沿空掘巷防治煤層自然發(fā)火技術(shù)探討

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沿空掘巷防治煤層自然發(fā)火技術(shù)探討

李亞斌1，于強(qiáng)2

(1.內(nèi)蒙古利民煤焦有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂克托旗016064；

2.鄭州煤炭工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 告成煤礦，河南登封452477)

摘要礦井火災(zāi)是煤礦的重大自然災(zāi)害之一，根據(jù)引火熱源不同分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)。外因火災(zāi)的火焰一般在燃燒物的表面，如果能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救，是容易熄滅的，而內(nèi)因火災(zāi)比較隱蔽，經(jīng)常發(fā)生在人們難以進(jìn)入的采空區(qū)或煤柱內(nèi)。礦井采用留窄煤柱沿空掘巷時(shí)由于周邊煤體卸壓，形成漏風(fēng)通道，封閉不嚴(yán)易導(dǎo)致漏風(fēng)，存在自燃隱患，如不及時(shí)治理會(huì)引起礦井火災(zāi)。利民煤礦通過(guò)分析發(fā)火原因，采取均壓通風(fēng)、注黃泥漿、噴漿封閉及注羅克休等綜合防滅火技術(shù)，取得了良好的防治效果。

關(guān)鍵詞沿空掘巷；煤層；自然發(fā)火

收稿日期：2014-12-07

作者簡(jiǎn)介：李亞斌(1985—)，男，山西大同人，2010年畢業(yè)于華北科技學(xué)院，助理工程師，主要從事煤礦“一通三防”技術(shù)管理工作

中圖分類號(hào)：TD75+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)01-0031-03

AbstractMine Fire is one of the major natural disasters in coal mine, according to heat source the fire is divided into external and internal fire. The flame of external fire is on the surface of things in general, it is easy to extinguish if discovery and remedy in time. But internal fire is covert, it often occurs in goaf or coal pillar where difficult to enter. Hidden danger of spontaneous combustion exists when Gob-side entry driving with a narrow pillar if treatment is not timely, because of surrounding coal pressure relief, air leakage passage formation and tender sealing lead to air leakage. Limin coal mine analyzes the cause of coal combustion, adopts comprehensive fire prevention and control technology such as pressure balancing ventilation, yellow slurry injection, whitewashing sealing and injecting rockshow, it achieves good control effect.

利民煤礦于1991年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力150萬(wàn)t/a，通風(fēng)方式為混合式，通風(fēng)方法為抽出法，其中主井、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井和北翼風(fēng)井回風(fēng)。礦井主采二1煤層，平均煤厚5 m，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，爆炸指數(shù)為14.17%，煤層自然發(fā)火傾向等級(jí)為不易自燃。由于礦井普遍采用留窄煤柱沿空掘巷，其回采巷道沿煤層底板布置，隨著巷道向前掘進(jìn)，巷道周邊煤體卸壓，有時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)一些形態(tài)各異、相互聯(lián)通的裂隙和孔隙，而使其封閉性被破壞，與外部通風(fēng)巷道形成復(fù)雜的難以察覺(jué)的漏風(fēng)通道，久而久之，其中破碎的煤體將發(fā)生前期很難檢測(cè)到的、危害較大的自燃隱患，甚至發(fā)生火災(zāi)事故。

煤炭自燃是我國(guó)礦井的重大災(zāi)害之一，長(zhǎng)期以來(lái)嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益[1]，通過(guò)對(duì)巷道掘進(jìn)和回采過(guò)程中采空區(qū)遺煤自燃和發(fā)火原因進(jìn)行分析，有針對(duì)性地采取措施，達(dá)到根治自燃隱患，防治自燃火災(zāi)的目的。

1工作面概況

利民煤礦21031下副巷沿空掘進(jìn)巷道于2010年10月開(kāi)始掘進(jìn)，凈斷面13 m2，采用36#U型鋼支護(hù)，棚距0.5 m，其下部是21041工作面采空區(qū)，掘進(jìn)工作面布置情況見(jiàn)圖1.

圖1　21031下副巷巷道布置示意圖

21041工作面采空區(qū)為未壓實(shí)采空區(qū)，在其中存在大量的相互貫通的空洞和空隙，在21031下副巷掘進(jìn)過(guò)程中，由于巷道與21041采空區(qū)只有不足2 m的留煤柱間隔，隨著21031下副巷的掘進(jìn)，巷道周邊煤體卸壓，鄰21041工作面巷幫出現(xiàn)較高溫度，部分地段涌出CO，最高達(dá)50×10-6.

