3層煤，開采工藝為綜 采放頂煤。3層煤干煤吸氧量為0.62ml/g，最短發(fā) 火期34天，為自燃煤層；煤塵爆炸指數(shù)40.87%， 具有強爆炸性。礦井雖然是低瓦斯礦井，但由于 受開采條件和斷層等賦存條件的影響，呈塊段不 均衡緩慢涌出，存在瓦斯異?，F(xiàn)象，個別塊段瓦 斯含量較高。隨著礦井開采的不斷擴展和延伸， 采空區(qū)面

2、積越來越大，這些采空區(qū)積存著大量的 瓦斯和其他有害氣體，例如2311、2305采空區(qū)都 積存著大量的瓦斯，瓦斯?jié)舛仍?0-30%。 n 由于煤柱小、裂隙多，對相鄰的工作面造成 極大的安全隱患。因此，對采空區(qū)的瓦斯治理是 我礦瓦斯防治的重點工作。但是采空區(qū)同時存在 著自然發(fā)火的危險，給我們的治理工作帶來了極 大的難度。通過研究分析，我們與撫順煤科分院 合作研究，提出了“氮氣置換法治理采空區(qū)有害 氣體”技術。即利用現(xiàn)有的DM-400型井下移動式 膜分離注氮系統(tǒng)和ZWY-12/22型井下移動瓦斯抽 放系統(tǒng)，對2311采空區(qū)進行注氮置換抽放采空區(qū) 瓦斯。下面將主要技術和做法匯報如下： 一一 總體技術方

3、案總體技術方案 n 1.進行采空區(qū)有害氣體的觀測，研究采空區(qū)有害氣體 成分、變化規(guī)律及影響因素，為評估采空區(qū)的安全狀況， 制定與實施氣體置換方案提供依據(jù)。 n 2.實施采空區(qū)漏風的檢測與漏風通道的封堵措施，為 采空區(qū)有害氣體的治理提供可靠保障。 n 3.進行采空區(qū)煤的氧化與惰化模擬試驗，研究煤的低 溫氧化規(guī)律，CO的來源及變化規(guī)律，采空區(qū)的最低氧濃 度值等多項內(nèi)容，為預防和控制煤炭的自燃，為氮氣置換 法治理采空區(qū)有害氣體提供準確的基礎參數(shù)。 n 4.進行煤升溫氧化熱力學特性試驗以及自然發(fā)火標志 氣體的研究，為煤炭自然發(fā)火的預測預報提供基礎參數(shù)。 n 5.本著安全可靠、先進實用的原則，制定采空區(qū)

4、自燃 火災的應急措施。 n 6.進行采空區(qū)氮氣置換工藝研究，綜合運用采空區(qū)瓦 斯抽放技術、注氮惰化技術以及監(jiān)測監(jiān)控技術，制定并實 施氣體置換方案，實現(xiàn)同時治理采空區(qū)瓦斯災害與煤炭自 燃災害的目標。 二二 技術原理技術原理 n n 當實施采空區(qū)瓦斯抽放時，抽放負壓破壞了 瓦斯的游離狀態(tài)與吸附狀態(tài)的動態(tài)平衡，使一部 分吸附狀態(tài)的瓦斯按一定的衰減速度不斷地解吸， 當抽放到一定程度后，將有外部氣體進入采空區(qū)， 來補充采空區(qū)被抽走的那部分瓦斯。因此瓦斯抽 放將造成采空區(qū)漏風量增加，其值等于抽放量減 去解吸量。如果需要補充的這部分氣體用注入的 氮氣來代替，那么，將能阻止新鮮風流向采空區(qū) 涌入，保持采空區(qū)內(nèi)

