錢營(yíng)孜W3214工作面封閉火區(qū)綜合治理技術(shù)方案

1、錢營(yíng)孜W3214工作面封閉火區(qū)綜合治理技術(shù)方案q 錢營(yíng)孜W3214工作面封閉火區(qū)綜合治理技術(shù)方案徐州安云礦業(yè)科技有限公司中國(guó)礦業(yè)大學(xué)通風(fēng)防滅火研究所2015年2月錢營(yíng)孜W3214工作面封閉火區(qū)綜合治理技術(shù)方案目 錄1 封閉火區(qū)概況11.1工作面概況11.2 封閉火區(qū)自然發(fā)火情況11.3 封閉火區(qū)發(fā)火原因分析21.4 火區(qū)治理難點(diǎn)32 封閉火區(qū)綜合治理技術(shù)42.1 火區(qū)范圍圈定42.2 封閉火區(qū)治理思路43 三相泡沫隔氧降溫53.1 三相泡沫工藝參數(shù)53.2 灌注量計(jì)算64 超水凝膠封堵漏風(fēng)通道74.1 超水凝膠性能參數(shù)74.2 填充量計(jì)算8附件1：預(yù)算9附件2：三相泡沫灌注注意事項(xiàng)10I1 封

2、閉火區(qū)概況1.1工作面概況W3214工作面位于西一采區(qū)北翼，東與W3212工作面采空區(qū)相鄰，西與3226工作面相鄰。工作面機(jī)巷長(zhǎng)2091m，風(fēng)巷長(zhǎng)2217m，工作面傾斜長(zhǎng)度247m。工作面內(nèi)32煤層傾角在1025°，平均煤層傾角15°。工作面內(nèi)煤層賦存情況較為穩(wěn)定，煤層厚度0.584.26m，平均3.05m，可采儲(chǔ)量204.7萬噸，服務(wù)年限9個(gè)月，現(xiàn)已回采結(jié)束后封閉。煤層在工作面北部較厚，南部較薄，一般夾矸2層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。W3214工作面煤層絕對(duì)瓦斯涌出量3.17m3/min，相對(duì)涌出量在0.42m3/t，無突出危險(xiǎn)性。自然傾向性等級(jí)為類，屬自燃煤層，煤塵有爆炸性。1.

3、2 封閉火區(qū)自然發(fā)火情況W3214工作面于2014年5月30日收作，工作面現(xiàn)已封閉。為監(jiān)測(cè)封閉采空區(qū)情況，特在W3226工作面保護(hù)煤柱向采空區(qū)施工觀察鉆孔10個(gè)。封閉火區(qū)內(nèi)CO有緩慢上升的趨勢(shì)，且個(gè)別鉆孔監(jiān)測(cè)有C2H4存在，礦上采取機(jī)巷預(yù)埋管路注氮進(jìn)行惰化，封閉采空區(qū)氧化現(xiàn)象得到一定控制。由于礦方忙于新W3226工作面貫通，再加上接近年底，放松了對(duì)封閉采空區(qū)的注氮惰化措施。工作面于1月31日開始，出現(xiàn)一氧化碳急劇上升，且伴隨著出現(xiàn)少量乙烯氣體。根據(jù)觀察孔標(biāo)志性氣體變化趨勢(shì)可以判斷，W3214封閉采空區(qū)內(nèi)部遺煤氧化蓄熱，存在高溫點(diǎn)。其中觀察孔內(nèi)氧氣、一氧化碳?xì)怏w變化趨勢(shì)如圖所示：圖1 觀察孔指標(biāo)

