综合防灭火技术在倾斜易燃特厚煤层跨石门开采中的应用.pdf

综合防灭火技术在倾斜易燃特厚煤层跨石门开采中的应用 第六图书馆 采煤 厚型 石门 煤层 防火 灭火煤矿安全范振东不详1992第六图书馆 第六图书馆 ● ◆ l ● ／ fq ／ ， 综合防灭火技术在倾斜易燃特厚 煤层跨石门开采中的应用 华亭矿务局东峡煤矿 范振东一 7 『 7 ／ l r 为了解决 日益严重的矿井内因火灾 问 生 顶 板，亦 不 能很好地防治矿井 自燃 火 题 ，华亭矿务局东 峡煤矿在推行 大倾角特 灾 。 ’ 厚煤层阶段连续式跨石 门回采的同时，进 试验工作面位于1 2 0 0 “ 1 2 6 0 亚阶段 内 ， 行工作面的综合防灭火试验 ， 已取得成功 所采煤层为煤 6 1层，工作面 回采区域 工作面第一分层和第二分层连续回采1 0 2 0 煤层总厚度5 ． 6 m。该工作面 1 2 6 0 水平 以 m，历时1 9 个月，共采出原 煤2 2 ． 4 2 万吨 ， 上为 l 2 6 0 1 3 1 O 亚阶段的 3 6 2 0 2工作面及 跨过 4个 进风石门、 4个 回风石 门和一个 3 6 2 0 1 、3 6 2 0 3 T作面采空区，与工作面有 回风横川，取得了安 全生产和较好的经济 1 0 1 1 1 的煤柱相隔离且都有 自然发火史 。工 效益 。 作面分为北 、中、南三段，走 向长6 2 0 m， 分别有三个进风石 门和三个 回风石门。一 一 、试验工作面概况 个 回风横川与之相通 。工作面倾斜长丧 m． 华亭煤田属 于中生代下侏 罗 系 华亭 煤层倾角3 8 。 ， 、 一 4 2 。 ，采用倾斜分层走向长 统，东峡井田内含煤三层，总平 均 厚 度 壁跨石门单体摩擦支柱 、全部陷落采煤法 3 4 ． O 1 m，主采层为 煤 6层，平均厚 度 2 4 放炮落煤，工作面采高 2 m，第二分层留 m，煤层倾角2 8 。 , x ． 4 7 。 ，井田内地质构造 护顶煤皮 回采，煤皮 厚 度 l一 、 一 1 ． 5 m，工 简单 ，煤层赋存稳定。 作面正常 回采后放顶 回收顶煤。工作面风 矿井采用片盘 斜井开拓 ，阶段运输大 量为2 0 0 2 4 0 m s ／ m i n ，瓦斯相对涌出量 巷和回风巷均布置在煤层底板岩层 中，现 。 为 1 ． 5 2 7 m0 ／ t 。 回采1 2 6 0 , - 1 3 1 O 及l 2 0 0 “ I 2 6 0 两个亚阶段 ， 由于煤层倾角大，工作面采空区下部 垂高6 0 m，斜长9 0 m，采煤方法为倾斜分 被 冒落的矸石充填，而上 部形成 空洞 ，采 层阶段连续跨石门走 向长壁全部 陷落法。 空区在 回风巷侧容易发生 自燃 火灾，尤 其 矿井采用中央并列抽出式通风，总负 在采过回风石门时，回风石门、工作面采 压为1 o 0 0 P a ，总进风量为1 9 6 5 m8 ／ mi 12 。 空区．工作面回风巷梅成一条漏风通道， 属于低沼气矿井 ， 瓦斯相对涌出量为1 ． 8 3 2 使残留煤炭和煤柱压碎区氧化自燃，老塘 mS ／ t ；煤尘具有强爆炸性， 煤质为低硫、 及回风流中C O 浓度易急剧 升 高。该工作 低灰 、高挥发份的长焰煤；煤 的自然发火 面在未采取综合防灭火措施 前，采过第一 期为 3， 、 ， 6个月，最短只有3 7 天 。在进行 个 回风横川3 ．0 m后，采空区即自然发火， 综合防灭火试验前矿井采用黄泥灌浆，但 工作面回风侧老塘涌出大量 的 CO，导致 灌浆源短缺，土质差，灌浆后形不成再 工作面被封闭达三个月之久。