易自燃煤层131煤停产检修期间综合防灭火措施的应用总结.docx
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易自燃煤层131煤停产检修期间综合防灭火措施的应用总结
13-1煤综合防灭火技术在矿井停产检修期间
成功应用总结
国投新集二矿抽排区
牛多雨
一、引言
新集二矿13-1煤属易自燃煤层,煤成黑色、鳞片状~碎块状、松软,内生裂隙较发育,最短发火期为20天,采用悬移支架放顶煤开采技术,巷道掘进时易形成高冒区,防灭火管理难度大,按照矿井生产计划,于8月13日-8月28日对矿井停产检修,为保证检修期间矿井防灭火安全,抽排区采取了综合防灭火技术,并且取得了成功,对易自燃煤层长时间停产综合防灭火技术的应用总结了宝贵的经验。
二、矿井概况
新集二矿位于凤台县城西14km,位于颍凤勘探区中段,西临新集一矿,东临新集三矿。
井田东西走向长约6km,南北宽5km.1993年7月开始破土动工,1996年10月正式投产,设计能力300万吨/年。
矿井各开采煤层均具有自然发火倾向性,其中13-1煤的自然发火期较短,最短为20天,自燃倾向等级为
级。
矿井采用中央并列式通风,主井、副井进风,中央风井回风。
三、工作面概况
目前13-1煤有一个回采工作面(111302面)和两个掘进工作面(111310面和131309面),111302工作面所属煤层为13-1煤,平均厚度为7.4m,气煤,总体倾角-16°~21°,平均为10°,煤层结构为黑色、鳞片状~碎块状,内生裂隙较发育、构造裂隙发育,局部裂隙充填黄铁矿膜,以亮煤为主,属半亮型煤。
111310面和131309面围面期间,将穿过111308面多条老巷,整个回采期间均贯穿老111308机巷。
受巷道贯通影响,东翼13煤区域采空区将与中央13煤区域采空区大联通,防灭火形势十分严峻。
四、综合防灭火技术
1、测温技术:
利用温度计和测温枪,通过检测煤壁和空气温度来判断煤炭自燃程度进行早期预防。
2、气体分析技术:
待检地点实取气样通过色谱仪进行分析,热解释放出碳氢类气体,通过是否含有自然发火标准性气体C2H2和C2H4进行判定。
3、束管检测技术:
对风机巷分别布置一路直径为8mm监测束管,24h不间断监测工作面上隅角至采空区15-30m范围内的气体成分变化情况。
4、注灭火剂技术:
通过大功率充填泵对采空区及工作面捣杆注防灭火I号,消除自燃发火隐患。
5、注瑞米充填料技术:
通过多功能双液注浆泵压注树脂和催化剂的混合料,在压力的作用下使混合料注入煤体内,进而快速反应达到加固、堵漏的目的。
6、灌浆技术:
利用地面制浆站,通过管路对采空区灌浆,湿润煤炭阻止煤体氧化。
7、注氮技术:
对CO异常地点进行注氮,惰化气体,降低煤体稳定,抑制煤体自燃。
8、堵漏技术:
工作面上、下隅角通过施工黄泥挡墙并用注瑞米充填II号进行充填,减少采空区漏风量。
9、注浆技术:
对工作面风机巷CO超过200ppm,氧气浓度大于8%的高冒点进行复喷后注水泥浆进行加固,通过高压将水泥压注到煤层裂缝内,达到充填裂隙阻止煤体氧化的目的。
五、综合防灭火技术措施的落实
(一)回采工作面
1、合理配风,降风减漏措施
矿井停产检修期间,合理有效地调整111302工作面的通风系统,减少向采空区漏风。
根据工生产需要,将工作面进风量由600m3/min降至300m3/min,通过降风改变工作面漏风区域的压力分布,从而达到抑制遗煤自燃的目的。
图1111302工作面矿井检修期间通风系统示意图
2、工作面上、下隅角封堵漏风措施
在矿井检修前,工作面上、下隅角每隔2m用阻燃抗静电编织袋装煤矸垒设成墙,每隔10m用黄泥施工一道密封墙,分段封闭,逐段封堵,墙体施工好后对墙体内注入瑞米充填II号,以达到充填裂隙减少漏风目的。
矿井检修前预留2m煤柱不放顶煤,降低煤体破碎程度,隔绝采空区漏风通道。
3、工作面采空区侧安设捣杆进行防火观测措施
