煤礦40104綜放面防滅火技術(shù)方案

1、中煤楊澗煤礦40104綜放面防滅火技術(shù)方案山 西 中 煤 楊 澗 煤 礦二零一一年九月中煤楊澗煤業(yè)有限責(zé)任公司40104工作面防滅火方案1 40104工作面概況40104工作面為楊澗煤礦4#煤層首采工作面，工作面走向長度550m，面長220m。4#煤煤層平均厚度6.27m，平均傾角5左右，2010年經(jīng)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心檢測為自燃煤層。工作面采用綜采放頂煤工藝回采，回采過程中采空區(qū)遺留浮煤相對較多。采用常規(guī)的黃泥灌漿技術(shù)后注入采空區(qū)的大量黃泥漿易在采空區(qū)內(nèi)形成“拉溝”現(xiàn)場，一旦黃泥漿形成固定流失通道后大量泥漿極易回流至工作面影響正常施工環(huán)境；同時(shí)單一的注漿技術(shù)，難以有效覆蓋采空區(qū)較高位

2、置的遺煤，對于厚煤層工作面回采期間的煤層自燃防治工作難以起到有效的作用。此外，工作面回采期間采空區(qū)屬于半開放空間，單一注氮技術(shù)注入采空區(qū)的氮?dú)庖纂S風(fēng)流很快擴(kuò)散出去，不能長時(shí)間發(fā)揮氮?dú)夥罍缁鸬闹舷⑿?。因此，針?0104工作面防滅火工作的實(shí)際情況，提出以三相泡沫為主的綜合治理技術(shù)。本方案分不同開采時(shí)期針對性的給出40104工作面的綜合防滅火技術(shù)方案。2 40104工作面易自然發(fā)火危險(xiǎn)區(qū)域分析（1）工作面采空區(qū)楊澗煤礦40104工作面煤層平均厚度達(dá)到6.27m，采用綜采放頂煤工藝回采，采空區(qū)遺煤較多（2）開切眼、停采線40104綜放工作面的開切眼斷面大，受礦壓影響部分煤體壓裂破碎，存在漏風(fēng)供氧；同

3、時(shí)，工作面初期推進(jìn)速度一般相對較慢，增加了開切眼松散煤體氧化時(shí)間。停采撤架前一段距離工作面一般不放煤，撤架期間在支架頂部與尾部形成大量破碎煤體，加之一般搬家時(shí)間相對較長，這些都增加了自燃危險(xiǎn)性。因此，開切眼、停采線易發(fā)生自燃火災(zāi)。3 總體設(shè)計(jì)思路通過對40104工作面自燃危險(xiǎn)發(fā)火區(qū)域的分析結(jié)合工作面煤層的實(shí)際情況和單一防滅火技術(shù)在該工作面應(yīng)用過程中的不足，提出“以三相泡沫為主、注氮堵漏結(jié)合”的綜合防治方案，對不同危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行有針對性的防治。即利用三相泡沫的高堆積性和良好的擴(kuò)散性對采空區(qū)的遺煤和高位隱蔽自燃區(qū)域進(jìn)行均勻覆蓋，同時(shí)配合施工擋風(fēng)墻等封堵技術(shù)對上下隅角進(jìn)行堵漏風(fēng)，達(dá)到防止工作面煤炭自燃

4、，安全回采的目的?？傮w技術(shù)路線如圖1：圖1 總體設(shè)計(jì)路線示意圖4 煤層自燃早期預(yù)測預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)煤層自燃預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括煤層自然發(fā)火基礎(chǔ)特性的測試分析和氣體監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)兩部分。4.1煤自燃特性及標(biāo)志性氣體的測試分析煤層自然發(fā)火基礎(chǔ)特性的測試是研究和掌握自燃規(guī)律、設(shè)計(jì)煤層自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的前提。40104工作面采用現(xiàn)場取樣，送中國礦業(yè)大學(xué)通風(fēng)防滅火研究所測試分析的方法對40104工作面煤層自燃特性和自燃指標(biāo)氣體進(jìn)行分析。4.2煤層自燃早期預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)措施根據(jù)40104工作面煤層自燃特性基礎(chǔ)參數(shù)測試結(jié)果，通過束管系統(tǒng)自動(dòng)采樣監(jiān)測和人工取樣分析相結(jié)合的方法對40104采空區(qū)氣體成分、濃度進(jìn)行分析，對比指