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 综合防灭火技术及其应用 煤炭 自燃过程 分为准备、 自热和干馏、 燃烧 四个 阶段，在‘ 前三个 阶段，煤的氧化 绝大部分为不 完全氧化，C O气体 的 生成 和大量涌出是这个阶段的重要特征。及时 检测井下空气 巾的C O含量是预测 预 报矿 井火灾较为可靠的依据 ，我们参考国内外 火灾预测预报成功的经验和我矿煤体涌 出 的矿井瓦斯中含有较大部分C O 2 的实_际， 拟定t；／ CO及其派生指标 防火系数R2 和H为主 火灾预报指标 。其计算方法为 R2 1 0 0 H C o Q 式中 R2 C O防火系数； H C O预报系数； Cc o 测点风流中的C O浓度，％； Q 测点风量， f il 8 ／ mi n ； △C O C O气体 的增加量 ，当总 进风流中无c o时． △ CO即为测点 空 气 中 的 CO浓度 ； △O2 氧气减少量， △Oz 02 人 一 O ．出，O2 人为总入风流 中氧气浓度 ， 02 出为 测 定 地点氧气浓度。 当R 1 ． o 0 或H0 ． 0 0 4 9 m3 ／ m i n 时，工作面 及其 附近老塘均无火灾可 能。 当1 ． O ％≤R2 2 ． 0 ％或 0 ． 0 0 4 9 ≤ H 0 ． 0 0 5 9 ma ／ mi n 时 ， 工作面及其 附近老塘有 自燃危险， 应加强观测并采取必要的措施 。 当R2 ≥2． O 或H≥O ． 0 0 5 9 i n 0 ／ m i n 时，发出火灾预报 。 为了避免人工巡回采样检测时 间间隔 长和人为 的误差， 我们建立 了以束管微机 火灾监测系统为主 ，以常规监测手段为辅 l 2 的防灭火预测预报系统 。 束管微机监测系统是利用束营取样分 析矿井采空区．密闭区和 巷 道 的C O． 02 、 CO2 、Ne 和 C H 4 的 浓 度 。通 过对 气 体变化情 况的分析 ，预测预报矿 内自燃火 灾 。该束管监测系统 由放置在井下的管缆 及接管箱 、贮水器 、粉 尘过滤器等和放置 在井上的抽气泵 ．监控设备组成。利用抽 气泵和管缆将井下各测 点空气取至地面监 测室 ，通过气路控制装置，依次地将各测 点气体 自动注入各种分析仪器。系统通过 微机分析并进行数据处理后显示打印各种 气体浓度及格拉姆系数 防火 系 数 R2 的数据和变化曲线。 常规检测系统是使用各种常规的C H 4 C O ．C O z 辱检测仪人工进行巡回 检 查。 它可 以防止 由于各种原因造成的束管系统 不能预测预报火灾 的可能性 。 大量 的理论和防灭火实践证明杜绝 连续不断的漏风供氧和消除热量积聚的条 件是防灭火工作的实质之所在 。 采空区的漏风量决定于漏风风路两端 的风阻和风压差 ，我们在减少漏风方面主 要采取 了以下三点措施 。 1、回采率 的提高，回采速度的加快 在一定程度上可以减少煤的自然发火危险。 我们采取措施 ，创 造条件，使采区回采率 从6 3 ％提 高到了7 0 ，保证了工作面 每 日 两个循环 的推进速度。在较高的回采率和 较快的回采速度的保证下 ，在 一定程 度上 降低了煤炭发火的机率。 合理的采掘关系可以减少不合理漏风 通路的存在 。全负压通风 的采煤工作面和 局 扇压入式通风的掘进工作面会形成一个 很 大 的压 差 ，如果 采 煤 工作 面 和 掘进 工作 面相邻，在这个压力差的作用下 隔离煤柱 的裂 隙或采空区就会大量漏风，造成内因 火灾。