礦井自燃火災束管監(jiān)測技術(shù)在西銘礦的應用

趙效中,王學棟,郝國珮

(西山煤電股份公司西銘礦)

礦井自燃火災束管監(jiān)測技術(shù)在西銘礦的應用

趙效中①,王學棟,郝國珮

(西山煤電股份公司西銘礦)

針對西銘礦煤層自然發(fā)火傾向性的幾種狀況進行了分析,提出了自燃發(fā)火預測預報系統(tǒng)的建立方案,并介紹了方案實施的過程。束管監(jiān)測技術(shù)的成功應用,實現(xiàn)了該礦預測預報自燃火災智能化功能,取得良好的經(jīng)濟社會效益。

礦井;自燃火災;束管監(jiān)測技術(shù);應用;效益

西山煤電股份公司西銘礦井田位于西山煤田的東北部,井田邊界曾有小窯開采。雖然已做了許多的密閉工程,但仍然存在有向工作面采空區(qū)漏風的傾向性,這樣就增加了自燃危險性,甚至存在小窯積存的有毒有害氣體在通風負壓的作用下向大礦涌出的可能性,對該礦的安全生產(chǎn)造成極大的威脅。

該礦井下為“六進三回”的混合式通風方式,通風方法為抽出式。現(xiàn)正在開采的有2#、3#、8#、9#等4種煤層。2008年瓦斯等級鑒定結(jié)果,礦井瓦斯絕對涌出量129.95 m3/min,瓦斯相對涌出量為18.06 m3/t,為高瓦斯礦井。2009年1月,煤科總院沈陽研究院對該礦主采煤層分區(qū)域采集煤樣,進行了自燃傾向性鑒定,所采取煤樣自燃傾向性均為Ⅱ類自燃。

1 自然發(fā)火傾向性分析

自燃傾向性之一:開采3#、9#煤層工作面時,由于距上部2#、8#煤層層間距較近,2#與3#煤層平均層間距2.38 m,8#與9#平均層間距1.84 m,存在上下采空區(qū)地相互溝通,上部2#、8#頂煤浮煤及殘留破碎煤柱已經(jīng)過較長時間的氧化,浮煤溫度已有所提高,煤的氧化性增強,上下采空區(qū)相互連通又存在著向上部采空區(qū)遺留煤體及破碎煤柱的漏風通道,若再次與因開采造成的漏風供給的氧氣相接觸,更容易被氧化和自然發(fā)火,增加了采空區(qū)自然發(fā)火的傾向性。

自燃傾向性之二:工作面“三巷”沿2#、8#煤底板掘進,層間距小,受采動壓力影響,易于離層、壓裂冒落,存在與上部采空區(qū)經(jīng)裂隙相互溝通的可能,經(jīng)長時間氧化蓄熱升溫,存在巷道上部浮煤的自然發(fā)火危險性。已經(jīng)氧化升溫的煤體進入采空區(qū)后,使采空區(qū)兩巷遺煤溫度相對其他地點更高,即便在較快的推進速度下也可能引起采空區(qū)遺煤自燃。

自燃傾向性之三:工作面采取“U+L”型方式布置通風系統(tǒng),工作面配置有尾巷,通過采空區(qū)后部的聯(lián)絡(luò)橫貫排放瓦斯,造成采空區(qū)漏風量較大,形成采空區(qū)氣體分布的獨特性,存在充足的供氧條件,增大了采空區(qū)自然發(fā)火危險性。

2 自然發(fā)火預測預報系統(tǒng)的建立

基于西銘礦目前已經(jīng)形成的采掘生產(chǎn)布局和工作面通風方式,綜合分析以往礦井自然發(fā)火狀況,本著經(jīng)濟性、實用性及可操作性的原則,采取了強化自然發(fā)火的早期預測預報工作,完善了自然發(fā)火的檢測方法和手段。在2#、8#煤層工作面該礦采用的是人工取樣分析的方式進行自然發(fā)火的預測預報工作,而在3#、9#煤層屬于人員難以進入的“死區(qū)”,就采用了束管監(jiān)測系統(tǒng)對采空區(qū)自然發(fā)火情況進行監(jiān)測。

針對西銘礦井下生產(chǎn)實際,把3#、9#煤工作面作為防滅火重點,建立了井下移動式簡易束管監(jiān)測系統(tǒng)。即在工作面附近建立井下抽氣泵站,束管集中接到束管采氣泵站,由專業(yè)人員在采氣泵站用球膽分別取氣,帶至地面進行化驗分析,利用氣相色譜分析儀連續(xù)分析各個測點氣體組濃度的變化、對煤層氧化自燃過程進行觀測并進行早期預測預報。在工作面沒有監(jiān)測到自然發(fā)火標志氣體的情況下,取樣時間定為每三天取樣一次,一旦出現(xiàn)自然發(fā)火征兆就進行每天采氣分析。

