自燃发火.docx

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自燃发火

39713综采放顶煤工作面预防煤层自燃发火设计

一、工作面概况

南坑39713工作面位于1001水平七盘区右翼，其前部为一不规则陷落柱，后部为大巷保护煤柱，前部左侧为39501已采工作面，中后部左侧为未采区，右侧为一断层破坏带和39701工作面，现正在开采过程中；39713工作面上方8#煤层中前部为38502刀柱式采空区，中后部为38713上分层采空区。

预计上覆8#煤可采储量136278吨。

39713工作面周围与工作面相通的有6条正断层构造，上覆8#煤层有9条巷道互通，现都已封闭。

该工作面的采煤方法采用长壁后退式放顶煤采煤方法，即采9#放8#煤层，开采工艺采用放顶煤综合支架。

二、39713工作面自燃发火分析

1、8#煤层经鉴定为自燃煤层，尤其是工作面上方前部为8#煤刀柱式采空区，回采率低，遗留大量而集中的碎煤，并且应力集中。

在采动过程中，极易使正、副巷局部地点受压过大而造成顶板破碎或冒落。

因该区段供氧条件较好，但散热性能差，热量积聚后易发生自燃。

2、采空区区段在回采工作面压力作用下，护巷煤柱破碎、破裂坍塌，并且在采煤过程中遗有大量浮煤，再加上放顶后采煤工作面上下两巷冒落不实，留下了漏风通道。

在漏风氧化储热的部位，易发生自燃。

3、原8#煤层上分层为刀柱式开采，遗煤多，在空间中的氧与破碎煤体本身已进行缓慢氧化，并且热量不易散发，空间温度较高。

在放顶煤采动过程中，与上部刀柱空间塌通，两巷间存在温度差，高温与低温之间的对流和扩散漏风形成稳定的持续的供氧条件和储热环境，从而引起采空区原8#刀柱遗留煤柱的自燃。

三、39713工作面防治自燃发火设计

（一）通风管理与预测预报方面

1、39713工作面采用U型通风方式，为减少采空区氧化带漏风量，尽量减小压差，负压不能超过25mmH2O。

回采期间必须加强39713工作面及周边的通风设施的管理，合理布置通风系统，保证该面通风系统稳定可靠。

2、为尽可能减小采空区氧化带宽度及漏风强度，进行安全配风计算。

回采期间工作面的风量保持在650m3/min左右，上下浮动不超过35m3/min，发现风量变化超过规定时，必须立即查找原因，采取措施，进行处理。

3、制定39713工作面专项防火管理制度。

严格执行自燃发火预测预报制度，防火监测内容为防火点的CH4、CO2、CO、气温、水温等发火预兆项目。

每班的检查结果汇报通风区调度，并记录在专项防火记录薄内；另外通风区还需设立专门的39713工作面防火台账，台账主要包括各地点CH4、CO2、CO、气温、水温、气样分析、风量、防火措施实施情况、工作面推进进度等内容，以便进行防火分析。

4、在工作面进风巷、回风巷、工作面上隅角及盘区风道各设置一个防火观测站，每班由瓦斯员负责挂牌检查汇报。

5、工作面所有工作人员必须了解掌握自燃发火预兆的相关知识，一旦发现有煤壁挂汗、发热、空气中有煤油、焦油味等自燃征兆时，必须做好标记，并及时汇报。

6、由坑口技术主管负责放专人对工作面正、副巷的顶板下沉及完整性进行观察，发现巷道有顶板破碎或冒落，必须做好标记并汇报。

7、如发现工作面正、副巷道有破碎、冒落现象时，由通风二队负责及时组织对破碎地点或冒落点进行打钻、充填、封堵处理（具体办法附后），同时通风一队及时将破碎、冒落点纳入防火观测点。

8、通风区技术组每周对防火点检测记录进行整理分析，发现自燃发火指标达到临界值或超标等有异常变化时，由通风区组织研究针对性措施，根据隐患状况及时采取洒水、注浆、注阻化剂等防灭火措施，妥善处理，并立即发出自燃发火警报，告知有关单位及人员。

