安家岭二号井工矿回风斜井工业广场煤矸石自燃的治理.pdf

安家岭二号井工矿回风斜井工业广场 煤矸石自燃的治理 郝圣艾 中煤集团 平朔煤炭工业公司,山西 朔州036800 摘 要通过对工业广场煤矸石自燃区域隔离,应用 “三相泡沫” 等综合灭火技术,成功治理了一起 矿井回风斜井工业广场煤矸石自然发火隐患,取得了较好的效果。 关键词煤矸石;自燃;三相泡沫;治理 中图分类号TD75 1 文献标识码C 文章编号1008 - 4495200703 - 0062 - 02 收稿日期2007 - 02 - 12 作者简介郝圣艾1965 , 男,安徽萧县人,高级工程 师,1987年毕业于淮南矿业学院矿山通风与安全专业,现为平 朔煤炭工业公司通风部主任工程师。E - mail haoshengai3208 sina. com。 随着安家岭一号、 二号井工矿的相继投产,平朔 煤炭工业公司由单一露天开采改为露井联采,实现 了优势互补。安家岭二号井工矿是平朔煤炭工业公 司2005年6月建成投产的现代化大型矿井,2006年 生产原煤为1 003万t。该矿在建井期间回风斜井口 工业广场回填了大量煤矸石,由于漏风氧化,导致了 煤矸石自燃,影响矿井安全生产。 1 煤矸石自燃概况 2006年8月13日,在安家岭二号井工矿回风斜 井安全出口往上约20 m地段,发现温度偏高,湿度 增大。经检测该地段气温27℃、 地表温度40℃、 φ CH 4 1 ,φ CO 2 1. 5 ,φ O 2 18 , φCO 0。 二号井回风斜井工业广场范围属煤矸石 回填区域,该矿井主要通风机于2005年5月2日正 式投入运行,至今已经运转16个月。初步分析为工 业广场回填的煤矸石因漏风氧化发生自燃。随后 3 d的进一步观察表明,上述各项指标均有发展趋 势。为此,公司通风部会同有关部门研究治理方案、 措施。2006年9月13日和14日连续2 d的现场观 察结果为回风斜井工业广场地表的局部地点温度 高达67℃,井筒安全出口往上约20 m地段空气温度 仍然高达28℃。表明回风斜井工业广场地下煤矸石 自燃灾害未能得到根本的治理,特别是随着矿井通风 负压的增大,漏风强度和范围进一步扩大,必将导致 自燃灾害扩大,直接影响到主要通风机的正常运行。 2 治理方案 为了从根本上治理煤矸石自燃,防止以后复燃, 经过研究确定采用 “ 一隔、 二灭、 三固” 措施,进行分 步实施。 2. 1 隔离主要通风机区域 由于安家岭二号井地表露天开采回填区的自热 隐患面积大,如果全部实施治理,一是投资多、 工程 量巨大;二是见效慢,难以解决当前回风斜井工业广 场的隐患。为了提高自燃灾害治理的针对性和经济 性,必须对重点区域实施隔离,见图1。隔离范围为 图1阴影部分所示。以1. 5 m间距施工钻孔,钻孔 直径42 mm ,孔深10 m。钻孔施工完毕后,采用高压 注浆系统10 MPa ,向钻孔内注入普通硅酸盐水泥 配5 水玻璃的混合浆液,直到注满为止。 图1 煤矸石自燃隔离施工图 26 2007年6月 矿业安全与环保 第34卷第3期 2. 2 应用三相泡沫灭火技术熄灭工业广场地下自 燃区域 用于防治煤炭自燃的三相泡沫,是由固态不燃 物粉煤灰或黄泥等、 惰性气体氮气和水等介质 组成,在粉煤灰或者黄泥浆液中添加极少量的发泡 剂和稳泡剂,通过三相泡沫发泡器物理发泡后形成 三相泡沫。