因此，在采掘关 系上我们尽量避免 ● 毒 ◆ 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 ● ● ● 掘进工作面和采煤工作面相邻，在第二 分 层掘进时，掘进工作面距采煤工作面 已相 距3 0 0 m，工作 面 采空区已进入压实不 自 燃区。另外，我 们在工作面曲采掘接 续上 保持 回采北段时掘进中段 ，回采中段时再 掘 南段 ，尽 量 减 少煤 层 暴露 的时 问 。 2．加强工作面跨石门后 的重 点区域 防灭火工作。工作面在跨 过石门后 ，不可 避免地形成 了进 回 风石门工作面采 空 区 一一 工 作 面 回风 巷 的漏风 通 道 ， 由于 工作面在跨过石 f - 1 5 6 0 m时 ， 该漏风带正 处 于采 空区 的 易 自燃 带 。 故在 工 作面 跨 过 石门6 0 H 1 范围内必须加强工作面的防灭火 工作，我们除及时封闭进回风石 门外还采 取了以下两点措施 。 2 l D 8 I牺 1 均压。在综合防灭火措施试验 前 ，工作面采过1 2 6 0 J J L横川3 0 H 1 时 H IJ 附图中 I I位置 ，工作面上隅角涌出 大量的高浓 度CO 0 ． 3 ％ ，回风侧采空区 形成火区，因此于1 9 8 9 年 9月1 5 日将工作 面封闭 1 9 8 9 年1 2 Y l 1 5 日工作面重新启封 ， 启封后即进行了工作面通风阻力 及周围巷 道压能测定，并将测定资料输入计算机， 对工作面漏风的性质进行判断，、按计算机 选样的均压方案在 附图巾的A点设置了 面 积为0 ． 8 4 m 的风 窗，在 l点重新砌 筑 了 密 闭 ，在 3 6 2 0 2 5工作 面 回 风 巷 设 置风 障 ，升 高了 2点风压，有效地防止了采空 区茜复燃，保证 了二 己 作面 的回采 。工作面 采过1 2 6 0 南零石门和 1 2 0 0 南零运输机石门 后 。又 重新 对 工 作面 周 围巷 道压 能 进行 测 定，并按计算机分析优选出的方案在 1 2 0 0 南一运输机石门安设 了两台5 ． 5 k W 局扇 ， 在A处安设了0 ． 4 6 H 1 2 的调节风窗 ， 保证了 工作面的顺利 回采 。 2堵漏 。工作面采空区回风侧是 主 要的漏风通道，根据漏风阻I 十 j 定律，增 加 漏风 通 路 风 阻和 减 少漏 风 通路 两端 的 风压差． 效果是一致 的。故我们在采取均 压措施 ， 减少漏风通路两端风压差的同时， 最大限度地提高回风石门的密闭质量 ，并 在回风巷位置的采空设置间距为 1 0 H 1 的防 火土垛 防火土垛由聚氯乙烯编织袋或草 袋装黄土堆积而成 ，在一定程度上减 少 了有毒有害气体的外逸，增大了漏风通路 上 的风 阻 。 工作面在 采过1 2 6 0 南一石门后，其采 空区的漏风方向又变为工作面进风巷 工作面 工作面采空区 1 2 6 O 南一 石门。在这种方向的漏风作用下 ，工作面 采空区有可能形成不 易被人们发现 的隐蔽 型火灾 。为防止这种火灾的发生，我们在 及时封闭1 2 6 0 南一石门，加强密闭质量的 同时，又密 闭了风并绕道，增大了这条漏 风 通 道 的风 阻 ，减 少 了漏 风 风量 。 3 采用汽雾阻化刘延长了工作面回 风侧老塘遗煤的 自然发火期。汽雾阻化剂 防火原理是将阻化剂水溶液用汽雾发生器 转 化 为 傲 粒状 汽雾 ，汽雾 借 助 漏风 或扩 散 漏风流 ．飘浮到采空区内并附着在残留煤 体表面，使残 留煤体表面形成稳定的抗氧 保护膜 ，减少 堞与氧 凄触 0 机 套，降低煤 昀吸瓤 诧力，达到阻燃i _j 目的。