千米深井胶体防灭火技术应用研究_冯良兵.pdf

煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 煤炭自然发火机率随着开采深度的增加逐年升 高， 前期主要采取注水、 灌浆、 喷洒阻化剂、 注惰气等 技术[1]抑制煤层自燃， 近年来水玻璃胶体作为新兴的 防灭火技术材料， 以其良好的防灭火效果,运输方便、 无污染、 成本低等优势得到了广泛的应用,取得了良 好的效果[2]。 胶体可以较好地包裹破碎的煤体、 封堵裂 隙效果较好、 性能稳定、 耐高温、 对局部火源效果明 显[3-4]。 1工作面概况及自然发火区域分析 1.1工作面概括 星村煤矿 3307 外工作面位于三采区中部西侧， 走向长为 260m （平距） ， 倾向长度为 141.7m （平距） ， 平均煤厚 8.25m。2017 年 2 月 6 日该工作面开始回 采， 2017 年 6 月回采结束。工作面采用轨道顺槽进 风、 运输顺槽回风的全风压 “U” 型上行通风方式， 正 常风量 900m3/min 左右。煤层鉴定为Ⅱ类自燃煤层， 试验最短自然发火期为 28 天。 1.2工作面煤自燃分析 2017 年 3 月 10 日， 3307 外工作面回风流 CO 浓 度逐渐上升到 20ppm。 通过对采空区及两顺顶板破碎 煤体束管检测气体分析， 结合工作面推采情况及现场 实际， 认定为两顺顶板松散破碎的煤体， 进入采空区 后与采空区漏风供氧发生反应， 释放热能。热能反过 来促进煤氧结合， 最终反应会迅速加剧， 产生 CO 气 体， 产生火灾[5-6]。 采空区遗煤自燃性主要受煤自燃过程的氧化放 热性、 采空区遗煤堆积厚度和块度、 采空区遗煤自燃 氧化带范围、 工作面推进度以及采空区围岩原始温度 等影响。分析认为 3307 外工作面采空区自然发火的 原因为采空区两顺顶板不放顶煤， 此区域内漏风供氧 充分， 遗煤进入氧化带,以及工作面初采， 推采速度 慢， 采空区遗煤在氧化带时间长。 2胶体防灭火技术研究 2.1胶体材料防灭火机理 胶体材料是指促凝剂与水玻璃按一定比例与水 混合后形成的胶状体。胶体防灭火机理在于降低温 度， 隔绝氧气， 使发火点放热反应终止， 有效抑制了煤 体的自燃， 达到防灭火的目的[7]。 千米深井胶体防灭火技术应用研究 冯良兵 ， 李焕东 ， 郭佃锋 ， 姜士彦 （山东省天安矿业集团有限公司 ， 山东 曲阜 273155 ） 摘要 星村煤矿 3307 外综放工作面埋深超 1000m， 最大埋深在 - 1136m 水平， 冲击危险性大， 造成 煤体破碎严重； 巷道围岩温度高， 冬季进风顺槽温度超 20℃， 采空区温度超 40℃， 氧化带蓄热能力强。 回采期间检测工作面回风流 CO 浓度超 20ppm， 采空区存在自燃发火征兆， 通防工区通过对两顺及工 作面异常区域打眼注胶封堵， 有效抑制了采空区自然发火。 关键词 胶体 ； 千米深井 ； 自然发火 中图分类号 TD752文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0068- 03 Application research of colloid fire prevention and extinguishment technology for kilometer- deep coal mine FENG Liangbing , LI Huandong, GUO Dianfeng， JIANG Shiyan （ShandongTianan MiningGroup Co. Ltd. , Qufu 273155 , China ） Abstract The buried depth ofthe 3307 outer fully mechanized caving face in Xingcun Coal Mine exceeds 1000m, and the maximum buried depth is at - 1136m. The impact risk is high, causing severe coal fragmentation. The temperature of the surrounding rock of the roadway is high, and the temperature ofthe wind entering the channel in winter exceeds 20 ℃. The temperature in the empty zone exceeds 40 C, and the heat storage capacityofthe oxidation zone is strong. During