5、的惰化狀態(tài)，防止煤炭自然 發(fā)火。 三三 采空區(qū)氣體置換的基本原則采空區(qū)氣體置換的基本原則 n 現(xiàn)場實踐表明，采空區(qū)氣體置換技術需要研究解決的 關鍵問題，不僅僅是采空區(qū)瓦斯抽放和注氮的問題，更重 要的是采空區(qū)狀況的適時觀測、有害氣體的來源與影響因 素的研究、采空區(qū)漏風的檢測與封堵措施、氣體置換過程 中氣體成分的測控、自然發(fā)火的防治以及各種相關技術的 綜合運用等問題。因此，對2311采空區(qū)實施氣體置換時， 本著“先注后抽，邊抽邊注，控制抽量，監(jiān)測監(jiān)控”的原 則進行，即向采空區(qū)先注入一定量的氮氣再進行抽放瓦斯， 抽放的同時連續(xù)向采空區(qū)注氮。為防止向采空區(qū)漏風，保 障氮氣惰化帶平穩(wěn)向采空區(qū)深部推移，要

6、控制抽放量，原 則上注入氮氣量大于瓦斯抽放量的1.1倍。為保障置換過程 的安全，在方案實施過程中，應采取周密的監(jiān)測監(jiān)控措施。 四四 采空區(qū)注氮工藝與技術要求采空區(qū)注氮工藝與技術要求 n 注氮裝置選用DM-400膜分離制氮機，最大注氮量為 400m3/h。注氮機安設在2307施工道硐室內(nèi)，采用封閉式 持續(xù)性注氮方法。采空區(qū)注氮的技術要求是： n 1.建立注氮設備的操作規(guī)程，工作崗位責任制和注氮 防滅火管理暫行規(guī)定等規(guī)章制度。 n 2.在注氮過程中，工作場所的氧濃度不得低18.5%。 n 3.注氮量的多少，應根據(jù)采空區(qū)中的氣體成分來確定， 以采空區(qū)中的氧濃度不大于5%作為確定的標準。如果采 空區(qū)中

7、的CO濃度較高（100ppm），或出現(xiàn)高溫、異味 等自燃征兆，都應加大注氮強度。 n 4.合理設置監(jiān)測傳感器，加強對采空區(qū)中O2、N2和 CO的監(jiān)測；同時，由瓦斯檢查員隨時對密閉外的O2、 CO和CH4濃度進行檢測。 n 5.注入氮氣的純度不得低于97%。 五五 采空區(qū)瓦斯抽放采空區(qū)瓦斯抽放 n 瓦斯抽放泵選用ZWY-12/22型移動式瓦斯抽放泵 站,其最大抽放量為12 m3/min，抽放泵為水環(huán)式真空 泵。瓦斯抽放管材選用鋼絲網(wǎng)聚乙烯瓦斯抽放管路。 n 根據(jù)采空區(qū)注氮量，瓦斯抽放采用間斷式，由 于瓦斯抽放小時量大于注氮小時量，故先注氮，后抽 放，抽放達到或接近注氮量時，停止抽放，等待一段 時

8、間后，再進行抽放。抽放前要將抽放鉆孔積水放凈， 抽放結束時，將閥門關閉，打開抽放管進氣閥將管內(nèi) 瓦斯排出。 六六 氣體置換過程中的監(jiān)測與監(jiān)控氣體置換過程中的監(jiān)測與監(jiān)控 n 在進行采空區(qū)氣體置換時，有效的監(jiān)測數(shù)據(jù) 是工作的基礎參數(shù)，我們主要利用KSS200礦 井安全束管監(jiān)測系統(tǒng)進行氣樣分析，利用管道高 濃度甲烷傳感器、負壓傳感器、溫度傳感器、CO 傳感器、渦街流量傳感器、氧氣傳感器等六位一 體傳感器與地面KJ76N監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測注氮抽 放瓦斯過程中各種氣體變化情況，發(fā)現(xiàn)異常及時 采取措施進行處理。 七七 采空區(qū)氣體置換方案的實施采空區(qū)氣體置換方案的實施 在2313工作面軌道順槽內(nèi)向2311工作

