淺析影響煤層自然發(fā)火的因素及對(duì)策

1、收稿日期:2008-10-28作者簡介:鄧剛(1965-,男,遼寧丹東人,工程師,1990年畢業(yè)于鶴崗礦務(wù)局工學(xué)院,現(xiàn)任鶴礦集團(tuán)公司富力煤礦回掘副總工程師。淺析影響煤層自然發(fā)火的因素及對(duì)策鄧剛(鶴礦集團(tuán)公司富力煤礦,黑龍江鶴崗154100摘要:煤層自燃是煤礦安全生產(chǎn)的大敵,論文客觀地分析了礦井深部開采煤層自然發(fā)火期變短的原因,提出了從設(shè)計(jì)入手,從掘進(jìn)開始,在開采全過程治理煤層自然發(fā)火的觀點(diǎn),并提出采取噴碹、注水、注凝膠、加快開采速度等綜合性治理措施。關(guān)鍵詞:深部開采;自然發(fā)火;煤層中圖分類號(hào): T D75文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-0959(200903200402020引言煤礦生產(chǎn)屬

2、于地下開采,開采順序?yàn)橛缮隙?隨著深部開采的延續(xù)和采煤工藝的提高,煤層深部面臨著地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層傾角增大、礦壓增大、煤體松軟易于冒落、瓦斯涌出量增大、掘進(jìn)施工斷面增大、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)增長、通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜,特別是綜采放頂煤工藝的推廣應(yīng)用,采煤工作面一次采全高,放煤時(shí)間長,采煤工作面推進(jìn)速度慢,在開采過程中極易發(fā)火封面。認(rèn)真分析煤層自燃的原因是防治煤層發(fā)火的前提條件。煤炭自燃需具備:煤具有自燃傾向;有連續(xù)供氧的條件;熱量易于積聚。第一條件為煤體本身內(nèi)部特性,取決于成煤物質(zhì)和成煤條件,表示煤與氧相互作用能力是內(nèi)因。后兩個(gè)條件為外因,決定于礦井地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件。1影響煤層自然發(fā)火的主要因素111

3、開采深度因素淺部開采時(shí),由于煤體原始溫度低、煤體內(nèi)的水分大、礦壓小,故瓦斯涌出量較小。采煤過程中要求風(fēng)量較小,相應(yīng)巷道通過風(fēng)量小,巷道斷面小。而隨著開采深度的增加,煤層埋藏相對(duì)較深,成煤時(shí)期相對(duì)較早,煤層埋藏原始溫度增大、煤體內(nèi)的水分減少、礦壓增大,故瓦斯涌出量增大。采煤過程中要求風(fēng)量大,增加了煤體的供氧能力,加快了煤炭的氧化過程。由于開采強(qiáng)度的加大,采煤工藝由原來分層開采到目前的放頂煤開采,使煤炭產(chǎn)量增加,相應(yīng)瓦斯涌出量增大,為了稀釋生產(chǎn)過程中的瓦斯,必須加大風(fēng)量,風(fēng)量的增大加快了浮煤氧化速度,為煤層自燃提供了條件。當(dāng)采煤工作面正常推進(jìn),通常把采空區(qū)分為“三帶”即:漏風(fēng)帶、氧化帶和窒息帶(圖

4、1。一般情況下,漏風(fēng)帶氧氣濃度大于18%、氧化帶氧氣濃度在5%18%之間、窒息帶氧氣濃度小于5%。由此可見,氧化帶內(nèi)漏風(fēng)較大,供氧適宜,氧化生成的熱量不易被帶走,是煤炭自然發(fā)火的關(guān)鍵。圖1采空區(qū)供氧狀態(tài)6mm 的細(xì)鋼絲繩,一端綁在單體柱手把上,另一端與煤幫上部錨桿固定。4實(shí)施效果在頂板正常完整的情況下,工作面每掘進(jìn)412m 后停止掘進(jìn)(頂板破碎段除外,開始臨時(shí)支護(hù),臨時(shí)支護(hù)完后再接著掘進(jìn),依次循環(huán)。臨時(shí)支護(hù)段為綜掘機(jī)機(jī)身段,永久支護(hù)為錨桿支護(hù),緊跟綜掘機(jī)機(jī)身之后。通過近兩個(gè)月的應(yīng)用,在頂板淋水較大的條件下,且在現(xiàn)場操作人員學(xué)習(xí)熟練階段,連續(xù)兩個(gè)月均輕松地完成了300m 的掘進(jìn)任務(wù),其中最高日單

5、進(jìn)突破20m 進(jìn)尺,比使用原施工工藝月單進(jìn)為150220m 大幅度提高。通過工藝的改進(jìn),大大緩解了礦井的生產(chǎn)接續(xù)緊張局面,為企業(yè)的穩(wěn)定壯大奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(責(zé)任編輯馬光輝4生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)煤炭工程2009年第3期112地質(zhì)構(gòu)造因素由于開采深度的增加,地質(zhì)構(gòu)造逐漸復(fù)雜,煤層受地質(zhì)構(gòu)造破壞后,裂隙增加,易造成煤質(zhì)松軟、煤體破碎,增加了煤的氧化性,增加了氧化面積和氧化通道,加快了氧化過程,因此,煤炭自燃比較容易頻發(fā)。同時(shí),由于地質(zhì)構(gòu)造因素,煤層開采過程中瓦斯涌出量增大,為稀釋瓦斯而加大供風(fēng)量,給煤體自燃創(chuàng)造了條件。另外,由于開采過程中對(duì)風(fēng)量需求量增大,要求巷道斷面也要隨之?dāng)U大,掘進(jìn)施工巷道斷面大易造成巷道