the mining, the CO concentration in the return air ofthe working face was over 20ppm, and there were signs of spontaneous combustion in the goaf. The general defense area effectively suppressed natural fire in the mined- out area byinjectingglue intothe two- shun and abnormal areas ofthe workingface. Key words Polymer colloid ； thousands ofkilometers deep ； spontaneous combustion 68 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 3307 外工作面现场注胶时，将 100kg 水玻璃和 40kg 小苏打分别放入两料桶内，再分别加入 400kg 和 460kg 水 （即水玻璃配比 20， 小苏打配比 8） ， 利用双液泵注入破碎煤体。 2.2胶体防灭火技术方案 采空区漏风主要集中在进风顺槽及回风顺槽靠 采空区处， 对两顺靠采空区侧顶板及挡墙的封堵尤为 重要[8]。同时， 工作面架后放顶煤后， 架后垮落的煤矸 呈破碎状态， 形成良好的漏风通道， 温度上升后， 极易 发生煤自燃情况。 根据 3307 外工作面的实际情况， 通 防工区采取了对两顺顶板超前打眼注胶， 两顺挡墙周 边漏风区域喷涂堵漏风处理， 其他异常区域局部打眼 注胶的防灭火技术方案。 2.2.1架间局部区域打眼注胶 切眼安装支架前， 通防工区对切眼顶板施工防火 钻孔， 并注胶处理； 支架安装完毕后， 利用支架侧护板 打开的位置施工防火钻孔， 并注胶处理； 工作面回采 过程中， 检测局部支架地点气体异常时， 由通防工区 利用风动扳手或直接利用一次性钻杆在气体异常区 域附近施工钻孔， 注胶处理。 为保证注胶效果， 尽量根 据支架特点及顶板厚度在支架的架前、 架间、 架后分 别施工钻孔，架间钻孔与水平夹角 45左右，深度 3～5m，架前钻孔与水平方向夹角 80左右，深度 3～5m， 架后钻孔与水平方向夹角 30左右， 深度以见 岩石为准。钻孔施工完毕后， 将一次性钻杆使用棉纱 缠绕， 棉纱距离钻杆末端 1m 左右， 然后砸入钻孔内， 封堵好钻孔， 开始对钻孔注胶。 检测架间气体局部区域较为严重时， 通防工区采 取了长短钻杆相结合的方式对异常区域多打眼， 多注 胶， 以保证气体异常区域顶煤全部被胶体包裹， 顶板 向下滴落胶体为标准。 2.2.2两顺顶板及挡墙的胶体封堵处理 1 ） 两顺挡墙封堵。随工作面正常推进， 在工作面 两顺每隔 10～15m各施工一道挡墙， 由综采工区负责 挂设柔膜袋， 通防工区负责向袋内充填 LFM充填料。 充填袋采用风筒布材料制作， 墙体不漏风。充填挡墙 施工完毕后， 通防工区负责对挡墙与巷道接触部分喷 涂胶体， 减少墙体周边漏风。 2 ） 两顺顶板注胶封堵处理。 在两顺靠工作面采空 区处以外施工钻孔， 钻孔超前施工， 以超前煤壁向外 10m为准。采用三花眼的形式布置钻孔， 钻孔沿顺槽 方向朝向采空区， 与水平方向夹角 80左右， 深度不 小于 3m或见岩石。 3 ） 对架后垮落煤体， 利用一次性钻杆向煤体内 插管注胶， 人员站在端头架安全支护范围以内， 然后 对垮落煤体喷涂处理，保证垮落煤体里外全部被处 理一遍。 4 ） 为增加进风顺槽采空区。 2.3注胶施工工艺 2.3.1双液泵注胶工艺 提前配备好水玻璃溶液和小苏打溶液， 水玻璃按 照水料质量比为 41 的比例配置， 小苏打按照水料质 量比为 232 的比例配置，两桶溶液配置完毕后将双 液泵压风连接好， 保证泵能正常运行， 泵有两个出液 口， 将两路胶管分别与出液口连接， 胶管延接至注胶 位置后， 利用混合器将两路出液胶管混合为一根 10m 左右的胶管， 将混合后的胶管与注胶钻杆连接， 开启 气动泵对钻孔注胶。双液泵注胶工艺如图 1 所示 图 1双液泵注胶工艺示意图 2.3.2注浆站注胶工艺 使用双液泵注胶时最大注胶量为 4m3/h，当井下 现场使用气动泵不能满足现场注胶需要时， 及气动泵 的注胶流量不能满足大面积注胶封堵时， 通防工区采 取了井上注浆站与井下气动泵相互配合的方式， 将井 下注胶流量控制在 20～30m3/h。 1 ） 井上注浆站。 在注浆站搅拌池内添加水玻璃和 水， 将水玻璃浓度控制在 15左右， 即在搅拌池内添 加 1 吨水玻璃， 5 吨水， 溶液配制完毕后， 按照 25 分 钟供给 1 搅拌池水玻璃溶液，即水玻璃的供给量为 15 m3/h 左右。 