新峪礦綜放工作面煤層預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)應(yīng)用

劉 財(cái)，陳軍偉

(1.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601;2.淮南礦業(yè)集團(tuán)公司，安徽 淮南 032300)

0 引言

新峪煤礦采用綜采放頂煤技術(shù)開采，煤質(zhì)為富硫主焦煤，煤層具有自燃發(fā)火性，最短發(fā)火期為6個(gè)月，自燃傾向性類別為Ⅲ類發(fā)火礦井。礦井自1966年投產(chǎn)以來，有過13次發(fā)火或高溫出現(xiàn)一氧化碳。現(xiàn)階段對(duì)于煤層的自然發(fā)火規(guī)律認(rèn)識(shí)還不完善，防滅火技術(shù)也存在有待完備的地方。針對(duì)新峪煤礦綜放工作面的實(shí)際情況，決定采用煤層預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)進(jìn)行治理［1］。

1 新峪礦5110綜放工作面概況

5110工作面屬于“孤島”工作面，采用長壁式綜合機(jī)械化低位放頂煤全部垮落采煤法，它與上部采空區(qū)距離很近，開采后上下煤層采空區(qū)將連成一體，主采 10#、11#煤層，地面標(biāo)高 +874～+1007 m，工作面標(biāo)高+751～+777 m。工作面東為5112采空區(qū)，南為五采區(qū)大巷，西為5308采空區(qū)，北為井田邊界。工作面走向長900 m，傾斜長148 m，面積133200 m2;煤層厚度7.37 m，傾角7°，容重 1.37 t/m3，工業(yè)儲(chǔ)量 1344907 t，可采儲(chǔ)量1117767 t。煤層直接頂為泥巖，厚度0.6 m;老頂為石灰?guī)r，厚度7.73 m;直接底為鋁質(zhì)泥巖，厚度1.6 m;老底為砂質(zhì)泥巖，厚度3.23 m。相對(duì)瓦斯涌出量0.50 m3/t，絕對(duì)涌出量0.489 m3/min。煤塵有爆炸危險(xiǎn)，爆炸指數(shù)20%。所在煤層易自燃，最短發(fā)火期6個(gè)月，自投產(chǎn)以來共發(fā)火10次，占全礦發(fā)火次數(shù)的77%。

2 新峪礦5110綜放工作面預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)工藝

2.1 煤層注水可注性鑒定

可注性鑒定是相應(yīng)煤層/工作面采用煤層注水技術(shù)的前提。根據(jù)《煤層注水可注性鑒定方法》(MT/T 1023－2006)所要求的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)新峪礦5110綜放面實(shí)施煤層注水技術(shù)的可注性進(jìn)行鑒定的結(jié)果是本工作面開采煤層為可注水煤層。

2.2 阻化劑的選擇

阻化劑的選擇是預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)的關(guān)鍵。目前礦用阻燃劑有很多種，選取六種不同阻化劑對(duì)本工作面煤體的阻化率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究［4］。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合本工作面的實(shí)際情況和注液因素以及噸煤的成本，選擇純堿(Na2CO3)作為阻化劑。阻化劑的溶液濃度可控制在5%～20%之間，考慮到成本問題，暫時(shí)把濃度控制在5%～10%之間，以后可根據(jù)阻化效果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2.3 5110工作面煤層注液實(shí)施方案

2.3.1 注液技術(shù)參數(shù)及工藝

1)鉆孔布置與打鉆設(shè)備:鉆孔布置如圖所示，在回風(fēng)巷道采取近似平行打孔，注液孔的總數(shù)為58個(gè)，鉆孔深度為128 m，仰角1°～2°;打鉆設(shè)備采用ZL－750(原ZK－200)型鉆機(jī)。

2)封孔參數(shù)及封孔工藝:封孔采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長1 m。封孔深度9 m，即封孔器外端距煤壁9 m。

3)煤層注液參數(shù)的選擇:每孔注液量235 t;同時(shí)注液孔數(shù)2個(gè);注液孔間距15m;注液孔長度128m;封孔長度10m;單孔注液流量2t/h;注液時(shí)間118 h;注液壓力(終壓)取4 MPa，此終壓為實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間注液中，由于煤層和煤樣有差距，注液終壓可視具體情況而變化。

4)注液超前距離和時(shí)間:超前距離33 m;超前時(shí)間9.2 d;預(yù)先注液的超前時(shí)間越短越好。

2.3.2 阻化液配制及注液系統(tǒng)

1)阻化液配置

注液系統(tǒng)中設(shè)計(jì)兩個(gè)配液箱1、2。開始注液時(shí)，按阻化液配制比例，先向水箱1中加入阻化劑，然后打開供水管截止閥放入適量的水，將水箱中的溶液配制成所需的濃度。當(dāng)配制完水箱1中溶液后，將注液端的截止閥打開開始注液;在注液同時(shí)配制水箱2中的溶液，當(dāng)水箱1中阻化液注完時(shí)即打開水箱2的截止閥注液，并配制水箱1中溶液，如此循環(huán)作業(yè)，以保證注液能正常進(jìn)行。

