特厚自燃煤层放顶煤工作面综合防火技术研究与应用Word下载.docx
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特厚自燃煤层放顶煤工作面综合防火技术研究与应用Word下载.docx
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工作面选用119架放顶煤液压支架。
采高3.2m,放顶煤高9.63m,采用全部垮落法管理采空区顶板。
通风方式为全负压U型通风,正常生产时风量为660m3/min,工作面支架回收采用局部通风机通风时,风量控制在350m3/min左右。
虽然厚煤层放顶煤工作面具有高产、高效、低耗等优点,但是由于这种采煤方法的开采强度大,采空区遗留残煤多,冒落高度大,漏风较多。
三、详细科学技术内容
(一)、回采工作面面等风量控制和均压防灭火
通过对***进风巷和回风巷的温度进行测量,根据查理.给吕萨克定律:
定压定量的气体其体积和绝对温度成正比,即Vt=V0+V0/273×
t.温度每增减1℃,气体体积会增减其0℃时体积的1/273,依据此定律对进回风巷道的温度和回风巷的调节风窗进行风量控制和调节,达到均压目的确保采面的风量保持稳定,减少老塘漏风对采空区的扰动。
(二)、火灾束管监测系统的应用
在未安装束管监测系统前,我矿监测采空区气体变化的主要手段是人工监测,但人工监测具有滞后性、误差大的局限性,不能及时准确地对采空区气体变化情况随时监测,采用火灾束管监测后,可以随时对采空区内任一范围内的气体进行取样分析,大大提高了气体监测的准确性和及时性。
火灾束管监测系统是借助束管将采面老塘内的气体经抽气泵负压抽取、汇总到地面指定采气室,同时对***工作面上下隅角铺设束管,风巷和运巷各布置3根90米长束管随着工作面的回采交替铺设,然后人工抽取气样送往地面用JSG-7气相色谱仪分析化验,通过束管和人工取样,实现对CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2和N2等气体含量的监测,充分利用先进的技术和设备,重点监测采空区氧化带的分布状态和气体变化情况;
做好煤层自燃发火的预测预报工作。
为防止铺设和预埋的束管被冒落的矸石砸坏,在束管的外面加设直径为6分的铁管作为保护套。
(三)、使用MA矿用防灭火剂进行喷注阻化
***工作面推进后,采空区内存在少量浮煤,煤体的自然堆放存在裂隙,使用水、MA矿用防灭火剂、MA矿用防灭火发泡剂制成的混合浆液,使用普通风泵为注浆提供动力,喷射器加压发泡,喷射器发泡产生大量的高分子阻化泡沫,可以形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面,充填煤柱内部裂隙,利用阻化剂溶液喷洒在煤的表面或压注到煤体内,在煤表面形成一层含水液膜,阻止煤氧接触复合。
降低煤在低温时的氧化速度,延长煤的自燃发火期,从而降低煤的氧化活性,减少了煤的氧化放热量。
浆液配比要求:
在正常生产期间浆液配比为MA矿用灭火剂5‰-10‰,发泡剂比例为8‰-10‰;
在缓慢推进或停产期间浆液配比为MA矿用灭火剂8‰-10‰,发泡剂比例为8‰-10‰。
高分子阻化泡沫的工艺流程图
高分子阻化泡沫
注浆管路选用直径为19mm铁管,3米一根,注浆管分为花管和续管。
花管前段为尖头,前1.5米均匀布置流液孔;
接管前后端带接口,能够与花管连接,并通过高压胶管与喷射器连接。
注浆孔布置:
上、下隅角均成扇形布置三个孔,上隅角沿垂直于煤壁向下偏10°
、20°
、30°
,下隅角沿垂直于煤壁向上偏10°
;
孔深8-10米。
工作面架后孔垂直于煤壁,每隔5米一个孔,孔深3-5米。
注浆要求浆液搅拌均匀,注严注透,直至不能注浆或从其他相邻孔流出浆液为止,作业循环为每天检修班喷注阻化剂泡沫,中班、夜班正常生产。
除对上下隅角和架后老塘注浆孔注浆外,在工作面推进过程中,当架后浮煤过多时,必须及时进行清理,并使用压力泵喷洒MEA-1防灭火剂,对架后老塘进行阻化,延缓氧化带的氧化时间。