汽雾阻 化 l 3 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 防火的实质在于哪里有自燃的条件，哪 里就有漏风，哪里有漏风，哪里就有 阻化 剂汽雾对那里的煤体进行阻化处理，最终 达到抑制煤炭 的自燃 ，延长煤自然发火期 的 目的 。 由于工作面倾角较大 ，在重力作用下 采空区在顶板 冒落后将入风侧的下部采空 区全部填实，一般不会出现 自燃现象，煤 炭 自燃多出现在工作面回风侧采空区，这 里由于顶板 冒落不易压实 ，采空区空间较 大 ，又有回风石门与矿井进风相连通，因 此，我们将汽雾发生器设在工 作 面 回风 侧，向工作面 回风侧采空区距回风巷2 0 m 范围内喷射汽雾 ， 日喷雾 1 ． 5 3 m8 的阻化 剂水溶液。 阻化剂汽雾防火系统在与工作面相通 的石 门内设配液箱 ，由防尘管供水给配液 箱工业 用水，用5 0 的Mg C1 2 配成2 O 的 阻化液， 由5 O 一2 ／ 1 5 O 型煤层注水泵加压 ， 再通过5 o 目过滤器进行过滤后 由单系统汽 雾发生器在阻化剂汽雾施放地点将阻化液 雾化。 三．综合防灭火应用效果 l、技术效果 东 峡煤矿 颅斜分层 工作面上部老塘的 发火率很高，尤其在过联络横川或回风石 门后，工作面回风侧 老 塘 涌 出的有毒有 害气体中火灾指标 气体C O的浓度明 显 提 高，采取综合 防灭火措施 后，工作面过石 门前后 的CO浓度保持稳定和正 常 。从 采 取措施前后工作面回风 侧老塘涌出 的 C O 气体浓度的比较中，我们可以得出综合 防 灭火的实际效果。 在未采取综合 防灭火措施 前工作面回 采了9 O 天，跨过了1 2 6 0 t 翼横川，在跨过 该回风横川3 0 m后，由于CO的 大量涌出 使工作面停产 封闭。在采取综 合防灭火措 l 4 施后，顺利地跨过了四个回风石门、四个 进风 石门及一个 回风横川，连续回采1 0 2 0 m，历时1 9 个月，未出现过高浓度 的 CO 气体逸出。 统计资料表明， 采取综合防灭火 措施 后， 老塘中C O最高值下降了7 2 一 、 一 7 8 呖， 回风流中C O最高值下降了6 8 “ - 3 9 ％ ， 回风 流 中CO每 月日平均值下降了1 1 3 8 呖。 另外 ，综合防灭火措施中的汽雾阻化 防火技术还有效地防止了工作面上隅角沼 气积聚 ， 在一定程度上还起到了降尘作用 2 经济效益 实施 汽雾阻化，均压 、堵漏等综合防 灭火措施后，3 2 1 0 8 T - 作面第一、二 分 层 连续 回采1 0 2 0 m，共采出原煤 2 2 4 kt ，矿 井百万吨发火率由原来的1 6 ． 1 3 次下 降 到 6 ． 0 6 次 ，保证了大倾角特厚易燃煤层 阶段 连续式跨石门开采的成功，与过去一贯使 用的灌浆防灭火方法相比，有如下效益。 1每万吨煤节省了灌浆征地0 ． 8 3 亩 ， 在一定程度上缓解 了与农争地的矛盾 ， 减少了矿 区水土流失，减缓了矿区环境恶 化和对 自然生态的破坏。 2不开掘灌 浆消火巷道和脱水巷 道，减少 了矿井开拓工程量，简化了通风 系统 。 3 吨煤防火成本 由黄 泥 灌 浆 的 2 ． 0 2 元降低到0 ． 4 5 2 元，降低 了7 7 ． 6 2 ， 取得 了巨大 的经济效益。 o 责任 编辑王玉衡 i ● 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