111302工作面倾斜长92m,为了及时准确掌握工作面采空区内的情况,沿工作面全长每隔5m布置一组捣管,长度分别为6m、4m、2m,采用不同长度的防火捣管对采空区4~6m范围内气体进行取样检测,捣管布置示意图见附图,观测捣杆采用直径6分的钢管且顶端侧壁留有小孔,用于观测采空区气体成分,并通过捣管向采空区注氮、注灭火剂等防灭火材料。
图2111302工作面捣杆布置示意图
4、温度检测措施
通过捣杆利用温度计检测上下隅角采空区及切眼煤体内气体温度,利用测温枪测量煤壁及空气温度,对测量数据前后进行比对。
同时在回风巷内安设一氧化碳、温度传感器,随时监测空气中一氧化碳和温度变化情况。
5、束管监测措施
工作面检修前在111302风巷分别布置两路直径为8mm监测束管,两路束管采样器间隔15m,风巷沿上帮铺设至工作面上隅角处,直至进入工作面采空区15m位置时开始监测,当进入30m时断开,使用另外一根束管,如此往复,监测工作面上隅角至采空区15-30m范围内的气体成分变化情况,束管在进入采空区前,采用直径4分铁管加以保护,采样管兼作观测管。
6、采空区预防性灌浆措施
在矿井停产检修前,工作面上口预埋两路灌浆管路,一路20m,一路40m,加弯头向下5m拐弯,进入采空区加0.5m花管子。
灌浆管路出口进入采空区20m后即开始灌浆至进入采空区40m为止。
通过预埋的灌浆管路向采空内灌黄泥浆,黄泥均匀地分散在煤体上,黄泥对煤的颗粒进行包裹,减少煤与氧气的接触和反应面,同时可以湿润煤体,降低煤炭低温氧化的速度。
7、注氮防灭火措施
矿井停产检修前,在111302机巷布置一趟Ф108mm注氮管至下隅角,并每隔40m设一个“三通”闸阀,以保证就近连接管路向高冒点注氮。
在三通向上改加一路0.6m-0.8m的90°短接弯头,提前预埋20m和12m各一根,与90°弯头合茬交替使用向采空区注氮(氮气浓度不得低于97%)。
在切眼铺设一路2寸注氮管路,每隔8m设一个三通配带闸阀,机巷主管路接2个1.5寸三通(一个使用一个备用),2个三通间隔一根管路,在矿井停产检修期间持续向工作面注氮。
8、注MEA-1灭火剂措施
KYB-120/10大功率充填泵将防灭火剂和水按照重量进行配比(1:
166)水溶液压注采空区侧煤体中。
成胶后具有致密性、成膜性和附壁性,胶体在煤体中边流动边渗透,边增稠边包裹煤体,封堵裂隙堵漏风效果好,增强采空区的气密性,减少向采空区漏风,全面提高阻燃效果,抑制煤炭自热氧化。
9、工作面喷水泥浆措施:
矿井检修前,对工作面全长范围内靠采空区侧、煤壁侧及顶板进行喷水泥浆,上、下隅角附近5m范围内巷道进行全断面喷水泥浆,喷水泥浆厚度不少于100mm,且不留孔洞。
(二)掘进工作面
1、预测预报措施
(1)检查范围
①风巷及联巷煤层顶部区域。
②风巷及联巷内所有高冒区域。
③巷道回风流。
(2)检查项目
以CO、温度为主,矿井检修期间每天取样分析CH4、CO2、C2H2、C2H4、C2H6、N2、O2等气体浓度。
(3)预测预报方法
①人工检测。
人工捣孔、多种气体检定器测试为主,并对重点隐患区采取气体进行色谱分析。
②监测监控系统。
在回风巷口向里10~15m处设置一台CO传感器,对回风流中的CO气体浓度进行24h连续监测。
③对高冒区、断层区的检查要多布孔,重点隐患区要进行排查。
2、喷、注浆措施
(1)111310机风巷及131309风巷在矿井停产检修前,喷浆范围两帮棚卡至巷道顶部范围内喷浆,靠采空区侧全断面喷浆,停产检修期间将迎头退后10m范围内全断面喷浆,厚度不低于100mm。
(2)对111310机巷过111308出煤联巷段前后10m范围内进行喷注浆,并注实,并对该处33#高冒点进行注瑞米充填II号。
图3111310机巷过111308出煤联巷喷注浆范围示意图
(3)对131309风巷过131307采空区机巷闭净垛小于6m的巷段,全断面喷注浆并注实,并将过巷段上帮、顶板和两个肩窝全部喷、注浆,见图4。