5、標(biāo)氣體來達(dá)到對煤層自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時(shí)采取相應(yīng)的防滅火措施消除隱患。4.2.1束管監(jiān)測束管監(jiān)測系統(tǒng)是用抽氣泵通過束管（多孔塑料管）抽取各取樣點(diǎn)的氣樣，并通過色譜分析儀器自動(dòng)進(jìn)行氣體成分、濃度分析，對自燃火災(zāi)作出預(yù)測預(yù)報(bào)的監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)由束管、氣體分析儀器、監(jiān)測微機(jī)和相關(guān)的附屬設(shè)備組成，能對井下任意地點(diǎn)的o2、n2、co、ch4、co2、c2h4、c2h6、c2h2等氣體含量實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)循環(huán)監(jiān)測，通過烷烯比、鏈烷比的計(jì)算，及時(shí)預(yù)測預(yù)報(bào)發(fā)火點(diǎn)的溫度變化，為煤礦自然火災(zāi)和礦井瓦斯事故的防治提供科學(xué)依據(jù)。束管敷設(shè)的要求是：束管敷設(shè)巷道內(nèi)的高度一般不低于1.8m，集束管用吊臺勾吊

6、掛，束管用夾板吊掛，束管入口處的敷設(shè)要平、直、穩(wěn)，且與動(dòng)力電纜之間的距離一般不應(yīng)小于0.5m，同時(shí)避免與其它管線交叉。束管入口處必須安設(shè)濾塵器，整條束管至少要安設(shè)三個(gè)吸濕器。4.2.2人工預(yù)測預(yù)報(bào)為了彌補(bǔ)束管循環(huán)監(jiān)測可靠性差的缺點(diǎn)，在建立以連續(xù)監(jiān)測為特征的束管監(jiān)測預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)的同時(shí)，還建立人工監(jiān)測預(yù)測預(yù)報(bào)制度。根據(jù)現(xiàn)有裝備和技術(shù)，詳細(xì)規(guī)定每個(gè)班的監(jiān)測時(shí)間、監(jiān)測人、監(jiān)測地點(diǎn)和監(jiān)測內(nèi)容。在工作面回采過程中瓦檢員每天三班對工作面中部、下隅角、回風(fēng)巷、下隅角采空區(qū)和高冒區(qū)的氣體進(jìn)行采樣，送到地面色譜分析，并將分析報(bào)表報(bào)送給通風(fēng)部、安全副總、總工、礦長等進(jìn)行審批，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)向通風(fēng)調(diào)度和礦調(diào)度匯報(bào)，

7、做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理,防患于未然。在工作面回采期間沿?fù)躏L(fēng)墻靠采空區(qū)一側(cè)預(yù)留一段束管，束管長度為約20m，。每天利用束管對采空區(qū)氣體進(jìn)行采樣并送至地面對氣體中co、o2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2成分和濃度進(jìn)行色譜分析。同時(shí)瓦檢員定期對上下隅角co、o2、ch4進(jìn)行檢測，如有異常及時(shí)通知調(diào)度。氣體色譜分析儀安裝調(diào)試完畢后，通過預(yù)留束管每天三班對采空區(qū)氣體進(jìn)行采樣，并對氣體中的co、o2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2成分和濃度進(jìn)行分析，通過每天對分析數(shù)據(jù)的對比，來更好的了解采空區(qū)遺煤的氧化狀況。5 防滅火系統(tǒng)的構(gòu)建5.1防火管路的布置楊澗煤礦40104工作面煤層采用下行通風(fēng)，若采

8、用正常的防滅火方式，注氮管路和注漿管路應(yīng)全部布置在進(jìn)風(fēng)巷。但由于該工作面傾向較長（約200m）、坡度較小，僅靠上隅角的預(yù)埋管路，防滅火介質(zhì)很難有效的擴(kuò)散到下隅角附近，不能對回風(fēng)巷附近的自燃隱患進(jìn)行處理。鑒于此，40104工作面采用上下巷同時(shí)預(yù)埋防火管路灌注三相泡沫的方法開展防火工作。進(jìn)、回風(fēng)巷各鋪設(shè)一趟4寸管路，上巷為注泡沫和注氮管路，下巷為注泡沫管路， 5.2 三相泡沫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)三相泡沫系統(tǒng)主要由地面制注漿系統(tǒng)和礦用三相泡沫發(fā)生器組成，制備和灌注流程如圖4所示。制氮機(jī)地面制漿池灌漿管路三通發(fā)泡器預(yù)埋管發(fā)泡劑采空區(qū)圖4 三相泡沫制備和灌注的工藝流程在地面制漿站，通過三相泡沫發(fā)泡劑定量添加泵將發(fā)