4、性氣體變化趨勢(shì)圖1.3 封閉火區(qū)發(fā)火原因分析1）封閉區(qū)域存在遺煤工作面采用綜合機(jī)械化采煤工藝，一次采全高，采空區(qū)不會(huì)留有遺煤。但在臨近停采線附近揭露兩條正斷層，標(biāo)號(hào)：JF23，F(xiàn)3212-14。其中JF23斷層傾向254°，傾角70°落差在05m。F3212-14斷層傾向340345°，傾角50°落差在3m左右。在斷層區(qū)域，底煤被采出，采空區(qū)留有大量頂煤。同時(shí)支架移出之后，在停采線附近煤體壓酥，煤體破碎；加之，上工作面推進(jìn)過程中，兩道形成了三角遺煤。因此，封閉火區(qū)內(nèi)的遺煤主要集中在臨近停采線斷層處的采空區(qū)丟煤、停采線附近破碎煤體及兩道三角遺煤。2）保護(hù)煤

5、柱及密閉漏風(fēng)W3214及W3226工作面僅臨6m的保護(hù)煤柱，煤柱受礦壓影響而產(chǎn)生漏風(fēng)通道。同時(shí)，密閉墻之間也存在漏風(fēng)的可能性。通過觀察孔氧氣濃度變化趨勢(shì)可以看出，臨近停采線附近3#，4#觀察孔內(nèi)氧氣濃度較高，曾經(jīng)一度出現(xiàn)超過10%的情況。因此，封閉采空區(qū)一定存在多通道漏風(fēng)，為封閉區(qū)域遺煤提供了良好的蓄熱氧化條件。圖2 觀察孔氧氣濃度變化趨勢(shì)圖3）蓄熱氧化時(shí)間長(zhǎng)由于采空區(qū)內(nèi)通過保護(hù)煤柱及密閉漏風(fēng)長(zhǎng)期存在，且封閉采空區(qū)內(nèi)部在多次出現(xiàn)一氧化碳上升的情況下，僅采取向采空區(qū)注氮的措施。雖然注氮能夠惰化采空區(qū)，但是達(dá)不到降溫、消除蓄熱點(diǎn)的滅火作用，采空區(qū)遺煤的氧化蓄熱環(huán)境并沒有得到及時(shí)根治，一旦采空區(qū)停止

6、氮?dú)?，封閉區(qū)域的遺煤在充分漏風(fēng)供氧的條件下，潛在高溫區(qū)域就會(huì)快速氧化，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)火災(zāi)指標(biāo)氣體反復(fù)出現(xiàn)。1.4 火區(qū)治理難點(diǎn)1）火區(qū)高溫點(diǎn)位置不明確封閉采空區(qū)內(nèi)遺煤分布范圍廣，在停采線附近、兩道及鄰近停產(chǎn)附近斷層出都存在大量遺煤。加之，保護(hù)煤柱及密閉墻附近漏風(fēng)通道多，為封閉區(qū)域內(nèi)的遺煤氧化蓄熱提供了良好的條件。雖然有觀察孔進(jìn)行標(biāo)志性氣體觀測(cè)，受采空去內(nèi)不均勻氣體運(yùn)移的影響，只能對(duì)采空區(qū)整體情況做定性的分析，很難判斷高溫區(qū)域 的具體位置。2）封閉火區(qū)內(nèi)漏風(fēng)線路多根據(jù)觀察孔內(nèi)氧氣濃度檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，特別是在停采線附近，封閉火區(qū)內(nèi)氧氣濃度高達(dá)10%，3#觀察孔甚至出現(xiàn)過氧氣濃度超過14%的情況。相鄰工

7、作面保護(hù)煤柱定然是存在著漏風(fēng)通道，同時(shí)工作面密閉墻附近煤體也存在一定漏風(fēng)，封閉火區(qū)內(nèi)漏風(fēng)線路多。3）灌漿滅火周期長(zhǎng)、效果不理想黃泥灌漿滅火是最經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)手段，但要完全淹沒W3214工作面采空區(qū)，達(dá)到全覆蓋降溫的目的，所需水、土量大，時(shí)間長(zhǎng)，影響封閉工作面的滅火進(jìn)度。同時(shí)臨近停采線時(shí)，工作面采用仰采工藝。在灌注黃泥漿時(shí)，黃泥漿拉溝向低處流動(dòng)。不能有效的作用到停采線附近遺煤，效果不理想。102 封閉火區(qū)綜合治理技術(shù)2.1 火區(qū)范圍圈定根據(jù)采空區(qū)遺煤規(guī)律，以及觀察孔氣體指標(biāo)參數(shù)，劃定封閉火區(qū)范圍為采空區(qū)停采線以后20m（其中包括8m的回撤通道，以及12m采空區(qū)冒落寬度），以及上端頭100m的范圍

