關(guān)于綜采放頂煤工作面防滅火方法的探討

1、關(guān)于綜采放頂煤工作面防滅火方法的探討摘要:對(duì)注氮防滅火方法在綜采放頂煤工作面的應(yīng)用進(jìn)行科學(xué)的論述，利用阻化劑防滅火系統(tǒng)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)注氮防滅火進(jìn)行了合理的補(bǔ)充。關(guān)鍵詞: 綜采放頂煤；注氮防滅火；阻化劑防滅火；束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 0 前言興隆煤炭有限責(zé)任公司黑岱溝煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)準(zhǔn)格爾煤田南部礦區(qū)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.9Mt/a，礦井目前開采5號(hào)煤層，布置一個(gè)綜采放頂煤工作面，工作面割煤高度2.5m，平均放煤高度1.91m，礦井煤層屬容易自燃煤層。由于本礦井煤層屬容易自燃煤層，所以綜采放頂煤開采工藝就存在著一個(gè)關(guān)鍵性的問題，即工作面和采空區(qū)的防火問題，這就要求生產(chǎn)期間必須采

2、取切實(shí)可行的綜合防滅火措施。目前礦井常用的防滅水方法主要有灌漿防滅火、注氮防滅火及阻化劑防滅火。由于本礦井地處鄂爾多斯高原，本地區(qū)植被稀少，土質(zhì)較差，取土對(duì)本地區(qū)的環(huán)境破壞較為嚴(yán)重，且本地區(qū)可用水量較少，另外灌漿防滅火在本地區(qū)沒有成熟經(jīng)驗(yàn)。而單獨(dú)采用阻化劑防滅火，對(duì)于采空區(qū)壓注阻化劑后一定時(shí)間內(nèi)遺煤很可能復(fù)燃，其滅水效果也不理想，不能做為主要防滅火措施。綜合以上比較，從安全、可靠的角度出發(fā)，本次設(shè)計(jì)采用氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)，本系統(tǒng)對(duì)環(huán)境無破壞性影響，工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便，較為適合本地區(qū)的實(shí)際開采情況。為確保安全，設(shè)計(jì)配備阻化劑防滅火設(shè)備作為輔助防滅火手段。1 綜采放頂煤開采工藝防火的特點(diǎn)（1）采高

3、增加，采空區(qū)空間增大，頂板冒后堆積厚度高，且頂、底板都可能丟煤。（2）采空區(qū)的“兩道”自燃發(fā)火隱患突出。綜采放頂煤殘留在老塘內(nèi)的浮煤多，特別是靠“兩道”側(cè)及兩放煤口間的三角煤丟失嚴(yán)重，丟煤也相對(duì)集中。（3）煤層開采厚度大，煤層生產(chǎn)能力高，又增加了放頂工序，工作面推進(jìn)速度緩慢。采空區(qū)浮煤與空氣接觸時(shí)間長，易于氧化積熱自燃。（4）采空區(qū)上部一旦發(fā)火難以接近不易處理，并且可隨放頂煤向下滑落而蔓延。（5）瓦斯釋放強(qiáng)度有所增加。放頂煤綜采由于上方煤體被整體破壞，瓦斯釋放強(qiáng)度增大，并且瓦斯將伴隨煤流由支架上方漏向工作面，通風(fēng)效果不如普通綜采。2 采空區(qū)注氮防火的機(jī)理和作用（1）采空區(qū)中空氣含氧量減少，氮?dú)?/p>

4、含量增加，形成窒息性氣體，達(dá)到阻止煤炭自燃的作用。（2）使采空區(qū)呈現(xiàn)正壓狀態(tài)，致使新鮮空氣難以流入采空區(qū)內(nèi)。（3）溫度較低的氮?dú)饬魅氩煽諈^(qū)，能對(duì)周圍圍巖和氧化發(fā)熱的煤炭起到吸熱和降低溫度的作用。3 注氮系統(tǒng)及其配套工程3.1 注氮系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)選用井下移動(dòng)型制氮裝置防滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有輸?shù)苈范?，泄露少，機(jī)動(dòng)靈活，可就近放置制氮設(shè)備，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，使用方便等特點(diǎn)。3.2 注氮流量按噸煤注氮量計(jì)算，并考慮1.21.5的安全備用系數(shù)，即為采空區(qū)防滅火時(shí)的最大注氮流量。QN qAK330×60×24式中：QN注氮流量，m3/h；q噸煤需氮量，取5m3；A年產(chǎn)量，t；K工作面回采