9、泡劑注入到注漿管路的入口處，將發(fā)泡器安裝在距離工作面200m的位置處，同時(shí)在該位置將氮?dú)夤苈泛桶l(fā)泡器連接，漿體通過發(fā)泡器后即可形成致密的三相泡沫。6 開切眼處防滅火技術(shù)方案6.1開切眼處氣體監(jiān)測監(jiān)控根據(jù)現(xiàn)有情況，每班對開切眼處co、ch4、o2、c2h4等氣體進(jìn)行全面監(jiān)測，對地質(zhì)構(gòu)造帶處重點(diǎn)監(jiān)測，高冒區(qū)進(jìn)行插管監(jiān)測，插管采用6分管，入口扁狀且端頭為花管，插管高度如圖5所示；圖5 插管示意圖在安裝設(shè)備之前對開切眼氣體、溫度進(jìn)行全面排查，在氣體、溫度不超標(biāo)的情況下開始安裝；氣體監(jiān)測在回風(fēng)巷開切眼處預(yù)埋一趟束管，束管綁在煤壁上（不低于底板上1.8米)，回采過程中通過對開切眼處束管進(jìn)行氣體采樣分析，判

10、斷開切眼自然發(fā)火情況。6.2 預(yù)埋管灌注三相泡沫、注氮正?；夭汕?，進(jìn)、回風(fēng)巷各鋪設(shè)一趟4寸注漿管路和2寸注氮管路，注氮管路與發(fā)泡器連接，發(fā)泡器距離開切眼約200m左右。切眼除在上下端頭各鋪設(shè)一趟4寸注漿管外，位于上隅角沿工作面傾向方向另外延伸一趟長約90m的延伸管，用于防止切眼中部遺煤自燃。當(dāng)工作面推出切眼約10m后，在上下端頭支架后尾梁處各建一道擋風(fēng)墻，高度接頂，對切眼進(jìn)行隔離封閉如圖6所示。工作面回采20m后，通過上端頭預(yù)埋管、切眼中部預(yù)埋管和下端頭預(yù)埋管依次灌注三相泡沫，直至泡沫從工作面溢出，停止灌注；當(dāng)工作面推至距切眼線40m位置時(shí)，再進(jìn)行一次灌注。不注泡沫期間通過上隅角預(yù)埋管進(jìn)行注氮

11、防火。圖6 擋風(fēng)墻垂向剖面示意圖7 正?；夭善陂g防滅火技術(shù)方案7.1正?；夭蓵r(shí)期煤層自燃預(yù)測預(yù)報(bào)束管管線從工作面回風(fēng)巷敷設(shè)至工作面應(yīng)用地點(diǎn)，日?；夭蛇^程中，在40104工作面可布置2個(gè)采樣監(jiān)測點(diǎn)，其中一個(gè)采樣點(diǎn)位于采空區(qū)內(nèi)：即通過工作面上隅角向采空區(qū)深部布置了一趟束管，由于未設(shè)保護(hù)套管，因此束管維護(hù)距離較短，一般最遠(yuǎn)僅達(dá)采空區(qū)深部2030m范圍內(nèi)。另一個(gè)束管采樣點(diǎn)布置在工作面回風(fēng)巷的超前支護(hù)段內(nèi)，該采樣點(diǎn)掛設(shè)在煤壁上，隨著工作面的回采而不斷的后撤，隨時(shí)監(jiān)測回風(fēng)巷內(nèi)氣體的變化。在采用束管循環(huán)監(jiān)測的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)人工取樣送地面色譜分析的監(jiān)測手段。每班由瓦檢員在下隅角固定的地點(diǎn)抽取氣樣，地面色譜站進(jìn)