6、梁上浮煤堆積,梁上浮煤干燥、氧化快,為煤體自燃提供了良好的“物質(zhì)基礎(chǔ)”。113通風(fēng)距離因素 由于礦井開采深度加深,相應(yīng)礦井通風(fēng)距離增長,礦井入風(fēng)、回風(fēng)之間距離增長,礦井風(fēng)流在井下巷道中流動(dòng)的路線增長,勢必造成礦井的通風(fēng)阻力增大,導(dǎo)致工作面的風(fēng)量下降。為確保礦井井下采掘工作面的供風(fēng)量充足,必須提高礦井的通風(fēng)能力(增大主扇的抽出能力,通風(fēng)能力提高后,礦井入、回風(fēng)井之間的通風(fēng)壓差增大。隨著礦井的延深,礦井的壓力增大,回采巷道的壓力明顯增大,巷道變形嚴(yán)重,密閉擋風(fēng)墻難以維護(hù),造成采空區(qū)的漏風(fēng),加劇了煤體氧化,使氧化帶寬度加大,氧化時(shí)間增長,更增加了自然發(fā)火的隱患。2煤層自然發(fā)火的防治對(duì)策煤炭自燃防治方

7、法主要是消除煤的自然發(fā)火條件,包括:巷道合理布置、開采順序合理、無煤柱開采、阻化作用等,消除供氧條件;合理的通風(fēng)系統(tǒng),均壓、漏風(fēng)檢測與堵漏技術(shù)等,破壞蓄熱環(huán)境。211選擇正確的開拓、開采方法開拓巷道布置以及開采方法對(duì)煤層自燃的發(fā)生與控制影響很大,這就要求采礦工程技術(shù)人員從開采設(shè)計(jì)到施工管理,必須考慮煤層自然發(fā)火問題,既保證生產(chǎn)又要兼顧防止工作面煤炭自然發(fā)火。從防止煤炭自燃的角度對(duì)開拓、開采方法的要求是:系統(tǒng)完善、煤層切割少、回采率高、采空區(qū)易于封閉。212煤巷施工嚴(yán)格控制抽漏頂采煤工作面巷道系統(tǒng)主要是進(jìn)風(fēng)道、開切眼、回風(fēng)道三條巷道,并均沿煤層底板掘進(jìn)。因?yàn)橄锏缼秃晚斆后w暴露時(shí)間長、壓力大,松動(dòng)

8、圈和高冒區(qū)較多,漏風(fēng)氧化時(shí)間長,容易蓄熱產(chǎn)生高溫點(diǎn);所以:煤巷掘進(jìn)施工中鉆眼與爆破工作,必須根據(jù)工作面實(shí)際進(jìn)行布孔和裝藥,必要時(shí)頂部炮孔和幫壁采取人力手鎬,嚴(yán)格控制幫頂超“挖”;加強(qiáng)支護(hù)工作保證架棚質(zhì)量,必須做到幫剎實(shí)頂剎靠,不空幫空頂;做好日常巷道的維護(hù)工作,失效的架棚及時(shí)修復(fù)。213高壓注水在高壓作用下,使高壓水通過裂隙進(jìn)入煤體的層理、節(jié)理之中,煤體吸收大量的水分后,使煤質(zhì)變軟,增加了煤的可放性,同時(shí)避免了放煤時(shí)產(chǎn)生的大量煤塵,即使軟幫局部有剩余煤,也保持濕潤狀態(tài),使采空區(qū)的氧化帶縮小,從而達(dá)到防止煤炭自然發(fā)火的目的。214巷道幫頂松動(dòng)煤體和高冒區(qū)噴漿放頂煤工作面的溜子道、風(fēng)道均沿煤層底板

9、掘送,巷道兩幫形成松動(dòng)圈,頂部形成高冒區(qū)。高冒區(qū)裸露的煤體長期氧化極易自燃,做好高冒區(qū)的治理是防止煤炭自燃的關(guān)鍵,必須從掘進(jìn)巷道時(shí)進(jìn)行治理,掘送完煤巷后必須對(duì)巷道進(jìn)行全斷面噴漿。噴層厚度為100150mm,最好施工時(shí)邊掘邊噴,以提高噴碹的速度和質(zhì)量。通過對(duì)煤體的噴碹處理,可以有效防止漏風(fēng)氧化。215在巷道噴層內(nèi)壓注凝膠為防止長期漏風(fēng)氧化蓄熱,除采取噴漿外,還應(yīng)在噴漿層內(nèi)壓注凝膠?；夭汕霸谙锏理敯迕扛?m,一排均勻布置2個(gè)鉆孔,孔深打至煤層頂板,下直徑15mm套管,將凝膠注到噴層內(nèi)。由于凝膠具有堵漏、阻化等性能,并有一定的熱穩(wěn)定性,可以起到阻止氧化防止煤炭自燃作用。216提高回采率、加快回采進(jìn)度科學(xué)組織生產(chǎn)、提高回采率、加快回采推進(jìn)度,不僅是提高煤炭產(chǎn)量、完成生產(chǎn)任務(wù)的需要,而且可以在空間和時(shí)間上減少煤炭的氧化自燃,對(duì)防止煤炭自然發(fā)火具有決定性的作用。采空區(qū)氧化帶內(nèi)殘存的浮煤氧化自燃的條件,主要取決于工作面推進(jìn)度,如果推進(jìn)速度較快,則煤炭在氧化帶內(nèi)滯留時(shí)間較短,在煤炭自然發(fā)火之前進(jìn)入窒息帶,就不會(huì)發(fā)生氧化自燃;反之,推進(jìn)速度較慢或受到限制,便可能發(fā)生氧化自燃。3結(jié)語煤層自燃是煤礦安全生產(chǎn)的大敵,本文客觀地分析了隨礦井的開采深度加深,影響煤炭自燃的地