2 ） 井下部分。工作面需要注胶位置安设一多出 口混合器，井下气动泵向多出口混合器处供给小苏 打溶液，井上注浆站通过注浆管路向多出口混合器 处供给水玻璃溶液，两种溶液在多出口混合器处混 合。注浆站供给的水玻璃溶液到达多出口混合器后， 开启井下双液泵注入小苏打溶液，根据胶体成胶的 小苏打配制比例及井上下溶液的供给流量，即每 20m3 浆注 32 袋左右 （25kg/ 袋 ） 。利用多出口混合器 将混合后的胶体注入钻孔内， 正常情况下混合器向外 分发 8 只Ф13mm的胶管， 可以向 8 个不同的顶板钻 （下转第 72 页 ） 69 ChaoXing （上接第 69 页 ） 孔注胶体， 增加了单位之间的注胶量和注胶面积。 3结论 根据星村矿 3307 外工作面在生产过程中利用胶 体对工作面进行防灭火处理， 并制定了井上下配合大 流量注胶的施工工艺，保证了 3307 外工作面安全顺 利回采。 本文的研究成果对其他具有相似条件的矿井 的防灭火工作具有较好的借鉴和指导意义。 参考文献 [1] 翟文龙.矿井防灭火技术的现状及发展分析[J].山东煤炭 科技,2016,（8） 93- 94. [2] 周心权， 邬燕云， 朱红青．煤矿灾害防治科技发展现状与 对策分析[J]．煤炭科学技术， 2002， 30 （1） l 1～5 [3] 梁坤. 塔山矿综放工作面停采撤架封闭期间防灭火技术 应用研究[J]. 煤炭工程, 2011, 1 （1） 36- 38. [4] 金永飞, 李海涛, 王栋. 易燃大倾角厚煤层综放面停采撤 架 期 间 综 合 防 灭 火 技 术 [J]. 中 国 煤 炭 , 2014（11） 107- 111. [5] 武彦平, 徐元强, 薛再君. 易自燃煤层特大型综放工作面 回撤防灭火技术研究应用 [J]. 内蒙古煤炭经济, 2016 （10） 129- 130. [6] 刘振杰, 董正坤, 范向军. 秦源煤矿 N101 工作面火区启 封及撤架的防灭火技术[J]. 煤矿安全， 2007 （11） 31- 32. [7] 王文强. 易自燃厚煤层综放工作面终采撤架期间综合防 灭火技术研究[J]. 机电信息, 2015 （27） 172- 173. [8] 冯仗伟. 下沟矿综放面末采撤架期间煤自燃防治技术研 究[D]. 西安科技大学, 2011, 36 （3） 104- 106. 作者简介 冯良兵1983- ， 男， 回族， 山东省济宁市人， 2011 年毕业 于西安科技大学安全工程专业， 本科。现就职于山东省天安 矿业集团有限公司， 从事安全管理工作， 工程师。 （收稿日期 2020- 2- 6） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 点， 从成本及运营方面考虑， 选取由下向上的方式较 为合理， 数据仓库的建设如图 3 所示。 矿井通风系统信息化集成数据仓库包括 5 个分 层分别为 数据采集层、 数据储存与分析层、 数据共享 层和数据应用层， 其数据仓库技术架构如图 4 所示。 图 4矿井通风系统信息化数据仓库架构 如图 4 所示，数据采集层导入不同的数据源； 数 据储存与分析层对采集的数据进行标准化的存储和 处理， 剔除无用或重复数据， 保证数据所应具备的格 式和一致性； 数据共享层一般采用星型结构或雪花结 构来实现不同主题的数据共享； 数据应用层是数据的 高度汇总层， 可提供数据可视化前端页面， 是实现友 好人机交互的基础。 4结论 1 ） 指出了了矿井通风系统信息化的基本概念， 并 从不同方面对该系统的优点进行了说明， 阐述了矿井 通风系统信息化集成技术建设的基本原则。 2 ） 对矿井通风系统信息化集成技术的技术架构 进行了分析， 主要包括设备层、 数据层和应用层， 说 明了矿井通风系统信息化数据仓库的构建过程和技 术架构。 参考文献 [1] 刘玉龙.浅析煤矿通风安全的现代化管理[J].陕西煤炭, 2018,37 （01） 143- 144164. [2] 张国亮.矿井通风信息化和智能化研究[J].能源与节能, 2017 （12） 157- 158. [3] 刘倜林.矿井通风信息化和智能化研究[J].四川水泥,2017 （12） 334. [4] 谢贤平,韩孟微.矿井通风信息化和智能化研究[J].云南冶 金,2012,41 （05） 1- 7. 作者简介 何先庭 （1986-） ， 男， 汉族， 云南省丽江市华坪县人。 2007 年毕业于湖南工程学院化学工程与工艺专业， 本科。现任云 南省丽江市华坪县船房乡应急中心主任， 负责辖区煤矿安全 生产、 煤炭行业监管及应急管理工作， 煤炭工程助理工程师。 （收稿日期 2020- 3- 30） 72 ChaoXing