2煤層自然發(fā)火機(jī)理概論

1951年蘇聯(lián)學(xué)者維謝洛夫斯基等人提出，煤的自燃是氧化過(guò)程自身加速發(fā)展的結(jié)果，這種氧化反應(yīng)的特點(diǎn)是分子基鏈反應(yīng)[2]，即煤炭在生成過(guò)程中，形成了許多含氧游離子，如羥基(OH)和羧基(COOH)等。常溫下，煤從空氣中吸附氧，只能與這些游離基反應(yīng)，并且生成更多的穩(wěn)定性不同的游離基，此時(shí)既觀測(cè)不到煤體溫度的變化，也看不到其周圍環(huán)境溫度的上升。煤的氧化過(guò)程比較緩慢，但的確在發(fā)生變化，如重量略微增加，著火溫度下降，化學(xué)活性增強(qiáng)。這個(gè)階段通常稱為煤的自燃潛伏期。

經(jīng)過(guò)潛伏期后，煤的氧化速度加快，不穩(wěn)定的氧化物分解成水、二氧化碳和一氧化碳，氧化產(chǎn)生的熱量積聚使得煤體溫度繼續(xù)升高，超過(guò)其自燃的臨界溫度(60～80℃)之后，煤體溫度上升急劇增加，氧化過(guò)程加快，開(kāi)始出現(xiàn)煤的干餾，生成碳?xì)浠衔?CH)、氫(H2)及一氧化碳(CO)等可燃?xì)怏w，這是煤的自熱期。

在21031下副巷掘進(jìn)過(guò)程中，毗鄰未壓實(shí)采空區(qū)一側(cè)漏風(fēng)嚴(yán)重，21041工作面采空區(qū)又具有聚熱條件，自熱期的發(fā)展有可能使煤體溫度上升到著火溫度(300～500℃)而導(dǎo)致自燃，即引發(fā)煤炭自燃而進(jìn)入燃燒期。

3自然發(fā)火防治

3.1均壓通風(fēng)

均壓通風(fēng)就是利用風(fēng)窗、局部通風(fēng)機(jī)和連通管等調(diào)壓設(shè)施，改變漏風(fēng)區(qū)域的壓力分布，降低漏風(fēng)壓差，減少漏風(fēng)，其主要目的是阻止或杜絕松散煤體氧氣的供給，從而降低自燃危險(xiǎn)程度，實(shí)現(xiàn)防止自燃的目的[3]，21031下副巷掘進(jìn)期間，在21031下副巷回風(fēng)側(cè)設(shè)置1處控制風(fēng)門，位置在21041老切巷向外30～40 m處。調(diào)節(jié)風(fēng)門設(shè)2道，均為單扇門，門板高1.1 m×寬0.8 m，門扇向里開(kāi)啟，2道風(fēng)門間距8 m左右，風(fēng)門墻體用磚和黃泥砌筑，墻體厚度370 mm，墻體砌成后四周用黃泥抹嚴(yán)，風(fēng)門墻體風(fēng)筒幫設(shè)1個(gè)d600 mm鐵風(fēng)筒，風(fēng)筒通過(guò)鐵風(fēng)筒繼續(xù)向掘進(jìn)頭供風(fēng)，2道墻體另設(shè)3個(gè)d600 mm調(diào)節(jié)風(fēng)窗，并在里側(cè)安設(shè)推拉板，用來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)均壓通風(fēng)，防止采空區(qū)向掘進(jìn)工作面漏風(fēng)。風(fēng)門建成后，掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛扔?.42%降低到0.26%，漏風(fēng)地段巷幫瓦斯?jié)舛冉抵?%以下，溫度23℃.均壓通風(fēng)防滅火示意圖見(jiàn)圖2.

圖2　均壓通風(fēng)防滅火示意圖

3.2控制采空區(qū)漏風(fēng)

由于21031下副巷緊隨21041采空區(qū)掘進(jìn)，為防止21041工作面向采空區(qū)漏風(fēng)，在進(jìn)行均壓通風(fēng)的基礎(chǔ)上，在21041工作面上、下隅角吊掛風(fēng)障，上隅角向上幫拐5 m，下隅角向下幫拐3 m，然后在風(fēng)障外垛2層煤袋，在上隅角煤袋后再吊掛1道風(fēng)障。另外，在回風(fēng)隅角2道煤袋墻之間使用羅可休進(jìn)行注漿封閉， 形成1個(gè)寬2 m的采空區(qū)隔離帶，阻止風(fēng)流向采空區(qū)擴(kuò)散。