在工作面缓慢推进和停产期间,在上下隅角打设煤袋墙,每隔20米打设1道,封堵采空区,减少漏风,煤袋墙使用现场取煤,煤块直径不宜大于2cm,用水和灭火剂将碎煤拌匀装袋,打设成煤袋墙,在煤袋墙外部设置挡风帘,煤袋墙和挡风帘的施工方式如图所示:
首先沿底板铺设风帘布,如下图中
(1)所示,而后在风帘布上垒设碎煤袋子,之后将风帘紧贴袋子墙吊起(2图),把风帘布的另一端利用铁丝挂设在巷道顶板的锚网上(3图),这种方式施工的袋子墙具有更好的堵漏效果。
同时还要加强监督管理,每班规定专人对挡风墙的质量和挡风帘的悬挂位置进行视察,如出现煤袋墙上部不接顶等漏风现象立即组织人员堵漏。
(1)
(2)
(3)
煤袋墙和挡风帘施工方式示意图(沿工作面走向垂直剖面)
(四)、开区托管注氮防灭火
我矿在副井口东北侧,建有制氮房。
制氮机分别是一台DM-1000矿用膜分离制氮机,一台DM-600矿用碳分子筛制氮机。
注氮主管和支管均为4寸,主管由制氮机引出后沿主斜井坡至主斜井坡底。
在工作面运巷提前埋入注氮管,注氮管总长30米,为3寸特制钻杆,埋入深度为20米,钻杆外漏10米。
在4寸注氮管上安装闸阀,以控制氮气的注氮量,运巷注氮管与特制钻杆通过高压胶管连接,并将钻杆固定在转载机上,工作面正常生产期间,注氮管路随着转载机的移动向外撤,在整个注氮过程中钻杆始终保持20米在采空区内,随着工作面的推进对采空区实施开区托管注氮。
钻杆出口加设木垛保护注氮口,管路以90°
弯管拐向采空区,与工作面平行,氮气释放口应高于底板。
采空区在注入氮气后,惰化采空区内气体,造成低氧状态,在开放性注氮出口处的变化最大,氧气含量显著下降,采空区三带(冷却带、氧化带、窒息带)发生明显变化,氮气加快了采空区氧化带向窒息带的转化,使采空区氧化带提前进入窒息带,降低氧化速度减少了采空区煤氧化自燃的机会。
采空区受工作面通风负压的作用,从进风顺槽至回风顺槽必然形成漏风通道,向采空区注入氮气,必然沿着漏风通道而大量泄漏将使采空区内冷却氧化带加宽,影响惰化效果需采取一定的封堵措施减少漏风量,才能以较少的注氮量达到较好的惰化效果,因此采空区注氮配合煤袋墙及上下隅角风障,可以更好地发挥采空区注氮的作用,达到防火的目的。
(五)、工作面老塘灌注黄泥浆防灭火
1、黄泥灌浆方法及适用条件:
我矿地面建有黄泥灌浆站,采用预埋管路对工作面采空区老塘进行随采随灌的预防性灌浆方法。
***工作面在回采之前,将4寸灌浆管路从回风顺槽接至距切眼20米处,当工作面推进40米后,开始对采空区老塘进行预防性灌浆充填,一旦开始必须连续灌浆,注浆量约为4711m3,灌浆工作要在6天内完成,每天3班,每班灌浆量为262m³
,每20米充填段完成充填后,使用回柱绞车将已采区内的20米管路拉出,重复利用,不能拉出时要及时在采面处拆断,以此类推。
冒落区域内的管路口采取架设临时木垛的保护管路,防止管路被冒落的矸石砸坏。
当工作面为仰采时效果较好,工作面为俯采时效果较差。
2、在未采用黄泥灌浆前,当工作面采空区或旧巷发生自燃时,通常采用注高水材料或化学浆液,但高水材料或化学浆的成本高用量大,使用黄泥灌浆可以大大节约成本,效果明显。
3、黄泥灌浆工艺流程:
通过地面黄泥灌浆站制浆,由灌浆泵将浆液输送到回风井井筒灌浆管到井下灌浆管路,最后到达采空区或灌浆地点。
4、灌浆量计算
(1)、用土量:
Q土=KmLHC
=0.03×
12.83×
180×
20×
0.85=1178(m3)
式中:
K:
灌浆系数,泥浆的固体材料体积与需要灌浆的采空区空间容积之比,对于预防性灌浆一般取3%-12%,金地公司根据13#煤层的顶板岩性确定灌浆系数取0.03
m:
煤层开采厚度(m);
L:
灌浆区走向长度(m);
H:
灌浆区倾斜长度(m);
C:
煤炭回收率,%;
(2)、用水量:
Q水=KQ土δ=1.1×
1178×
3=3887(m3)
式中K:
用于冲洗管路防止堵塞的备用系数,一般取1.10~1.25;