2)注液系統(tǒng)

(1)注液系統(tǒng)主要設(shè)備的數(shù)量及規(guī)格如表1，注液系統(tǒng)布置如圖2所示。

表1 注液系統(tǒng)主要設(shè)備的數(shù)量及規(guī)格

圖1 綜采工作面注液孔布置示意圖

圖2 注液系統(tǒng)示意圖

3 新峪礦注氮?dú)馀菽罍缁鸺夹g(shù)效果分析

本工作面采用KSS－200型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［6－8］，按照?qǐng)D3所述方式布置溫度測(cè)點(diǎn)，對(duì)采空區(qū)內(nèi)氣體成份濃度、溫度進(jìn)行了測(cè)定，表2、3給出了1#、4#兩個(gè)測(cè)點(diǎn)在未采用注氮泡沫防滅火技術(shù)［2－3］情況下的測(cè)定結(jié)果。在采用注氮?dú)馀菽罍缁鸺夹g(shù)后，通過束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)得采空區(qū)內(nèi)布置測(cè)點(diǎn)的氣體成份濃度和溫度，表4、5給出了1#、4#兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)定結(jié)果。

表2 1#測(cè)點(diǎn)指標(biāo)氣體濃度及溫度

距工作面距離/m CO/ppm CO2/ppm CH4/ppm 溫度/℃50 7.66 433.62 2.86 33 60 9.82 439.08 2.83 34 70 11.37 451.29 2.79 35 80 12.68 467.73 2.74 36 90 11.35 472.50 2.80 36 100 11.59 465.62 2.82 36 110 12.71 469.96 2.88 36 120 13.10 468.14 2.87 36

圖3 束管鋪設(shè)示意圖

表2 4#測(cè)點(diǎn)指標(biāo)氣體濃度及溫度

表3 1#測(cè)點(diǎn)指標(biāo)氣體濃度及溫度

續(xù)表

表4 4#測(cè)點(diǎn)指標(biāo)氣體濃度及溫度

綜放工作面煤層預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)的應(yīng)用［5］，成功的防止了5110工作面和采空區(qū)的煤炭自燃，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，順利回收了全部煤炭資源。對(duì)比表1～4可以發(fā)現(xiàn)采取預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)后各測(cè)點(diǎn)在采空區(qū)可能自燃帶內(nèi)距工作面相同距離時(shí)溫度有明顯降低，降低幅度平均達(dá)到4℃ ～6℃，在達(dá)到未采取防滅火技術(shù)時(shí)的最高溫度時(shí)，距工作面距離推后約60～80m，預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)取得了非常好的應(yīng)用效果，大大降低了自然發(fā)火危險(xiǎn)性。

4 結(jié)論及建議

通過對(duì)新峪礦5110綜放工作面立體化的綜合防滅火技術(shù)的研究和實(shí)踐，得出如下結(jié)論:綜放工作面煤層預(yù)注阻化液防滅火技術(shù)是防治煤層內(nèi)因火災(zāi)的有效措施之一。該技術(shù)徹底解決了阻化液均勻覆蓋與包裹煤體的問題，即阻化液在破碎煤與外界空氣的接觸面上會(huì)形成一層液膜，通過物理化學(xué)作用阻止煤與氧接觸，達(dá)到防止氧化的目的，起到防止煤炭自燃的作用，而且采用高壓注入煤體法，阻化液不容易散失和風(fēng)干。與向空區(qū)內(nèi)的煤炭噴灑阻化液方法相比較，阻化效果顯著，具有推廣應(yīng)用前景。

［1］ 王浩，李劍鋒.注氮防滅火技術(shù)在三河尖礦的應(yīng)用［J］.山東煤炭科技，2008，(05):179，181.

［2］ 李勝杰，樊金志，張旺吉.淺談注氮技術(shù)在采空區(qū)防火中的應(yīng)用［J］.礦山機(jī)械，2008，(16):90 －91.

［3］ 王振平，王洪權(quán)，宋先明，等.惰氣泡沫防滅火技術(shù)在興隆莊煤礦的應(yīng)用［J］.煤礦安全，2004，(12):26－28.

［4］ 馬安強(qiáng)，郭媛.三相泡沫防滅火技術(shù)在彬長礦區(qū)的應(yīng)用［A］.煤礦安全工程實(shí)用技術(shù)新進(jìn)展［C］.2008.

［5］ 韓云龍.厚煤層綜采放頂煤工作面防滅火技術(shù)的探討［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2002，(04):33 －34.

［6］ 張辛亥，劉燦.綜放工作面采空區(qū)流場(chǎng)模擬及自燃危險(xiǎn)區(qū)域劃分［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(1):6 －9.

［7］ 李宗翔.炮采放頂煤采空區(qū)自燃發(fā)火的數(shù)值模擬應(yīng)用［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2006，27(6):35－39.

［8］ 中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).煤礦用氮?dú)鉁缁鸺夹g(shù)規(guī)范.MT/T 701－1997.