三相泡沫集固、 液、 气三相防灭火介质的 防灭火性能于一体,利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、 氮 气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火。与现有 的防灭火技术及材料相比,三相泡沫兼有一般注浆 方法和惰气泡沫防灭火的优点。泥浆通过注入氮气 发泡后形成三相泡沫,体积大幅快速增加,并在自燃 区域可向高处堆积,对低、 高处的浮煤都能覆盖,能 够避免注入的浆体从底部流失;注入在自燃区域的 氮气被封装在泡沫之中,能较长时间滞留在自燃区 域内,充分发挥氮气的窒息防灭火功能。三相泡沫 中含有粉煤灰或黄泥等固态物质,这些固态物质是 三相泡沫面膜的一部分,可较长时间保持泡沫的稳 定性,即使泡沫破碎了,具有一定粘度的粉煤灰或黄 泥仍然可以较均匀地覆盖在浮煤上,可持久有效地 阻碍煤对氧的吸附,防止煤的氧化,从而有效地防治 煤炭自然发火。 用黄泥作为三相泡沫固相,利用注浆管路、 移动 式注氮机、 注氮管路,安装三相泡沫发生器和添加发 泡剂、 稳泡剂来对黄泥进行发泡,形成黄泥三相泡 沫。三相泡沫制备流程见图2。 图2 三相泡沫制备流程 首先,提前供应10 min的清水,先冲刷管路,然 后注黄泥浆;注氮比注清水稍微滞后,水、 浆通过管 路到达注浆地点后开始供氮气,在泥浆和氮气都到 达后,开始运行三相泡沫防灭火系统。启动螺杆泵, 将发泡剂加压送入到注浆管路中,然后缓慢打开分 流管路上的截止阀,浆量控制在10～15 m 3Π h ,泥浆 与发泡剂进入搅拌器,经搅拌器充分搅拌混合后进 入发泡器,在此黄泥浆被掺混氮气,经过发泡器后, 产生黄泥三相泡沫,然后含氮气的黄泥三相泡沫被 直接注入到自燃区域。 现场实施以6 m为间距施工钻孔,钻孔按直径 42 mm ,孔深10 m设计,数量为80个。钻孔施工完 毕后,采用矿井现有的注浆系统和制氮系统注三相 泡沫。 三相泡沫的技术指标① 发泡倍数大于30倍, 稳定时间高于8～12 h;② 水、 泥浆质量比为 1 ～ 4 ∶1; ③ 注浆量为10～15 m 3Π h;④三相泡沫的产生量为 300～500 m 3Π h;⑤ 发泡剂使用的比例不大于0. 6 。 2. 3 加固回风斜井工业广场下废渣区域 1 首先挖出铺设注浆管路和回填区的煤矸石, 并回填黄土,铺设300 mm厚的水泥砂浆地坪; 2 加固回风斜井井筒内向下10 m范围内巷道 地板,加强漏风封堵; 3 对防爆门周围30 m范围进行压注罗克休、 马 丽散高分子材料,固结工业广场地基。 3 治理效果 通过在回风斜井口约200 m 2 的范围内,实施隔 离火源,压注三相泡沫等综合灭火措施,取得了较好 的灭火效果。观测结果见表1。 表1 回风斜井工业广场煤矸自燃观测记录 观测日期 φ CH 4Πφ CO 2ΠφCOΠ10 - 6 φ O 2Π气温Π℃ 局部地温Π℃ 2006 - 08 - 131.01.50182740 2006 - 09 - 141.01.50182867 2006 - 10 - 040.30.450191922 2006 - 11 - 130.160.360191316 2006 - 12 - 130.120.20191013 2007 - 01 - 170.10.20201012 2007 - 01 - 300.00.00201112 治理后经过3个多月的观测,威胁矿井安全的 煤矸石自燃隐患得到消除,确保了矿井安全生产。 责任编辑卫 蓉 36 2007年6月 矿业安全与环保 第34卷第3期