8、，火區(qū)治理范圍圈定如圖所示：圖3 封閉火區(qū)治理范圍圈定（紅色）2.2 封閉火區(qū)治理思路在臨近停采線為仰采工藝的前提下，灌注黃泥漿拉溝往低處流失，不能有效作用到停采線附近遺煤區(qū)域。同時(shí)注氮只能起到輔助惰化的效果，不能消除高溫火源區(qū)域。為根治封閉火區(qū)的高溫點(diǎn)，保證煤礦的安全接續(xù)生產(chǎn)。根據(jù)圈定的火區(qū)治理范圍，將治理方案定為停采線附近回撤通道及冒落區(qū)域灌注大流量三相泡沫，進(jìn)行覆蓋充填，降溫隔氧，消除高溫火源，同時(shí)在風(fēng)巷密閉墻間及上端頭灌注超水凝膠充填，封堵漏風(fēng)通道。圖4 封閉火區(qū)綜合治理思路3 三相泡沫覆蓋隔氧降溫鑒于封閉采空區(qū)停采線附近內(nèi)存在高溫點(diǎn)，且臨近停采線附近為仰采工藝，漿液拉溝而不能有效覆蓋

9、停采線及采空區(qū)大面積高位浮煤，效果不理想。因此，采用灌注三相泡沫的工藝，利用泡沫的立體堆積特性，阻化降溫特性，大流量的進(jìn)行灌注，進(jìn)行覆蓋充填，消除高溫點(diǎn)的威脅。3.1 三相泡沫工藝參數(shù) 三相泡沫灌注工藝及性能參數(shù)如下：1） 三相泡沫灌注工藝根據(jù)該礦實(shí)際情況，三相泡沫由地面注漿池、發(fā)泡劑定量添加裝置、混合器、發(fā)泡器、注氮裝置組成，其主要工藝流程，如圖5所示。圖5 三相泡沫制備和灌注工藝流程2）三相泡沫性能參數(shù)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確定三相泡沫技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。表1 三相泡沫技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)值技術(shù)指標(biāo)參數(shù)值發(fā)泡倍數(shù)氮?dú)饬克临|(zhì)量比30倍>800 m33:1耗漿量三相泡沫產(chǎn)生量發(fā)泡

10、劑用量10m3/h300m3/h0.8%3.2 灌注量計(jì)算三相泡沫灌注量分為兩方面，一方面是停采線后8m的回撤通道，未被壓實(shí)孔隙率較大；另一方面為停采線后12m冒落區(qū)域，雖漏風(fēng)量較小，但是存在供氧蓄熱的條件。 (1)式中: Q三相泡沫灌注覆蓋空間量，m3;M封閉火區(qū)影響寬度，m;L工作面傾斜長(zhǎng)度，mH煤層厚度，m;C采空區(qū)冒落孔隙率，反應(yīng)冒落矸石壓實(shí)程度?；爻吠ǖ廊?.5，冒落區(qū)域取0.3。按照計(jì)算公式，Q回撤通道=8×3×240×0.5=2880 m3，Q冒落區(qū)間=12×3×240×0.3=2592 m3，共需灌漿量5472 m3，

