低瓦斯易自燃煤層防滅火技術(shù)

賀鵬飛

摘 ?要：我國(guó)是世界上煤炭資源最豐富的國(guó)家，而煤礦的資源的地質(zhì)特征也存在較大的差異。 由于煤層中的煤炭是一種易燃燒的物質(zhì)，因此，在煤礦實(shí)際的生產(chǎn)開采過程中安全問題是最為重要的問題。本文主要對(duì)低瓦斯易自燃煤層的防滅火問題進(jìn)行了分析，以期有效促進(jìn)煤礦的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：低瓦斯;易自燃煤層;防滅火;技術(shù)

引言

在我國(guó)煤礦生產(chǎn)開采的歷史上出現(xiàn)了很多瓦斯爆炸事故的，給煤礦的安全造成了嚴(yán)重威脅。近年來，我國(guó)在礦井自燃事故越來越重視，鑒于此，針對(duì)瓦斯易自燃煤層的防滅火技術(shù)研究也在不斷研究過程中，這對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)有非常重要的意義。

本文主要以陜西神木某煤礦的3-1煤層為例， 結(jié)合低瓦斯易自燃煤層的的相關(guān)研究， 對(duì)煤體的自燃發(fā)火機(jī)理以及煤層的自燃等級(jí)進(jìn)行了劃分， 針對(duì)某煤礦的 3-1煤層通過分析將其自燃等級(jí)確定的為Ⅰ類，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)該煤層的氣體與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行的分析，針對(duì)該煤礦的3-1煤層提出了一些常規(guī)的防滅火技術(shù)。

1.工程概況

某煤礦井田井田東西長(zhǎng)約10.2～10.5km，南北寬約4.5～5.9km，面積54.40km2。，可采煤層9層，自上而下編號(hào)依次為：1-2、2-2上、2-2、3-1、4-2上、4-2、4-3、5-1、5-2煤層。本文主要針對(duì)其中的3-1煤層中302盤區(qū)的30205工作面展開了研究，該工作面為長(zhǎng)壁垮落法綜采工作面，其中3-1煤層實(shí)際的厚度達(dá)到了2.48-3.41m，平均厚度為2.88m，煤層在礦井中的傾角處于 0?-1?的范圍內(nèi)，其平均傾角達(dá)到了 1?，3-1煤頂板局部地段為粉砂巖和薄層泥巖，裂隙不發(fā)育，抗壓強(qiáng)度549.2kg/cm2。占井田面積四分之三以上的地段，為中細(xì)粒砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)。部分地段于其下部有0.50m以下的炭質(zhì)泥巖或2～5m的粉砂巖，裂隙均不發(fā)育。細(xì)粒砂巖的抗壓強(qiáng)度305.4～581 kg/cm2;3-1煤層底板多為薄層泥巖、粉砂巖夾薄煤層，間接底板多為細(xì)粒砂巖，致密，裂隙極不發(fā)育，粉砂巖抗壓強(qiáng)度358.8～413.55 kg/cm2。

通過對(duì)該礦井的煤層進(jìn)行檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)， 該礦井是瓦斯礦井，其中3-1煤層主要是以中硬煤層為主，煤層中的灰分含量達(dá)到了14.54%，硫的含量達(dá)到了 0.24%，其煤塵具有爆炸性。因此，3-1煤層的工作面具有發(fā)生火災(zāi)的隱患，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步采取防治措施。

2.煤自燃等級(jí)鑒定

煤的自燃等級(jí)是進(jìn)行煤層自燃發(fā)火評(píng)價(jià)過程中非常重要的一個(gè)指標(biāo)。 在針對(duì)煤自燃多年的研究過程中， 形成了很多中鑒定煤自燃傾向性的方法， 但是在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛是的色譜吸氧鑒定法。 使用該方法鑒定煤自燃傾向性的主要原

理是：將一定量的干煤在置于 30℃以及 1.013×104Pa 的環(huán)境下測(cè)量其每克干煤中吸收氧的量， 并以此來對(duì)煤的自燃傾向性等級(jí)進(jìn)行劃分。煤的自燃傾向性等級(jí)分類如下表所示。

從3-1煤層中取樣后進(jìn)行過化學(xué)分析并鑒定其自燃傾向性等級(jí)。最終的結(jié)果如下表 2 所示。

3.煤自燃特性測(cè)試

為更好的針對(duì)煤自燃選取合適的防滅火技術(shù)，本文中通過實(shí)驗(yàn)對(duì)3-1煤層煤樣進(jìn)行了升溫實(shí)驗(yàn)，主要分析了3-1煤層不同溫度下生成易燃?xì)怏w一氧化碳、乙烯、 乙炔等可燃?xì)怏w的變化規(guī)律，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示來結(jié)合煤礦具體環(huán)境選擇最為合理的防滅火技術(shù)。