建立防治自燃发火档案，每月定期对防火观察数据进行汇总、分析，绘制变化曲线，密切注视自燃发火征兆的显现及其变化趋势，时刻掌握自燃发火动态，及时指导防火管理工作。

9、每周由通风一队负责使用红外线温度探测仪对采空区内及巷道破碎地点进行温度测定。

每月对采空区上隅角及破碎、冒高等地点抽取气样送实验室进行分析。

每月对气样分析和温度变化绘制曲线图进行综合分析，根据分析情况调整采样和观察周期。

10、工作面按规定在回风巷距工作面10m处设置CH4传感器、CO传感器、温度传感器各一个，实行防火监测监控。

11、通风二队每周对工作面周边的9道密闭完好情况进行定期检查、维护，确保完好。

通风一队测风员每周对本矿范围内的漏风情况进行一次全面检查。

12、地测中心定期对周边小窑及地面盖山裂隙进行查堵，检查情况做专项记录，确保该面采空区的漏风降低到最低限度。

（二）回采期间防火工作要求与顶板管理

1、采煤期间要减少采空区遗留煤量，尽量不丢煤。

2、适当加宽支撑煤柱尺寸，防止压力过于集中压塌煤柱，产生漏风。

熟练掌握后掩护支架，严防过多遗煤。

拉走矸石的同时，必须将浮煤清理干净，使顶板充分冒落压严采空区。

3、减少最大控顶工序时间，加快回采进度，减少遗煤氧化发热时间，在自热发火期内，使采空区中的氧化带进入窒息带。

4、要及时回收木头、棉纱等易燃物品，严防易燃物品进入采空区。

5、超前支护段和上、下隅角以外巷道的顶帮由采煤队负责利用液枪每8h进行充分洒水湿润一次，杜绝高温煤体进入采空区以及降低温度延长自燃发火期。

移架一次要对上下隅角塌落的碎煤体洒水及喷洒MEA阻化溶液，全面彻底覆盖、洒透。

6、回采期间采煤队要加强对正、副巷支护，严防塌透上部煤层从而引起上部未采煤层过早地氧化发热，蓄温自热，如有空洞巷道要及时封堵充填、进行处理。

（三）防火技术及方法

1、巷道顶板破碎煤体可能自燃地点的防治

1）、根据巷顶煤体破碎不同，对顶煤破碎深度在500—1000mm巷段，沿巷道走向在巷顶间隔3m布置一排2个与巷顶呈30°—35°的仰角，深3m、直径Φ20mm的测温、洒水钻孔（其布置方式如图

（1）所示）。

该孔一般仅用于测温，一旦发现温度超过危险临界值（35℃）后，即对破碎的顶煤注水或压注阻化液、粉煤灰。

图

（1）：

巷顶破碎煤体深度为500—1000mm时测温、注水、注浆钻孔布置图

2）、对破碎顶煤深度超过1000mm的破碎煤体段布置深钻孔，沿巷道走向预先在巷顶间隔5m布置一排2个与巷顶呈40°—45°的仰角，深6—8m、直径Φ40mm的注浆或充填孔（其布置方式如图

（2）所示）。

主要用于向巷顶破碎煤“多轮多次适量”注水，以湿润、降温、阻燃。

在观察过程中发现CO有上升趋势或温度达到临界值，并伴有CH化合物出现时立即采取压注MEA或粉煤灰浆进行阻化防灭火。

图

（2）：

巷顶破碎煤体深度超过1000mm时注浆、充填钻孔布置图

钻孔打好后及时下入前端有1m花眼的Φ40mm的钢管。

下管深度不小于孔深，封孔采用土灰比3：

1的黄泥灰。

封孔深度不小于0.5m，孔封好后即连接注水、注浆支管进行注水、注浆，未连接支管的管孔，必须堵严。

2、巷顶高冒区的防治

对于巷顶出现的高冒区，进行表面封闭。

封闭时，木板要卡紧，封闭严实，并用灰土1：

3的泥浆抹严，封闭前应根据冒落高度及范围，先下入Φ40mm的防火管，下管密度为1个/2㎡，下管深度根据冒高确定。

下管前端必须下至冒落顶板处，且前端1m必须是花眼钢管。

24h后对其充填粉煤灰进行封闭，具体充填时要分组进行，充填时先连接钻孔个数的1/2，其余钻孔备用，充填量以填满实为止。

3、采空区防治

（1）封堵采空区的主要进、出口漏风，减少采空区漏风量。

第一，采空区氧化带的宽度与单位时间的供氧量与漏风量的大小成正比关系，采空区漏风量大小除与工作面上下隅角的风压差和塌落后的空隙率相关联外，还与采空区主要进、出口的漏风的通过能力有很大关系，所以随着工作面的推进，及时封堵采空区的主要漏风通道，最大限度的减少采空区漏风量，是一项重要的措施之一。