3 3#、9#煤層工作面束管監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案

1)束管布置方式。在工作面附近建立井下抽氣泵站,束管沿工作面皮帶順槽向采空區(qū)敷設(shè)布點。在巷道底靠外幫鋪設(shè)內(nèi)徑為2吋的無縫鋼管作為保護管,內(nèi)穿有4芯內(nèi)徑為8 mm的束管。每兩點之間距離30 m,每個測點內(nèi)安設(shè)束管采樣器,每個采樣器連接一路束管,測點采樣器外加套管保護,見圖1。隨著工作面的推進,1#、2#、3#、4#束管采樣器依次進入采空區(qū),這樣就能抽取采空區(qū)深部的氣體。在推至過4#點約30 m時,把1#點截開,重新布點,依次循環(huán),直至整個工作面采煤過程結(jié)束。其總體布置方式見圖2。在此其間觀測采空區(qū)浮煤在不同推進度時的氣體產(chǎn)物特性。

2)取氣方法。束管集中接到束管采氣泵站后,由專業(yè)人員在采氣泵站用球膽分別取氣。采樣時,先將其中一路束管連接到真空泵進氣口,預抽3～5 min,然后將球膽內(nèi)的氣體擠壓干凈,再將球膽連接到真空泵的出氣口采集氣樣,直到球膽被充滿為止。

3)氣樣分析。氣樣分析內(nèi)容包括O2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C2H2等氣體。采樣測試完畢后,需要記錄好每天工作面推進度,工作面采取的防滅火措施。對于其它易自燃地點,當出現(xiàn)煤自然發(fā)火征兆時也可以進行束管布點取氣的方式進行氣體分析(取樣到化驗室分析之間的時間最好在6 h以內(nèi),最長不得超過12 h,超過12 h視氣樣作廢,需重新采取氣樣進行分析)。

4 束管敷設(shè)及布點選取方法

束管敷設(shè)要做到平、直、穩(wěn),與動力電纜之間的距離不應小于0.5 m,并要避免與其他管線交叉,束管入口處必須安設(shè)濾塵器,如圖1所示。此外,為防止束管因塵埃和冷凝水堵管,應在井下監(jiān)測點進氣口處設(shè)置濾塵器和吸濕器;為防止漏氣,束管與束管之間要用10 mm的銅管連接,所有接口均用環(huán)氧樹脂封閉,并加強束管所經(jīng)巷道的完好性維護,專人定期檢查束管管路情況。同時,還應采取措施防止從井口到分析室的束管在冬季結(jié)露凍結(jié)。

束管監(jiān)測系統(tǒng)形成后,監(jiān)測點應按以下方法選取:總回風道和集中回風道應該設(shè)置監(jiān)測點,監(jiān)測點應選擇圍巖穩(wěn)定,前后5 m范圍內(nèi)無分支的巷道并靠近巷道末端,監(jiān)測點應設(shè)置在距巷道頂板0.5 m處的巷道中心線上;回采巷道上部煤層出現(xiàn)過高溫點處(層間距較近),要靠頂板設(shè)監(jiān)測點;3#煤及9#煤生產(chǎn)工作面上部為2#、8#工作面采空區(qū)時,應視現(xiàn)場實際情況,選擇合適地點向上部采空區(qū)打鉆,下入監(jiān)測束管;各煤層巷道有通風設(shè)施的應在該設(shè)施回風側(cè)的1 m頂板上設(shè)點;采掘工作面有明顯升溫征兆的區(qū)域必須設(shè)監(jiān)測點;火區(qū)密閉、橫貫聯(lián)絡(luò)巷密閉以及巷道高冒等易自然發(fā)火地點須設(shè)監(jiān)測點。

5 結(jié) 論

礦井自燃火災束管監(jiān)測技術(shù)的成功應用,改變了該礦的防火形勢,實現(xiàn)了預測預報的智能化功能。該技術(shù)能夠?qū)碌臍怏w成分及濃度變化實現(xiàn)有效的實時監(jiān)測,操作十分簡便,可以及時地觀察到C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C2H2等氣體的變化。從而對自然發(fā)火進程作出更加科學的判斷,達到了防止礦井自然發(fā)火的目標,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

Application on Beam Tube Monitoring Technology of Spontaneous Combustion Fire in Ximing Coal Mine

Zhao Xiao-zhong,Wang Xue-dong,H ao Guo-pei

In connection with several conditions of coal seam spontaneous combustion tendency in Ximing coal mine has carried on the analysis,proposes the establishment plan of spontaneous combustion forecast system,and introduces implementation process of the plan.The successful application of the beam tube monitoring technology realize the intellectualized function of forecasting spontaneous combustion in the mine,achieve the good economic and social benefits.

Mine;Spontaneous combustion fire;Beam tube monitoring technology;Application;Benefit

book=6,ebook=4

TD752.1

B

1672-0652(2010)05-0009-02

2010-04-05

趙效中 男 1968年出生 1992年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院 工程師 太原 030052