5、率；330年工作日。QN 5×900000×0.93330×60×248.8（m3/min）則采空區(qū)防滅火時(shí)的最大注氮流量為：Qmax1.3×8.8×60686（m3/h）3.3 制氮設(shè)備的選擇根據(jù)注氮流量的計(jì)算，本設(shè)計(jì)選擇JXZD-700型井下移動(dòng)式變壓吸附制氮車，氮?dú)猱a(chǎn)量700 m3/h，氮?dú)饧兌?7%，冷卻水量23.5t/h，功率220 kW，電壓660V。3.4 注氮系統(tǒng)（1）預(yù)防性注氮采用埋管注氮方法，在工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)埋設(shè)1條注氮管，當(dāng)埋入一定長度后開始注氮，同時(shí)再埋入第2條注氮管路。當(dāng)?shù)?條注氮管路埋入采空區(qū)氧化帶與

6、冷卻帶的交界部位時(shí)向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第1條管路的注氮，并重新埋設(shè)注氮管路，如此循環(huán)，直至工作面采完為止。注氮管路埋設(shè)與釋放口位置見圖1。注氮管的埋設(shè)及氮?dú)忉尫趴诘脑O(shè)置應(yīng)符合以下要求：氮?dú)忉尫趴趹?yīng)高于底板，以90°彎拐向采空區(qū)，與工作面保持平行，并用石塊等加以保護(hù)。氮?dú)忉尫趴谥g的距離，應(yīng)根據(jù)采空區(qū)“三帶”寬度、注氮方式、注氮強(qiáng)度、氮?dú)庥行U(kuò)散半徑、工作面通風(fēng)量、氮?dú)庑孤┝?、自然發(fā)火期、工作面推進(jìn)度以及采空區(qū)冒落情況等因素綜合確定。釋放口間距一般在3050m之間。注氮管一般采用單管，管道中設(shè)置三通，從三通上接出短管進(jìn)行注氮。（2）滅火性注氮采用鉆孔注氮、插管注氮和密閉注氮。鉆孔注氮

7、：在施注地點(diǎn)附近巷道向井下火區(qū)或火災(zāi)隱患區(qū)域打鉆孔，通過鉆孔將氮?dú)庾⑷牖饏^(qū)。插管注氮：工作面開切眼、停采線或巷道高冒頂火災(zāi)，可采用向火源點(diǎn)直接插管的注氮方式進(jìn)行注氮。密閉注氮：利用密閉墻上預(yù)留的注氮管向火災(zāi)或火災(zāi)隱患區(qū)域?qū)嵤┳⒌?。?）注氮方式注氮方式從空間上分為開放式注氮和封閉式注氮，從時(shí)間上分為連續(xù)性注氮和間歇式注氮。工作面正常生產(chǎn)過程的預(yù)防性注氮采用開放式、間歇式注氮；工作面開采初期和停采撤架期間，或因遇地質(zhì)構(gòu)造、機(jī)電設(shè)備等原因造成工作面推進(jìn)緩慢，采用開放式、連續(xù)式注氮；對(duì)密閉的火區(qū)進(jìn)行注氮采用封閉式、連續(xù)性注氮。（4）安全管理在注氮過程中，工作場(chǎng)所的氧濃度不得低于18.5，否則停止作業(yè)

8、并撤除人員，同時(shí)降低注氮或停止注氮，或增大作業(yè)場(chǎng)所的通風(fēng)量。制氮設(shè)備的管理人員和操作人員，須經(jīng)理論培訓(xùn)和實(shí)際操作培訓(xùn)，考試合格才能上崗。采空區(qū)進(jìn)行注氮防火或?qū)饏^(qū)進(jìn)行注氮滅火時(shí)，應(yīng)編制相應(yīng)的安全技術(shù)措施，并經(jīng)礦總工程師審批后方可實(shí)施。應(yīng)建立制氮設(shè)備的操作規(guī)程，工種崗位責(zé)任制和注氮防滅火管理暫行規(guī)定等規(guī)章制度。應(yīng)建立和健全注氮防滅火臺(tái)帳。（5）注氮管理注氮量的多少，應(yīng)根據(jù)采空區(qū)中的氣體成分來確定，以距工作面20m處采空區(qū)中約氧濃度不大于10作為確定的標(biāo)準(zhǔn)。如果采空區(qū)中CO濃度較高（>50ppm），或者工作面CO濃度超限，或出現(xiàn)高溫、異味等自燃征兆，都應(yīng)加大注氮濃度。合理設(shè)置監(jiān)測(cè)傳感器，加強(qiáng)