12、行分析，每天將分析的結(jié)果統(tǒng)計(jì)后報(bào)礦領(lǐng)導(dǎo)。與此同時(shí)，還要采用便攜儀、玻璃管定期對架間、上隅角、回風(fēng)巷等位置的氣體成分進(jìn)行監(jiān)測。7.2 回采時(shí)期防滅火措施工作面正常回采期間，主要采用采空區(qū)預(yù)埋灌注三相泡沫和注氮相結(jié)合的方式進(jìn)行防火。進(jìn)、回風(fēng)巷預(yù)埋管間距為30m。工作面推過切眼20m后在上下隅角再施工一道擋風(fēng)墻，并在擋風(fēng)墻后10m各預(yù)埋一趟4寸管路；當(dāng)預(yù)埋管進(jìn)入采空區(qū)20米后，在上下隅角施工下一道擋風(fēng)墻，同時(shí)上隅角開始利用氮?dú)馔ㄟ^預(yù)埋管向采空區(qū)灌注三相泡沫，下隅角利用氮?dú)饣驂猴L(fēng)通過預(yù)埋管向采空區(qū)灌注三相泡沫；待擋風(fēng)墻進(jìn)入采空區(qū)10m后再在上下隅角預(yù)埋第二趟管路；當(dāng)?shù)诙斯苈愤M(jìn)入采空區(qū)20米左右時(shí)，在

13、上下隅角施工下一道擋風(fēng)墻，并停止第一趟管路灌注泡沫，開始第二趟管路灌注，以此類推交替進(jìn)行。預(yù)埋管路的端口采用鐵絲網(wǎng)罩好，并用堅(jiān)固的護(hù)欄(或石墻)保護(hù)，防止煤巖、泥水等進(jìn)入管孔內(nèi)，堵住管路出口。灌注三相泡沫時(shí)，需連續(xù)灌注至工作面溢出泡沫為止，一般810個(gè)小時(shí)。三相泡沫停注期間，開始通過上隅角預(yù)埋管注氮。8 緩慢推進(jìn)期間防滅火技術(shù)方案在40104工作面回采過程中，將會(huì)因?yàn)楦鞣N原因，造成工作面的推進(jìn)速度放緩，甚至停采，這就為煤的氧化聚熱創(chuàng)造了條件，這些時(shí)期將會(huì)大大增加防滅火工作的難度。為此，相比正?；夭善陂g應(yīng)采取更加積極的防滅火技術(shù)方案。工作面推進(jìn)緩慢時(shí)，除通過預(yù)埋注漿管路，每天向采空區(qū)灌注三相泡沫

14、，直至三相泡沫溢出時(shí)為止和正常24h注氮外，還要在工作面上進(jìn)風(fēng)巷應(yīng)采用更加積極的堵漏措施。將構(gòu)建擋風(fēng)墻的距離縮短為間隔10m15m，并在上下端頭各留設(shè)一道擋風(fēng)墻，在擋風(fēng)墻外部設(shè)置擋風(fēng)簾，擋風(fēng)墻和擋風(fēng)簾的施工方式即：首先沿底板鋪設(shè)風(fēng)簾布，如下圖中（1）所示，而后在風(fēng)簾布的一端上壘設(shè)黃泥袋子墻，之后將風(fēng)簾緊貼袋子墻吊起（2圖），把風(fēng)簾布的另一端利用鐵絲掛設(shè)在巷道頂板的錨網(wǎng)上（3圖），這種方式施工的袋子墻具有更好的堵漏效果。同時(shí)還要加強(qiáng)監(jiān)督管理，每班規(guī)定專人對擋風(fēng)墻的質(zhì)量和擋風(fēng)簾的懸掛位置進(jìn)行視察，如出現(xiàn)擋風(fēng)墻上部不接頂?shù)嚷╋L(fēng)現(xiàn)象立即組織人員堵漏。（1）（2）（3）袋子墻和擋風(fēng)簾施工方式示意圖（沿工

15、作面走向垂直剖面）每次施工擋風(fēng)墻時(shí)在擋風(fēng)墻靠采空區(qū)一側(cè)預(yù)留一段束管，束管長度為約20m，如圖11所示。每天利用束管對采空區(qū)氣體進(jìn)行采樣并送至地面對氣體中co、o2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2成分和濃度進(jìn)行色譜分析。同時(shí)瓦檢員定期對上下隅角co、o2、ch4進(jìn)行檢測，如有異常及時(shí)通知調(diào)度。氣體色譜分析儀安裝調(diào)試完畢后，通過預(yù)留束管每天三次對采空區(qū)氣體進(jìn)行采樣，并對氣體中的co、o2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2成分和濃度進(jìn)行分析，通過每天對分析數(shù)據(jù)的對比，來更好的了解采空區(qū)遺煤的氧化狀況。9 停采撤架期防滅火方案9.1 工作面收作前加強(qiáng)封堵和減少丟煤（1）工作面收作前出正常埋管

