多漏风 汇高瓦斯综采工作面采空区防火技术实践.pdf

安全技术 文章编号 1003- 496X 2004 07- 0018- 03 多漏风汇高瓦斯综采工作面 采空区防火技术实践 戴广龙1, 朱贵旺2, 方恩才2, 高 松2 1. 中国矿业大学 能源学院, 江苏 徐州 221008; 2. 淮南矿业集团 潘三煤矿, 安徽 淮南 232091 摘 要 文章分析了多漏风汇高瓦斯综采工作面采空区自然发火的危险性, 探讨了因采空区漏风 而引起的高瓦斯工作面自然发火的防治技术。只有采用均压、 控制工作面风量、 加快工作面推进 速度、 增加密闭墙的密封性和工作面下口挂风帘等综合防火技术, 才能保证此类工作面的安全生 产。 关键词 煤炭自燃; 漏风汇; 均压防火 中图分类号 TD752. 2 文献标识码 B 综合机械化采煤由于其开采强度大, 速度快, 在一定程度上缓解了工作面采空区煤炭自然发 火。然而, 对于多漏风汇高瓦斯综采工作面, 由于 瓦斯的问题制约了工作面推进速度, 采空区防火 问题, 尤其是开切眼防火问题, 仍是亟待解决的重 大技术难题之一。本文通过对淮南矿业集团潘三 矿多漏风汇高瓦斯综采工作面采空区防火技术的 研究与实践, 探索出一套有效的综合防火技术与 措施, 可供类似综采工作面参考。 1 多漏风汇高瓦斯综采工作面 淮南矿业集团潘三矿 1772 3 综采工作面是 多漏风汇高瓦斯工作面, 该面是东四采区 C13槽 第一水平西翼第 7 条带, 东到东四回风煤上山, 西 至东三下段轨道上山, 南为 1782 3 工作面 末 采 , 北为东四运输大巷, 西邻 1551 3 综采面 已 于 1996 年 2 月 16 日收作 , 该面走向长 760 m, 倾斜长为150 m, 煤层总厚度为 3. 5 4. 4 m, 平均 为 4 m, 煤层倾角为 6 8 , 平均为 7 , 直接顶为 泥岩, 老顶为粉细砂岩。采用沿走向后退式采煤 方法, 综合机械化回采工艺, 全部冒落法管理顶 板。 C13- 1煤层瓦斯含量为 10. 91 m3/ t, C13- 1煤 为瓦斯突出煤层 。根据1772 3 综采面在两顺槽 然发火近些年来一直比较严重, 煤层自然发火期 被鉴定为 1 2 个月。采用过许多的防灭火技术 和手段, 虽取得一定的成效, 但仍面临自然发火的 威胁。2002 年 10 月份, 该矿 2336 工作面有自燃 倾向, 注入三相泡沫后, 该工作面煤炭自燃的趋势 很快消失, 至 2003 年 9 月为止, 该工作面无任何 自然发火迹象, 表明三相泡沫的防灭火效果良好。 3 总 结 三相泡沫防灭火技术充分利用粉煤灰 黄泥 的覆盖性、 氮气的窒息性和水的吸热降温特性来 防治煤炭自燃与灭火, 并将这三相作为一个有机 的整体长时间地保留在采空区, 充分发挥三相材 料的防灭火功能, 从而更有效地防治煤炭自燃。 产生三相泡沫材料的关键是研制适合粉煤灰 黄 泥 发泡的发泡剂。研制的发泡剂的添加浓度为 0. 2时, 发泡倍数 30 倍、 稳定时间 48 h, 适应了 现场的防灭火需要。为了产生较高倍数的三相泡 沫, 研制的发泡器装置简单、 使用方便、 能适应不 同固体粒径浆液材料。应用前景十分广阔。 收稿日期 2003- 11- 10; 责任编辑 郭瑞年 18 第 35卷 第 7期 煤 矿 安 全 2004 年 7 月 掘进过程中瓦斯涌出资料分析, 预计该面正常回 采时绝对瓦斯涌出量为 38 m3/ min。煤层具有自 然发火危险性, 其自然发火期 3 6 个月。采用U 型通风方式, 工作面设计风量 1 800 m3/ min。其 工作面布置如图 1所示。 2 工作面发火危险性分析 1772 3 工作面在掘进期间, 为了加快工作面 上下顺槽掘进速度, 工作面上下风巷采用相向掘 进, 因此, 在工作面形成时, 其采空区留有尾巷, 形 成了多漏风汇的情况, 如不采取措施, 由于开切眼 煤壁被压疏, 其附近遗煤多, 工作面采空区漏风, 聚热散条件极有利于采空区煤炭自然发火。同时 根据资料介绍, 综采工作面煤炭自然发火地点一 般是在开切眼和停采线。因此, 其开切眼防火问 题如果处理不好, 采空区发生了煤炭自燃, 同时又 积聚大量的瓦斯, 其严重性可想而知。 3 综合防火技术 3. 1 均压防火技术 由于采空区后方有漏风汇, 工作面下口是漏 风源, 势必造成工作面采空区漏风, 这对防止采空 区煤炭自燃极为不利。其开采初期采空区漏风流 动轨迹如图 1虚线所示 。 为了保证工作面安全开 图 1 工作面通风系统与能位测试测点布置图 采, 在工作面开始生产初期及在开采过程中多次 采用均压技术。