3.1 ?實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

實(shí)驗(yàn)所用升溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中主要的設(shè)備包括控溫箱、流量計(jì)以及氣樣分析儀等。該系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理是首先將3-1煤層的煤樣置于其控溫箱中進(jìn)行加熱，并采集分析煤樣在不同溫度時(shí)產(chǎn)生的氣體含量，升至最高溫度后， 停止加熱自然降溫。

3.2 ?測(cè)試結(jié)果分析

本次實(shí)驗(yàn)過程中主要選取的是某煤礦3-1煤層的煤樣，在煤樣實(shí)驗(yàn)前將煤表面的氧化層進(jìn)行了處理， 煤樣主要選取是經(jīng)過嚴(yán)格篩選的直徑為 0.5-1mm 范圍內(nèi)的煤炭顆粒 100g 。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，分析可燃?xì)怏w濃度變化可知，3-1煤層煤樣中的乙烯、乙炔、一氧化碳等可燃?xì)怏w的濃度在溫度的從 30℃-200℃的不同階段呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)。溫度處于 30℃常溫階段時(shí)，開始生成少量的一氧化碳?xì)怏w， 隨著溫度不斷升高， 煤樣的氧化反應(yīng)也在不斷加劇，當(dāng)溫控箱的溫度達(dá)到100℃以上的時(shí)候，一氧化碳的濃度開始急劇增加，同時(shí)產(chǎn)生少量的C2H4氣體，當(dāng)溫控箱的溫度達(dá)到90℃以上的時(shí)候，產(chǎn)生少量的C2H6氣體，130℃時(shí)出現(xiàn)了C3H8，且濃度隨溫度成指數(shù)增加趨勢(shì)，CO氣體在60℃出現(xiàn)，并在低溫階段生成量較小，但在80℃開始劇烈增加，說明開始迅速氧化，C2H4在100℃出現(xiàn)，說明煤與氧氣發(fā)生了劇烈氧化。

4綜合防滅火技術(shù)

4. 1 漏風(fēng)封堵技術(shù)

漏風(fēng)封堵技術(shù)主要使用通過改性的納米彈性材料涂刷、水泥噴漿或者泡沫噴漿等方法將煤層的關(guān)鍵位置實(shí)施封堵，從而達(dá)到減少或斷絕采空區(qū)易燃煤體氧氣提供的目的。這樣就可以有效的封堵通風(fēng)通道，避免采空區(qū)內(nèi)高溫火點(diǎn)發(fā)生復(fù)燃現(xiàn)象。

4. 2 惰化技術(shù)

惰化技術(shù)主要是將惰性氣體或者惰性泡沫等物質(zhì)注入火災(zāi)區(qū)域，稀釋氧氣的濃度從而將火源隔離起來，以此來達(dá)到滅火的目的。原理為：將惰性氣體或惰氣泡沫充填入發(fā)火區(qū)域，可以迅速降低發(fā)貨火區(qū)域的蔓延，有效隔斷發(fā)火區(qū)域，還可以迅速窒息火源。但若煤體煤質(zhì)比熱容較大，則使用惰性氣體和惰氣泡沫對(duì)發(fā)火區(qū)的控制效果不好，滅火時(shí)間長(zhǎng)且容易發(fā)生復(fù)燃現(xiàn)象。

4. 3 煤體阻化技術(shù)

煤體阻化技術(shù)目的是通過一些技術(shù)手段，有效降低煤的氧化活性，阻止煤體與氧氣發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，此技術(shù)采用的技術(shù)手段有：噴注霧化阻化劑、惰化阻化劑或 氯化鈣、氯化鎂等。原理為：當(dāng)氯化鈣、氯化鎂溶液附著于煤上時(shí)，會(huì)形成一張液體薄膜， 可以有效的阻止煤體與氧氣發(fā)生反應(yīng);當(dāng)惰化阻化劑所處環(huán)境的溫度超過一定值時(shí)，阻化劑開始吸收熱量，進(jìn)而氣化，產(chǎn)生惰性阻化氣體，阻止煤體與氧氣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到防滅火的作用。

4. 4 膠體防滅火技術(shù)

膠體防滅火技術(shù)是新近出現(xiàn)一種煤層防滅火技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用膠體泥漿、 凝膠等膠體物質(zhì)將礦井中水等容易流動(dòng)的溶液在指定的位置發(fā)生凝結(jié)，生成膠體將發(fā)火區(qū)域包裹，并且膠體在一千攝氏度環(huán)境下仍然不會(huì)較快的氣化，反而會(huì)隨著水分的蒸發(fā)逐漸萎縮，滅火效果非常明顯。

5.總結(jié)

總之，火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害事故之一，煤礦井下由于空間限制，一旦發(fā)生火災(zāi)損失往往是很嚴(yán)重的; 煤層自燃是煤礦發(fā)生火災(zāi)的主要因素， 采取得力措施預(yù)防煤層自燃發(fā)火是防止煤礦火災(zāi)的有效途徑。

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