24043掘进工作面过高温火区综合防灭火技术应用.docx
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24043掘进工作面过高温火区综合防灭火技术应用
煤柱补风巷掘进工作面过高温火区
综合防灭火技术成功应用
平煤集团高庄矿
刘纪光
2011年6月25日
煤柱补风巷掘进工作面过高温火区综合防灭火技术成功应用
一、开题报告
1.矿井概况：
高庄矿位于平顶山煤田西部的韩梁矿区，距平顶山市43公里，矿井原设计生产能力45MT/a。
一水平1968年12月投产开采戊8和戊9-0煤层，已于1990年7月回采完毕，1991年9月上下山全部封闭，为防水患构建了永久挡水墙13座，仅保留了中央泵房排水。
二水平，设计生产能力为45MT/a,1984年投产开采煤层为己16-17，可采储量为3281MT。
开拓设计己一上、下山采区、己三采区、己四采区。
截止二00七年已动采了四个采区，剩余可采储量仅为61.5MT，目前，处于残采回收时期，以回收己四采区大巷煤柱为主。
1.1、通风系统概况
矿井通风方式为中央式,主要通风机工作方法一九九七年前为抽出式，经过通风改造，从一九九七年十二月份改为压入式通风，中央斜井为回风井，副井为进风井。
矿井主要通风机型号为BDK65A和BDK60C对旋式主要通风机，电机功率为250KW×2（现在为单段运行）。
针对我矿资源枯竭，采掘战场逐步减少的生产局面，为做到安全、合理、经济的供风，经过深入的分析研究、制订了可靠的主要通风机调整方案，于2007年10月对主要通风机工况进行了合理的调整，调整后主要通风机工作风量3012m3/min，矿井总进风量为2792m3/min，矿井需风量为2681m3/min，风压为940Pa，矿井有效风量为2710m3/min，矿井等积孔1.8m2，矿井通风系统稳定、可靠，主要通风机的工作风量与通风网络相匹配，完全满足我矿安全生产的需要。
1.2、自然条件
高庄矿开采的己16-17煤层为1/3焦煤，属容易自燃发火煤层，发火期为1—2个月，煤尘具有较强的爆炸性，其煤尘爆炸指数经鉴定为32.74%-40.21%，矿井瓦斯相对涌出量为1.47m3/t，绝对瓦斯涌出量1.39m3/min,（2010年鉴定结果）为低瓦斯矿井。
1.3、矿井开掘工艺条件:
掘进工作面沿底托顶煤掘进，12#工字钢支护，全部为炮掘工作面。
1.4、煤柱补风巷掘进工作面基本概况
按照采掘设计，煤柱补风巷掘进工作面，位于己一采区上部，圈定储量3.4Mt，工作面横穿工广2#风巷、24022机巷、24041风巷、24042机巷和24061、24081等老巷，其中，24021、24022、24041、24042风巷永久密闭在近几年都出现过自燃征兆，经采取措施治理后，消除了自燃现象。
但一直是自燃发火重点监护区域。
2、技术研究的背景：
高庄矿煤炭资源严重枯竭，处于残采收尾阶段，截止二0一一年，剩余地质储量为69.59Mt，可采储量为61.5Mt，而24043工作面按照设计圈定储量为18Mt，24043掘进工作面内老巷、采空区分布多，多数老巷都发生过高温或自燃现象，一旦施工，势必造成二次供氧使处于窒息状态的煤炭复燃，严重危险矿井的安全生产。
因此，如何使24043掘进工作面为18.7Mt有限的煤炭资源实现安全的开采，有效的延长矿井服务年限，使利润最大化，直接关系到企业的发展和矿区的和谐、社会的稳定。
3、技术研究与实施的目的意义
我矿开采的己16-17煤层是容易自燃煤层，自燃发火期仅为1-2个月，煤尘具有较强的爆炸性，自开采己16-17煤层至今，每年都投入大量的资金用于自燃发火的防治工作，在自燃发火的防治上，我们积累了一些现场防治经验和技术防治手段，通过多年来对自燃发火规律的研究和现场自燃发火隐患的防治经验，进行了认真总结和深入的研究，采取了针对性的综合防灭火技术措施，对24043风巷过自燃发火带有可能引发的自燃危害，实施了有效的控制和治理，从而彻底消除自燃发火隐患，保证了24043掘进工作面的安全生产。
此项防灭火技术的成功实施应用，对我矿乃至煤炭行业自燃发火矿井都有着极其重要的意义。
二、研究报告
1、自燃发火规律研究1.1自燃发火的机理：
煤在常温下能吸附空气中的氧，并在煤的表面生成不稳定的氧化物。
由于初期氧化生热的热量很少，其热能及时放散，煤的温度不升高；但随着氧化时间的增长，煤的氧化速度将增加，生出的热量就越多，煤体的温度就升高，煤体内部脱水蒸留完全脱水后，挥发分气体就开始释放，温度越高释放速度越快，挥发气体燃点比较低，受氧化聚热的影响，达到挥发分气体点燃，挥发分气体被点然，而这时煤体中的固定碳的聚热也到了点燃临界状态，使其成明火状态的自燃。
1.2、影响煤体自燃发火的因素
（1）氧气浓度的影响
松散煤体氧化放热是煤自燃的主要因素之一，而氧化放热直接受氧气浓度的影响，煤体表面单位耗氧量和耗氧速度成正比，即氧气浓度越大，接触煤体表面越大，耗氧量越多，氧化速度越快。