即对工作面周围通风系统进行调 整, 调节东三联巷内风门 即 1 号测点后风门 , 同 时在东三总回风巷内 3 号测点后 设置调节风 窗, 如图 1 所示。随着工作面推进, 适时对其进行 均压, 每次均压各测点相对 1 号点的能位分布图 如图 2 所示。 同时在 1772 3 轨道巷尾巷抽放管 2 号测点 处 安装水柱计, 观察均压后漏风源和漏风汇之间 能位变化, 根据压差变化进行适时调节源汇间压 差。 当工作面向前推进 110 m 时, 采空区越来越 压实, 漏风风阻越来越大, 采空区的瓦斯向工作面 涌出。这时将东三运输巷的调节窗移到东三总回 道内, 增加东三风门压差来改变采空区漏风, 以减 图 2 两次均压各测点相对 1 号点的能位图 少工作面上隅角瓦斯涌出, 加快工作面推进速度。 通过多次调压, 工作面上隅角 CO 浓度维持 19 第 35卷 第 7期 煤 矿 安 全 2004 年 7 月 在 5 10- 6 8 10- 6, 东三轨道巷尾封闭墙观察 孔内 CO 浓度为 7 10- 6 21 10- 6, 基本上抑 制了工作面生产初期采空区遗煤自然发火, 同时 也减少工作面瓦斯涌出, 提高工作面推进速度。 3. 2 采用合理配风 工作面的风量的配给受多种因素的制约, 在 煤矿现场往往以瓦斯的涌出量为依据, 而忽略了 防火和防尘的要求。工作面的自然发火期为 3 6个月, 因此, 必须同时考虑瓦斯、 防火和排尘。 而防火需风量正好与瓦斯需风量的要求相反, 如 果兼顾二者, 是一个值得探讨的问题。由于该工 作面进行了瓦斯预抽放和顶板钻孔瓦斯抽放, 这 为配风量优化提供了条件。从防火的角度来说, 工作面风量过大, 采空区漏风增大。综合各种因 素, 经过实践, 此类高瓦斯综采工作面的平均风量 在1 600 1 700 m3/ min 较为恰当, 可供同等条件 下的工作面开采参考。 3. 3 加快工作面推进速度 加快工作面推进速度是防火最有效的方法之 一。随着工作面向前推进, 顶板不断冒落压实, 漏 风风阻不断增大, 采空区内漏风状态也相应地变 化。图 3 为工作面上隅角与轨道尾巷密闭墙检测 温度变化曲线图。 图 3 上隅角和轨道密闭墙温度变化曲线图 从图 3 可看出, 当工作面推进到 180 m 以后, 工作面上隅角和轨道密闭墙处的温度不再变化, 这时工作面采空区漏风由原来一源三汇变为一源 一汇 即仅有上隅角一个汇 。采空区内不自燃 带、 可能自燃带和窒息带将动态地向前移动, 可能 自燃带存在的时间小于其自然发火期。自然发火 危险性与推进度的关系 当 LS/ VF T 时, 自然发火危险性较大。 式中 LS∀∀∀ 可能自然发火带宽度, m; VF∀∀∀ 工作面月推进速度, m/ 月; T ∀∀∀ 自然发火期, 月。 为此, 确定初期其回采速度不小于 2 m/ d。 而实际该工作面正常情况下日进尺在 3 m 以上, 达到了主动防火所必须的推进速度。所以回采期 间, 控制了工作面采空区遗煤自燃。 3. 4 增加漏风风阻 为了增大漏风风阻, 减少采空区漏风, 一是分 别在轨道尾巷和运输尾巷 2 处密闭墙四周涂抹 1 层水泥浆, 并对其附近巷道进行喷浆, 增加密闭墙 的密封性; 二是在工作面下口靠近采空区侧挂风 帘, 降低入口动压射流影响, 增加采空区漏风风 阻, 而减少向采空区漏风。 4 结 论 1 随着工作面推进, 不断实施均压来改变采 空区风流流动轨迹, 以解决工作面上隅角瓦斯超 限, 加快了工作面推进速度, 这样, 又反过来防止 了采空区遗煤炭自然发火。可见, 采用均压技术, 防治采空区煤炭自然发火和工作面上隅角瓦斯超 限, 是事半功倍, 一举两得。同时实施均压防治技 术, 要根据工作面巷道布置、 顶底板岩性、 通风、 瓦 斯等多种情况, 借助通风设施, 进行调节工作面周 围巷道的能位, 既简单, 迅速, 又安全可靠。 2 从该工作面实践中可看出, 控制工作面回 采率, 加快工作面推进速度, 是防治采空区煤炭自 然发火关键所在。 3 对于巷道布置复杂的工作面, 工作面配风 量是关键, 而同时风量的配给受多种因素的制约, 要综合考虑防治瓦斯、 降尘、 工作面降温和采空区 煤炭自然发火等因素。 4 增加密闭墙的密封性和在工作面下口挂 风帘, 减少向采空区漏风, 是预防采空区煤炭自然 发火行之有效的方法。 作者简介 戴广龙 1962- , 男, 安徽省霍邱人, 副教 授, 现中国矿业大学在职博士生, 主要从事矿山通风与安 全教学与科研工作。 收稿日期 2004- 01- 12; 责任编辑 郭瑞年 20 第 35卷 第 7期 煤 矿 安 全 2004 年 7 月