为此，39713工作面在正常回采中每隔20m由采煤队负责用编织袋装填不燃性材料，沿巷道走向分层垂直垒砌，封堵漏风通道。

封堵的两侧必须与相邻的支架尾梁和巷道煤壁接严，且其顶端必须与巷顶接实，能够全断面封堵漏风通道。

（要求见图（3））

第二，在正常开采过程中，如果发现采空区温度、CO呈上升趋势，并伴随有CH化合物的出现时，及时放专人对工作面、采空区的各项自燃指标进行逐段全面检测分析，准确掌握采空区的隐患范围、地段，并采取如下措施：

A、及时在进、回风巷的上、下隅角建墙，并在墙体内向采空区方向呈扇形人工下设5个注阻化剂钻孔。

技术参数：

钻孔底部距工作面的垂直距离≥氧化带宽度（钻孔布置方式见图（4）），钻孔打好后及时下入前端布设有花眼Φ40mm的套管，花眼长度为：

钻孔深度减6m（冷却带宽度），花眼孔径Φ18mm，花眼间距1m。

B、通过支架前梁架沿工作面走向，向架后采空区重点地段打Φ75mm钻孔进行压注MEA防火材料。

钻孔的参数为：

角度=β=15°，L（孔深）=氧化带宽度/cos15°；布置间距：

重点范围内每架一个，成孔后，下入花眼钢管（参数同前），及时连接压注泵对采空区及上、下隅角压注MEA高分子防火材料。

图（4）：

采空区上、下隅角充填钻孔布置图

1、2——密闭墙；3——钻孔；4——采空区冷却带；

5——氧化带；6——窒息带

采空区氧化带宽度计算公式：

X=[4（Qh-Qj）[O2]0]÷[ZL（Qh+Qj）2v0]×ln（[O2]0÷[O2]min）×Q  （Qh>Qj）

式中Qh——工作面实测回风量，m3/min；

Qj——工作面实测进风量，m3/min；

Z——工作面采高，m；

L——工作面斜长，m；

X——采空区氧化带宽度，m；

[O2]0——风流中的氧含量，取20.96%；

[O2]min——煤氧化下限氧浓度（取值为5.74%）

v0——煤耗氧速度，m3/min；

Q1——工作面的供风量，m3/min。

上式可简化如下：

X=aQ

（2）工作面停采，撤除支架期间的防治

撤除期间由于工作面停滞不前，氧化带长时间停留在同一区段内，采空区浮煤发火的可能性最大，所以撤除支架期间防火的重点主要是采空区防火。

防治措施如下：

第一，在距停采线30m时，必须在工作面的上、下隅角相距10m依次压入3趟Φ75mm的钢管进行足量注浆（采空区注浆管埋设见图（5）），注浆时每推进10m注浆一次，压浆管随着工作面的推进，不断向外接续，直至停采。

停采后及时在上、下隅角建墙进行封堵。

图（5）：

采空区注浆管埋设示意图

第二，在停采线上、下隅角主要漏风封堵后，其周边次漏风带的漏风强度会有所增强。

因此为减少次漏风通道，从工作面停采前15m开始，在架顶随顶网同步铺设具有“双抗性”的彩条布，彩条布沿工作面走向压入采空区，压掩长度不小于1.5m，沿倾向与工作面的斜长相同，接口边长度300—500mm，压口方式为顺风流方向，其前部必须铺至煤壁处。