3.3吸熱降溫措施

該措施主要是在21031下副巷向采空內(nèi)施工鉆孔，利用鉆孔向采空區(qū)內(nèi)注黃泥漿。主要目的是降低高溫煤體溫度，增加煤的外在水分，減緩其氧化進(jìn)程，徹底熄滅高溫火區(qū)，同時(shí)泥漿中的沉淀物將碎煤包裹起來(lái)，隔絕了其與空氣的接觸，沉淀物充填于浮煤和冒落的巖石縫隙之間，堵塞漏風(fēng)通道，減少漏風(fēng)。具體做法是在21031下副巷掘進(jìn)過(guò)程中，利用防突鉆機(jī)沿采空區(qū)側(cè)巷幫每3 m施工1個(gè)注漿孔，鉆孔與巷幫垂直，距巷底1～1.3 m，孔深穿過(guò)窄煤柱進(jìn)入采空區(qū)0.5～1 m，孔內(nèi)安設(shè)d25 mm鋼管，在鋼管前端1 m范圍內(nèi)加工10個(gè)左右d10 mm小孔，在鋼管外安設(shè)閘閥，同時(shí)下入不小于1 m的套管，套管采用聚氨樹(shù)脂封孔。注漿示意圖見(jiàn)圖3.

圖3　 注漿示意圖

注漿設(shè)備采用3NB320-118/3-8-30型往復(fù)泥漿泵和攪拌桶， 注漿材料采用黃泥漿，水土比為4∶1. 單孔注漿時(shí)間不超過(guò)2 h，注漿期間安排專人對(duì)21041上副巷和21031下副巷(北段)巡回檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)相鄰鉆孔出現(xiàn)反漿現(xiàn)象或者21041上副巷、21031下副巷(北段)頂板出現(xiàn)淋水、掉碴等情況時(shí)，即停止注漿。

3.4加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查

均壓通風(fēng)過(guò)程中，安排專人對(duì)局部通風(fēng)機(jī)管理，風(fēng)機(jī)不得隨意停開(kāi)單、雙極運(yùn)行，保持21031下副巷(北段)和21041工作面風(fēng)量不變，安排專職瓦檢工檢查兩地點(diǎn)通風(fēng)、瓦斯和其他有害氣體情況；注漿后安排人員對(duì)21041上、下副巷和21031下副巷(北段)進(jìn)行測(cè)壓，分析注漿效果；在21031下副巷每間隔50 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢查CH4、CO、CO2、O2等氣體濃度和溫度，每班檢查不少于3次，每3天對(duì)測(cè)點(diǎn)取樣化驗(yàn)一次。

3.5其它措施

自掘進(jìn)工作面向外100 m范圍內(nèi)以中線為準(zhǔn)對(duì)采空區(qū)側(cè)幫、頂進(jìn)行噴漿，在掘進(jìn)過(guò)程中，揭露21041工作面采空區(qū)的地點(diǎn)(包括鉆場(chǎng))，必須對(duì)巷道進(jìn)行噴漿封閉，要求噴漿必須嚴(yán)實(shí)，不能出現(xiàn)空洞、裂隙，減少采空區(qū)漏風(fēng)。

4 綜合效果

1) 采取防滅火綜合技術(shù)后，21031下副巷掘進(jìn)過(guò)程中溫度保持在20～24 ℃，掘進(jìn)工作面回風(fēng)中瓦斯?jié)舛茸罡?.22%；通過(guò)對(duì)21031下副巷設(shè)點(diǎn)觀察和檢查，至21031下副巷貫通時(shí)，各種氣體指標(biāo)均正常，沒(méi)有發(fā)生自然發(fā)火現(xiàn)象。

2) 通過(guò)采取綜合防滅火措施，消除了自然發(fā)火隱患，確保了礦井安全生產(chǎn)，同時(shí)為該區(qū)域人員的生產(chǎn)活動(dòng)創(chuàng)造了有利環(huán)境，確保21031下副巷按時(shí)貫通。

3) 通過(guò)在21041工作面上、下隅角吊風(fēng)障、垛煤袋、埋管注漿及注羅可休，有效地降低了采空區(qū)漏風(fēng)量，減少了高溫現(xiàn)象，杜絕了火災(zāi)的發(fā)生，采取的防滅火措施效果比較明顯。

5結(jié)語(yǔ)

利民煤礦在沿空掘巷過(guò)程中，通過(guò)分析老巷或采空區(qū)易發(fā)火原因，從切斷連續(xù)供氧漏風(fēng)通道入手，采取均壓通風(fēng)、預(yù)注黃泥漿、吊掛風(fēng)障、垛煤袋、噴漿封閉及注羅可休等綜合防火措施，有效阻止了松散煤體的氧氣供給，從而降低了自燃危險(xiǎn)程度。對(duì)于煤層沿空掘巷過(guò)程中防止煤層自然發(fā)火，保證安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣春林，楊勝?gòu)?qiáng)，宋萬(wàn)新，等.煤氧化過(guò)程中指標(biāo)性氣體的確定[J].煤礦安全，2012(10):185-187.

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Discussion on Prevention and Control Coal Seam Spontaneous

Combustion Technology in Gob-side Entry Driving

LI Yabin, YU Qiang

Key wordsGob-side entry driving; Coal seaml; Spontaneous combustion

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·