葛亭煤礦交流文稿

1、應(yīng)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(lǐng)導(dǎo)，大家好！各位領(lǐng)導(dǎo)，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(shè)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)面積越來越大，這些采空區(qū)積

2、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(shù)。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(shù)和做法匯報如下： 一一 總體技術(shù)方案總體技術(shù)方案n 1.進行采空區(qū)有害氣體的觀測，

3、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(yù)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(chǔ)參數(shù)。n 4.進行煤升溫氧化熱力學(xué)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(yù)測預(yù)報提供基礎(chǔ)參數(shù)。n 5.本著安全可靠、先進實用的原則，制定采空區(qū)自燃火災(zāi)的應(yīng)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

4、斯抽放技術(shù)、注氮惰化技術(shù)以及監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)，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(zāi)害與煤炭自燃災(zāi)害的目標。二二 技術(shù)原理技術(shù)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)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

5、表明，采空區(qū)氣體置換技術(shù)需要研究解決的關(guān)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(guān)技術(shù)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(yīng)采取周密的監(jiān)測監(jiān)控措施。

6、 四四 采空區(qū)注氮工藝與技術(shù)要求采空區(qū)注氮工藝與技術(shù)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(shè)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(shù)要求是：n 1.建立注氮設(shè)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(yīng)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)中的CO濃度較高（100ppm），或出現(xiàn)高溫、異味等自燃征兆，都應(yīng)加大注氮強度。n 4.合理設(shè)置監(jiān)測傳感器，加強對采空區(qū)中O2、N2和CO的監(jiān)測

7、；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，等待一段時間后，再進行抽放。抽放前要將抽放鉆孔積水放凈，抽放結(jié)束時，將閥門關(guān)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

8、 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(chǔ)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

9、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152311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NHN241#2#3#2313軌道順槽序號156342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(jié)果，煤在

10、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(yīng)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 0.01O25C2H40C 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、

11、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(shù)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(yīng)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(guān)鍵。運用這些技術(shù)，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(shù)的推廣應(yīng)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(zāi)害的共同治理，找到了一條科學(xué)有效的技術(shù)途徑。八