该方法与封堵采空区漏风通道和采空区注浆等措施同时实施。

（四）防火设备技术参数及工艺流程

1、注浆孔钻探设备技术参数和配备情况

（1）、钻机：

型号KHYD75DIA

功率：

3KW

电压：

380/660

主轴转速：

240r/min

钻进速度：

320mm/min

主机重量：

75kg

钻孔直径：

Φ36—45mm（岩石）

Φ60—90mm（煤层）

钻空深度：

8m

（岩石）

80m（煤层）

配备：

正.副巷各一台，要求钻机性能完好，能够正常使用。

（2）、钻杆的参数选择和配备情况

在施打过程中，实体煤或破碎程度较轻的煤层比较好打。

但在破碎煤体中施打时，由于煤体破碎疏松，施工钻孔时，钻头穿过后破碎煤体结合在一起，即不能成型，很难成孔，且无法下如套管，甚至钻头、钻杆退不出。

因此，选用一次性钻头打孔，钻进后不在复用，并且直接用两端车丝的钻孔套管代替钻杆，钻头与套管或套管之间必须用耐扭强度较大的加厚刚性接箍连接，不仅能解决破碎煤体注浆孔的施打问题，而且可以提高施工效率（一次性钻头及首根套管的结构见图（6））。

图（6）：

一次性钻头及首根套管结构示意图

a—钻头结构图；b—首根套管结构图

配备：

钻头20个；套管正、副巷各50m。

2、MEA压注或填洒工艺流程步骤及设备参数

供水管路

Φ50mm吸液胶管

Φ25mm出液胶管

等量分流器

压注或喷洒泵

配料箱

MEA料剂

喷洒地点或压注钻孔

Φ25mm球阀

喷洒地点或压注钻

采空区喷洒

Φ40mm出液胶管

MEA压注或喷洒工艺流程示意图

（1）、MEA的压注、喷洒步骤

①、配料箱选用1.5m3，确定每箱的MEA加入量为0.045m3；

②、向配料箱加水过程中，同步将MEA料剂均匀地洒入配料箱中；

③、加到预定位置后，不要急于搅拌，而让其自行吸水变成胶体后，可适当进行搅拌，保证其均匀性；

④、压注或喷洒过程中，掌握好水和料剂的同步添加速度，保证配比稳定；

⑤、配比水源应具有一定的水压，加料时应将其向水流与水面的交汇处均匀添加，充分利用交汇接触面往上翻起的水浪将材料带走并均匀混合。

（2）、压注、喷洒设备采用TBW—50/15型高压泥浆泵

TBW—50/15型高压泥浆泵技术参数

功率：

2KW；流量：

50L/min；工作压力：

1.5MPa；输送介质料径≤3mm

除此工艺外，也可用两个配料箱并联后再与压注泵串联形成系统，交替进行单个配制MEA胶体压注或喷洒。

3、粉煤灰压注流程图

输送管路

高压泥浆泵

粉煤灰和水

粉煤灰浆

搅拌机

计量输送泵

固化剂、阻化剂

充填钻孔

高冒区或破碎煤体

阻化粉煤灰工艺要求及技术参数

（1）、水与粉煤灰之比为1：

1.5

（2）、粉煤灰粒径≤8mm

（3）、充填泵选用KLB—100/5型，其参数为：

工作压力P=5MPa；流量Q=6m3/h；输送介质浓度为60%；介质粒径≤8mm

（五）其它方面的防火要求

1、投产前正、副巷停采线20m范围内必须各设置一道防火门，并储备足够数量的封闭防火门的材料。

2、回采结束后，对停采线以外巷道必须进行回收放顶，使顶板冒落严实，并在45天内进行永久性封闭。

3、要完善防尘供水管路系统，及时清理浮煤和煤尘堆集，严格按规定使用好各项防尘设施，执行好各项冲刷洗尘制度。

正、副巷巷顶、煤壁、工作面煤壁和上、下隅角必须每班用高压枪头进行冲洗湿润。

4、加大该工作面的煤层注水力度，注水孔内添加MEA高分子防火材料，水分增加率必须在3%以上，遗留到采空区的煤必须再次洒水浇湿，进行防火预处理。

5、工作面必须吊挂避火灾路线标识，以便发生火灾时保证工作面人员按避灾路线紧急撤离。

所有职工必须掌握正确使用自救器的方法，坑口负责保证所佩带自救器全部符合要求。

6、南坑所属各队组技术队长负责对本队职工要进行防火、自救器的使用以及如何避灾等知识的培训，增强职工的安全意识。

7、该面使用阻燃皮带、阻燃电缆、皮带机头20m范围内必须采用不燃性支护。

8、油脂库、皮带机头均应采用不然性材料支护并配备2个灭火器和0.5m3的灭火砂箱，移变处、材料库、泵站各配备1个灭火器。