9、面切眼上 方打抽放鉆孔，采用采空區(qū)高位鉆孔抽放瓦斯的 方法，實施瓦斯抽放。抽放鉆孔打在采空區(qū)最高 點的頂板裂隙帶內(nèi)，布置3個鉆孔。抽放管路全長 1200m。在進行采空區(qū)瓦斯抽放時，要堅持“低 負壓、大流量”的原則，并控制抽放量不大于注 氮量。2311采空區(qū)氣體置換抽放瓦斯鉆孔、管路 及注氮管路布置如下圖。 1# 2# 3# 瓦斯抽放鉆孔 裂隙帶 冒落拱 2311采空區(qū) 鉆場 7 瓦斯抽放管路 2311皮帶順槽 15 2311軌道順槽 230西翼采區(qū)軌道下山 230西翼采區(qū)回風下山 2311采空區(qū) 瓦斯抽放泵 過濾網(wǎng) 放水閥 注氮機 截止閥 注氮管路 瓦斯抽放管路 停采線 NH N2 4 1#

10、2# 3# 2313軌道順槽 序號 1 5 6 3 4 2 圖 例 截止閥 放水閥門 注氮管路 永久密閉 過濾網(wǎng) 說 明 臨時風門 2311采空區(qū)后期氣體置換抽放瓦斯管路及注氮管路布置圖 在抽放采空區(qū)瓦斯的過程中，要經(jīng)常掌握采空區(qū) 內(nèi)氣體成分和溫度等的變化。根據(jù)煤的低溫氧化模 擬試驗結果，煤在低溫供氧的條件下，就可以氧化 并產(chǎn)生較高濃度CO。在封閉空間內(nèi)，煤樣的氧化試 驗還表明，隨著時間的延長，CO濃度不斷增加，直 到封閉空間內(nèi)的氧氣基本耗盡為止（O2濃度達到 2.0%）。因此采空區(qū)必然存在較高濃度的CO。在實 施抽放過程中，應根據(jù)CO濃度的不斷升高、采空區(qū) 溫度的升高以及C2H4等標志性氣體

11、進行綜合分析。 采空區(qū)氣體成分控制指標采空區(qū)氣體成分控制指標 采空區(qū)中氣體組分 調(diào)控限定值（%） CH4以不影響瓦斯泵入口的濃度規(guī)定為準 CO 0.01 O25 C2H40 C O210 溫度 40（） 在進行“氮氣置換法治理采空區(qū)有害氣體”的研究和實 施過程中，圍繞項目的總體目標，我們開展了采空區(qū)有害氣 體的觀測與分析、采空區(qū)煤的氧化與惰化模擬試驗、采空區(qū) 氣體波動原因的研究、采空區(qū)漏風檢測技術與堵漏風措施、 氮氣置換法治理采空區(qū)有害氣體的系統(tǒng)裝備與工藝、安全監(jiān) 控以及采空區(qū)自然發(fā)火應急措施等多項研究。 上述各項措施的綜合運用，是氮氣置換法抽放采空區(qū)瓦 斯取得成功關鍵。運用這些技術，我們對2311采空區(qū)的有 害氣體進行了有效治理，減少了采空區(qū)瓦斯積存，采空區(qū)瓦 斯?jié)舛纫呀?jīng)由原來的16%下降到10%左右。2303工作面相 鄰的2305采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_到7%左右，2301采空區(qū)內(nèi)存 有大量積水，嚴重威脅2303工作面的生產(chǎn)，通過對2305采 空區(qū)實施注氮置換瓦斯抽放、2301采空區(qū)注氮置換放水， 順利實現(xiàn)了2303孤島工作面的安全回采。 此項技術的推廣應用，從根本上解決了采空區(qū)有 害氣體對安全生產(chǎn)的威脅，確保了采空區(qū)和臨面開 采的安全。同時保持了采空區(qū)的惰化狀態(tài)，又有效 地防治了煤炭的氧化自燃，為采空區(qū)瓦斯與煤炭自 然發(fā)火災害的共同治理，找到了一條科學有效的技 術途徑。 八 總