16、外，在工作面距停采線60米范圍內(nèi)，要加強(qiáng)工作面上、下隅角的充填堵漏。以每間隔10米施工一道隔離垛墻,對上、下隅角進(jìn)行封堵，垛墻厚度為2米以上。封堵范圍：下隅角由機(jī)巷下幫至第一架架尾，上隅角由風(fēng)巷上幫至最后一架架尾。（2）工作面推進(jìn)至停采線50米的最后范圍，要盡量加強(qiáng)放煤力度，減少采空區(qū)丟煤，特別是在工作面上鋪網(wǎng)和鋼絲繩前更要加大放煤力度，最大限度地提高回收率。9.2加強(qiáng)收作期間防火探查，做好防火預(yù)測預(yù)報(bào)工作（1）工作面采空區(qū)下隅角離停采線后部30m處埋設(shè)測束管，瓦檢員每班通過束管對采空區(qū)氣體情況進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)每天至少要取兩組氣樣進(jìn)行化驗(yàn)分析。（2）每班測氣員利用便攜式co報(bào)警儀和紅外線測溫計(jì)對

17、工作面冒空區(qū)、回風(fēng)流、上隅角等地點(diǎn)加強(qiáng)檢查。（3）工作面每5組支架設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，每班要對架后、架間及架頭測點(diǎn)檢查一次，并做到定期取樣化驗(yàn)分析；對現(xiàn)場實(shí)測有異常的，加強(qiáng)取樣化驗(yàn)。9.3 強(qiáng)化灌三相泡沫和注氮（1）停采前除正常交替埋管外，在距離工作面50m、20m的距離，在上下端頭沿老塘鏈板機(jī)外側(cè)向工作面中部延接60m,其中前30m管路使用法蘭盤,后30m管路使用快速接頭不放粘口。并及時(shí)利用所埋灌漿管路對停采線后部采空區(qū)和上隅角進(jìn)行灌漿或灌注三相泡沫，消除采空區(qū)浮煤的蓄熱環(huán)境。（2）在工作面內(nèi)布置一趟高壓軟管，與灌漿主管連接，并每隔一段距離安設(shè)一個(gè)三通閥門，利用此軟管對工作面架間氣體和溫度異常區(qū)進(jìn)

18、行插管注泡沫。插管所使用的鉆桿長1.5m、直徑2540mm之間，兩根鉆桿之間采用絲扣連接的方式，第一根鉆桿以花管形式布置，要求前頭為鉆頭狀或者尖錐型，前部1 m均勻布置直徑20 mm的鉆孔，利用巖石電鉆從工作面異常區(qū)支架間隙向采空區(qū)打鉆，鉆孔按前、中、后施工防火，后部孔在掩護(hù)梁位置打到老空區(qū)，中間孔打到柱頂梁上部及支架后浮煤，前部打到支架后浮煤。架件插管示意圖如圖所示。圖12 花管構(gòu)造示意圖高壓軟管圖13 架間插管示意圖（3）利用下隅角預(yù)埋注管對采空區(qū)進(jìn)行24小時(shí)不間斷注氮。9.4 加強(qiáng)采空區(qū)堵漏措施在停采線前40m，每間隔10m施工一座擋風(fēng)墻，擋風(fēng)墻的施工方式同回采緩慢時(shí)期相類似。附件1 40104工作面注氮防滅火安全管理要求1、制氮機(jī)操作人員，必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)考察合格后方可上崗，注氮期間嚴(yán)格按照制氮機(jī)作業(yè)流程、操作規(guī)范操作；2、保持注氮地點(diǎn)、制氮機(jī)操作室及調(diào)度室之間通訊順暢，便于注氮地點(diǎn)工作人員對注氮信息的及時(shí)反饋；3、正常注氮之前需對注氮管路進(jìn)行檢漏，確保管路連接處無氮?dú)庑孤?；注氮系統(tǒng)正式運(yùn)行后，定期對輸?shù)苈愤M(jìn)行試壓檢漏，保證輸?shù)苈愤B接完好；4、定期檢測制氮機(jī)出口的氮?dú)鉂舛龋_保氮?dú)鉂舛炔坏陀?7；5、定期檢查