图4131309风巷过131307机巷闭注浆范围示意图
(4)在矿井检修期间,每班对111310机风巷及131309风巷内所有高冒点进行观测,并对出现CO的高冒点补注水泥浆,要求施工单位保质保量按期完成喷注浆工作,对未注实的高冒点,再压注瑞米充填II号进行巩固,彻底消除高冒区自然发火隐患。
详见下表。
地点
范围(m)
高冒点
测点位置(棚)
工期
距离(m)
棚号
111310风巷
风巷口向里349m
1
1
1#
8月13日早班完成喷注浆
2
6
13#
8月13日早班完成喷注浆
3
16
32#
8月14日夜班完成喷注浆
4
67
134#
8月14日夜班完成喷注浆
5
75
150#
8月15日早班完成喷注浆
6
82
164#
8月15日早班完成喷注浆
7
94
188#
8月16日夜班完成喷注浆
8
104
208#
8月16日夜班完成喷注浆
9
119
238#
8月17日早班完成喷注浆
10
141
283#
8月17日早班完成喷注浆
11
152
304#
8月18日夜班完成喷注浆
12
156
313#
8月18日夜班完成喷注浆
13
160
320#
8月19日早班完成喷注浆
14
181
363#
8月19日早班完成喷注浆
15
196
392#
8月20日夜班完成喷注浆
16
265
530#
8月20日夜班完成喷注浆
17
289
578#
8月21日早班完成喷注浆
18
334
668#
8月21日早班完成喷注浆
19
340
680#
8月22日夜班完成喷注浆
20
349
698#
8月22日夜班完成喷注浆
111310机巷
机巷口向里3-136m
1
3
6#
8月23日早班完成喷注浆
2
16
33#
8月23日早班完成喷注浆
3
28
47#
8月24日夜班完成喷注浆
4
79
158#
8月24日夜班完成喷注浆
5
89
178#
8月25日早班完成喷注浆
6
97
194#
8月25日早班完成喷注浆
7
111
222#
8月26日夜班完成喷注浆
8
117
235#
8月26日夜班完成喷注浆
9
127
255#
8月27日早班完成喷注浆
10
136
273#
8月27日早班完成喷注浆
8月28日大班验收喷注浆
131309风巷
风巷口向里1-10m
1
1
3#
8月18日夜班完成喷注浆
2
6
13#
8月18日夜班完成喷注浆
3
8
16#
8月19日早班完成喷注浆
4
10
20#
8月19日早班完成喷注浆
8月28日大班验收喷注浆
六、综合防灭火效果分析
(一)回采工作面
(1)通过工作面减风、上下隅角堵漏、注防灭火剂、喷水泥浆等措施的落实,有效地抑制了采空区内余煤氧化自燃,顺利阻断了煤体氧化通道。
(2)通过向采空区注入氮气,有效地抑制了采空区遗煤自燃,惰化采空区内气体,降低了采空区内氧气浓度,延长了自然发火期。
(3)通过工作面捣杆向采空区内压注防灭火剂,利用防灭火剂与水混合后成胶后的致密性、成膜性和附壁性,实现稠边包裹煤体,有效地封堵煤体,增强采空区的气密性,全面提高阻燃效果,抑制煤体自热氧化的发展。
(4)通过束管检测采空区气体、人工测温及监测监控风流中CO气体等措施的落实,实现了时时监控,有效检测。
(5)通过综合防灭火措施前后,111302工作面82#架捣孔一氧化碳变化曲线图对比可知,工作面一氧化碳明显呈下降趋势。
(二)掘进工作面
(1)矿井检修期间通过对111310机风巷和131309风巷高冒区及过老巷处前后10m范围喷注浆,不仅加固了巷道顶板防止再次冒落,而且充填了煤层裂隙,对阻止煤体氧化起到了根本性的作用。
(2)通过对111310风巷698#高冒点注浆前后一氧化碳对比曲线图,可以直观的看到一氧化碳由注浆前的389ppm直降到注浆后的80ppm,注浆防灭火效果显著。
(3)高冒点注浆防灭火,不仅具有工艺简单,价格低廉,加固效果好等优点,而且克服了瑞米充填材料保质期短的缺点,大大提升了矿井防灭火管理安全空间。