11、消耗發(fā)泡劑43.776噸。灌注工藝為：通過上隅角瓦斯抽放管路進(jìn)行灌注，保護(hù)煤柱向上隅角施工鉆孔補(bǔ)注，利用三相泡沫實(shí)現(xiàn)對(duì)封閉火區(qū)的覆蓋充填。錢營(yíng)孜W3214工作面封閉火區(qū)綜合治理技術(shù)方案4 超水凝膠充填封堵漏風(fēng)封閉火區(qū)氧氣濃度變化趨勢(shì)表明，封閉火區(qū)內(nèi)存在大量的漏風(fēng)通道。其中，漏風(fēng)區(qū)域主要是集中在密閉墻及保護(hù)煤柱漏風(fēng)。超水凝膠具有高保水性，高懸浮性，流動(dòng)性好，可實(shí)現(xiàn)對(duì)密閉區(qū)域及上端頭漏風(fēng)通道進(jìn)行封堵。4.1 超水凝膠性能參數(shù)1） 超水凝膠性能高保水性：超水凝膠一次灌注，可長(zhǎng)時(shí)間保留在采封堵區(qū)域內(nèi)，直至大量水分降溫后散失。重復(fù)吸水能力強(qiáng)，具有長(zhǎng)期封堵的效果。高懸浮性：可懸沙、土，并具有良好的流動(dòng)性，

12、使之均勻地覆蓋于煤體上隔絕空氣，而不會(huì)出現(xiàn)“拉溝”、“跑漿”流失現(xiàn)象。阻化功能：捕獲煤自燃氧化自由基，具有較強(qiáng)的防火阻化作用。流態(tài)封堵：由于超水凝膠流動(dòng)性好，可摻入水中使用實(shí)現(xiàn)封堵效果，也可添加至黃泥漿及粉煤灰漿中，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)封堵。 圖6 超水凝膠封堵示意圖2） 超水凝膠基本參數(shù)初步確定將超水凝膠基本參數(shù)制定如表2所示：表2 超水凝膠基本參數(shù)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)值技術(shù)指標(biāo)參數(shù)值吸水率熱穩(wěn)定性保水率200倍>400三周80%凝膠時(shí)間流量添加比例18分鐘68m3/h1%4.2 填充量計(jì)算超水凝膠灌注區(qū)域?yàn)閮傻烂荛]墻進(jìn)行填充封堵，以及上端頭保護(hù)煤柱附近區(qū)域的充填，封堵量計(jì)算如下 (2)式中: Q超水凝

13、膠填充量，m3；M封堵區(qū)域?qū)挾?，m；L封堵區(qū)域長(zhǎng)度，m；H封堵高度，m。按照計(jì)算公式，Q密閉墻=4.2×80×3=1008 m3，Q上端頭=4.2×100×3=1260 m3，共需充填空間2268 m3，消耗凝膠22.68噸。填充工藝為：密閉墻間、保護(hù)煤柱施工鉆孔灌注，利用高水凝膠進(jìn)行充填封堵。附件1：預(yù)算項(xiàng)目類型數(shù)量單價(jià)（萬元/噸）費(fèi)用（萬元）用途備注三相泡沫發(fā)泡劑：型號(hào) KSF-245噸2.0793.15新型阻化防滅火材料（需購(gòu)置）礦用超水凝膠：型號(hào) AY-J125噸2.050.0新型防滅火材料（需購(gòu)置）費(fèi)用總計(jì)143.15萬元附件2：三相泡沫灌注注意事項(xiàng)為保證三相泡沫灌注過程順利進(jìn)行，灌注時(shí)有如下注意事項(xiàng)：（1）配置好的漿液中不能有較大顆粒雜質(zhì)（8mm）；（2）注三相泡沫前應(yīng)先檢查整套管路系統(tǒng)是否連接好，包括注漿管道、發(fā)泡器裝置、氣體管路和注發(fā)泡劑裝置；（3）發(fā)泡劑定量添加泵使用前要預(yù)先向抽取發(fā)泡劑的膠管里灌滿水，然后再開泵；（4）井下有人專門負(fù)責(zé)注三相泡沫，井下負(fù)責(zé)人員要隨時(shí)注