Q土:
用土量;
δ:
土水比的倒数,为3;
(3)、充填的泥浆量:
Q泥浆=(Q土+Q水)×
M=(1178+3887)×
0.93=4711(m3)
式中M:
泥浆制成率,取0.93;
5、充填方法
(1)、在***工作面在回采之前,将4寸灌浆管路从回风顺槽接至距切眼20米处,当工作面推进40米后,开始对采空区老塘进行预防性灌浆充填,一旦开始必须连续灌浆,注浆量约为4711m3,灌浆工作要在6天内完成,每天3班,每班灌浆量为262m³
冒落区域内的管路口采取架设临时木垛的保护措施,防止管路被冒落的矸石砸坏,临时木垛的间距根据实际情况确定,但不得少于4个。
(六)、其他常规防灭火方法的综合使用
加快采面月推进度,使采空区自热源难于形成,尽量保证工作面推进度不低于80m;
提高工作面回采率,保证采高减少采空区丢煤浮煤;
上下隅角强制放顶,保证采空区冒落充分;
上下隅角打设风障,风障要求长度不宜小于20米,打设严密上封下堵,减少向采空区漏风;
工作面合理配风,严格控制风量,杜绝风量过剩;
地面塌陷区填缝,杜绝向井下采空区漏风。
四、主要发现、发明及技术创新点
1、防灭火混合浆液注入工作面采空区后,包裹遗留浮煤,减少煤体的暴露面和孔隙率,降低采空区温度,减缓煤氧化反应速度。
2、开区托管注氮,能够降低采空区氧化带氧气浓度,使采空区惰化;
降低采空区温度,有效阻止采空区媒体自燃。
3、黄泥灌浆能够使采空区煤体与空气隔绝,堵塞漏风渠道同时起到吸热降温的作用。
五、与当前国内外同类研究、同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较。
为防治煤炭自燃,近年来国内外广泛采用灌浆、喷洒阻化剂、注惰性气体等技术,但在开采自燃发火期比较严重的特厚自燃煤层中,在当今国内还没有一套行之有效的放灭火方案。
故根据我矿煤层自燃特性,对综合防灭火技术展开研究与应用,即通过等风量均压控制、束管监测、老塘灌注黄泥浆和采空区喷注阻化剂等综合防灭火技术手段,达到控制采空区自然发火的发展态势,取得了较好的效果;
并通过创新采用托管注氮、分段黄泥灌浆不但取得良好的放灭火效果,而且节省了材料成本,达到国内先进水平。
六、应用情况
该课题先后应用于***、***、***、***工作面,通过采用综合防灭火技术后,以上工作面均没有发生采空区煤炭自燃事故,实现了采面的顺利回收和接替工作面的正常生产。
七、经济效益和社会效益
(一)、经济效益:
在自燃矿井,特厚煤层放顶煤工作面防灭火投入都是很大的,因不直接产生经济效益,在此结合其他自燃矿井防灭火投入作比较。
开区托管注氮:
按照工作面走向长577m计算,所埋30米钻杆,120元/米,合计0.36万元;
人工为2人一班完成,180元/班,合计0.036万元,总计0.396万元;
如果像其他单位进行预埋管路注氮,577米共需埋设4寸管路97根,按照1000元/根计算,合计9.7万元;
人工按照每班5人接15根,200元/班,合计2.94万元,总计12.64万元。
故我矿开区托管注氮节省成本12.64-0.396=12.244万元
黄泥灌浆防灭火:
按照工作面走向长577m计算,如果像其他单位进行预埋管路注浆577米共需埋设4寸管路97根,按照1000元/根计算,合计9.7万元;
我矿灌浆管路可重复利用,故黄泥灌浆节省成本12.64万元。
故从经济效益计算为12.244+12.64=24.884万元。
(二)、社会效益:
通过实施特厚自燃煤层放顶煤工作面综合防灭火技术,防灭火工作取得了显著效果,保证特厚自燃煤层放顶煤工作面正常生产,支架和设备的顺利回收工作,实现了矿井的安全高效生产。
八、推广及应用前景
该项目的完成,为类似自燃煤层的开采提供了经验,在同行业具有较高推广应用价值,并取得了明显的经济和社会效益,达到了国内先进水平。
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- 自燃 煤层 放顶煤 工作面 综合 防火 技术研究 应用