9、對(duì)采空區(qū)、工作面和回風(fēng)順槽中O2、N2和CO和監(jiān)測(cè)；同時(shí)，由瓦斯檢查員隨時(shí)對(duì)工作面及其回風(fēng)順槽的O2、CO和CH4濃度進(jìn)行檢查，要保證工作面風(fēng)流中的氧氣濃度。發(fā)現(xiàn)工作面氧氣濃度降低，應(yīng)暫停注氮或減少注氮強(qiáng)度。注入氮?dú)獾募兌炔坏玫陀?7。注意檢查工作面及回風(fēng)順槽風(fēng)流中的瓦斯涌出情況，若發(fā)現(xiàn)采空區(qū)大量涌出瓦斯，風(fēng)流瓦斯超限時(shí)，可適當(dāng)降低注氮強(qiáng)度。第一次向采空區(qū)注氮，或停止注氮后再次注氮時(shí)，應(yīng)先排出注氮管內(nèi)的空氣，避免將空氣注入采空區(qū)。3.5 注氮系統(tǒng)配套工程（1）堵漏措施工作面需風(fēng)量大，是向采空區(qū)漏風(fēng)的主要來源，煤、氧接觸又是煤層自燃的根本原因。根據(jù)本礦井工作面采空區(qū)的“三帶”劃分，制定有效的防漏

10、風(fēng)措施是必需的。為了保證注氮防滅火的有效性，應(yīng)采取嚴(yán)格的堵漏措施，使防滅火區(qū)的漏風(fēng)量降到最低限度。本設(shè)計(jì)堵漏措施采用凝膠堵漏劑（粉煤灰30%，水玻璃3%，鋁酸鈉1.5%，其余為水）。（2）注氮?dú)怏w監(jiān)測(cè)采用在采空區(qū)預(yù)埋束管監(jiān)測(cè)探頭，其數(shù)量視取氣樣點(diǎn)數(shù)而定。在注氮管或支管分叉處必須設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。為了考察注氮的流向與分布，可借助施放SF6示蹤氣體加以檢測(cè)。4 輔助防火系統(tǒng)根據(jù)國內(nèi)煤礦綜采放頂煤開采的防火經(jīng)驗(yàn)證明，氮?dú)夥阑鸩皇侨f能的。為確保安全，設(shè)計(jì)配備阻化劑防滅火設(shè)備作為輔助防滅火手段。由于本礦井阻化劑防滅僅作為注氮防滅火的一種輔助防滅火措施，故選用機(jī)動(dòng)性電動(dòng)噴灑壓注系統(tǒng)，在井下設(shè)置藥液車（容量為2m

11、3）和注液泵，由D50.8mm輸液管路從噴射泵沿運(yùn)輸順槽鋪設(shè)到工作面或其它防滅火處理地點(diǎn)，并與噴嘴和封孔器連接，由注液泵加壓后向工作面或其它防滅火處理地點(diǎn)壓注和噴灑阻化劑。本礦井主要對(duì)回采工作面底板浮煤、采空區(qū)以及回采巷道煤壁升溫地段以及其它溫度升高區(qū)域噴灑阻化劑。5 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用真空泵，通過一組空心塑料管將井下監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的空氣直接抽至分析單元中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由采樣器、接管箱、放水器、除塵器、抽氣泵、采樣控制柜和分析單元組成。（2）ASZ-型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本礦井采用ASZ-型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過束管取樣，利用安在地面上的抽氣泵、各種氣體分析儀器以及微機(jī)等，連續(xù)監(jiān)測(cè)井下巷道、采空區(qū)、密閉區(qū)中的CO、O2、CO2、CH4等氣體組分濃度，根據(jù)CO變化趨勢(shì)和格雷哈系數(shù)，早期預(yù)報(bào)煤炭自燃發(fā)火。（3）觀測(cè)站、移動(dòng)和臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)布置在盤區(qū)回風(fēng)巷、工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷各建立一個(gè)觀測(cè)站，并符合井下測(cè)風(fēng)站的要求，觀測(cè)站的位置應(yīng)使進(jìn)風(fēng)觀測(cè)點(diǎn)能夠控制全部進(jìn)風(fēng)流，回風(fēng)觀測(cè)點(diǎn)能夠控制全部回風(fēng)流；移動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)布置在工作面進(jìn)回風(fēng)巷內(nèi)距工作面 1020m處，臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)布置在工作面老空區(qū)或有異?，F(xiàn)象的區(qū)域。束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可并入礦井集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，作為礦井集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。6 對(duì)綜采放