（2）漏风强度的影响
松散煤体自燃需要有连续供氧条件，漏风强度分布直接影响松散煤体中氧气浓度的分布，同时也影响煤体的散热，散热量和漏风强度成正比，即漏风强度越大，氧化速度就越快，散热量就越大。
（3）煤体厚度的影响
浮煤量是煤体自燃的一个物质基础，松散煤体在氧气的作用下放出热量，同时又通过顶板岩石传导散发热量和通过风流带走热量，因此，松散煤体厚度不同，煤氧化产生的热量和向周围散发的热量也不同，只有产生的热量大于散热量时，煤体才能聚热，最后形成自燃。
1.3、形成自燃发火必须具备的条件：
a、有易燃的煤炭存在。
b、有含氧较高的空气流过。
c、风速适当，煤氧化生成的热量能不断积聚。
d、上述三个条件维持足够长的时间
4、自燃发火征兆：
（1）、挂汗：
为冷凝原理造成，即松散煤体在氧化生热阶段，形成较高的气温与巷道风流较低温度气体交会时，空气中的水蒸汽被冷凝而“挂汗”。
（2）、煤油味：
脱水蒸留后期，挥发性气体烷烃芳香气体所致。
（3）、“煤炮”声：
氧化聚热达到中期或后期阶段，使周围的实体煤受二次原岩应力、温度应力、及支架几何形状产生的应力集中等应力叠加后，致使煤体突然断裂或顶板断裂而造成声响即“煤炮”声。
（4）、烟雾：
出现烟雾即已经形成明火状态，这时内部温度达350℃－450℃以上。
（5）、氧化聚热中期，后期阶段，这时有一氧化碳，即较强氧化过程释放出一氧化碳，用一般比长式一氧化碳鉴定器检查仪或取样进行色谱分析检测都检测到一氧化碳，因此一氧化碳做为自燃发火的标志性气体最容易操作。
2、影响24043风巷掘进工作面的自燃发火因素分析
煤炭自然是由具有自燃倾向性的煤被氧化、蓄热、升温，再氧化、再蓄热、再升温这样一个周而复始的氧化过程。
影响24043掘进工作面煤炭自燃的主要因素有以下几个方面：
2.1通风方式的影响
我矿采用压入式通风。
煤炭在氧化、自热期的征兆受大气压作用的影响，早期征兆不明显。
2.2矿井残采的影响
24043掘进工作面内封闭的老巷多，受残采、矿压的影响，漏风通道复杂，且多处老巷内存在已氧化、蓄热的高温煤体，一旦开采，不可避免的出现漏风通道，使高温煤体继续氧化、蓄热、升温，使已经熄灭的自燃带复燃。
2.3煤层自燃条件的影响
开采的己16-17煤层本身具有自燃倾向性,煤体破碎、干燥，易造成跨落采空区压不实漏风，使采空区遗煤加速氧化，当氧化聚热不能及时散热时，势必造成采空区自燃。
2.4开采条件的影响
由于己16-17煤层地质条件复杂，煤厚变化大，不宜采用机采，因此全部采用炮采、炮掘。
炮采、炮掘容易造成煤体破碎，采空区漏风强度增大。
2.5老巷的影响
由于大巷煤柱内老巷、采空区多，大巷两侧煤层已经开采，且距两侧工作面停采线较近，停采线附近煤体已经松动破碎，又由于老巷、采空区丢有浮煤，大巷煤柱施工过程中不可避免的要过老巷和采空区，容易使老采空区浮煤没有窒息带，或者窒息带面积变小，使已经氧化、自燃或临界自燃煤炭，加速氧化，形成自燃。
3、24043风巷掘进工作面自燃发火隐患分析
通过以上的分析研究得出：
针对24043风巷掘进工作面的特殊情况而言，即采取针对性的专项防灭火措施，制定严格的管理制度，做到管理“五到位”；提高煤炭燃点；隔绝了向老巷供风、供氧，及时封闭揭漏的老巷；提高设施建筑质量施，消除导致自燃发火的四个条件中的一个以上的条件，就可以达到预防自燃发火的目的。
三、实施报告
煤炭自燃的防治技术又很多种，由于生产条件、作业环境的千差万别，很难找到一种有效的、可靠的预防自燃的措施。
因此，预防自然发火必须采取综合防治措施。
也就是说，根据不同的时间、空间，有针对性地实施各种防火措施，最终达到预防自燃的目的。
1.24043风巷掘进工作面综合防灭火技术实施
（1）在设计过程中，做好图纸的整理和填绘工作，对施工过程中遇到的老巷和采空区，提前编制了针对性的防灭火专项措施，严格做到“一工程，一措施”，为巷道施工和防治自燃发火工作，提供了理论依据和技术保证。
（2）巷道开始施工，救护队员现场跟班监护、检查，并监督施工单位的防灭火工作落实到位，每次装药爆破前，预先在巷道中心均匀打三排共9个注水降温钻孔，钻孔深度控制在3m，进行注水降低煤体温度，只有煤体温度低于30℃，方允许爆破作业。
示意图如下：
（3）在掘进过程中，采取“两掘一喷工作法”，即每天夜班、八点两个班生产，四点班对施工过的巷道进行防灭火喷浆，彻底消除漏风现象。
（4）24043掘进工作面在掘进开始，按照防灭火的要求，在巷道前10m掘进时沿顶进行掘进，采用超前锚杆和控制爆破技术控制顶板，对在掘进过程中出现的空顶现象，施工单位负责将其全部挑掉，进行刹顶处理，不得留伪顶、假顶，现场跟班救护队员进行监督。
（5）施工单位分别在过24112、24130和24152老巷时，施工单位提前向通风部门汇报，并编制防灭火专项措施，并在24112老巷前后15m、24130老巷周围23m、24152老巷周围18m位置，对巷道顶、帮进行了全断面的喷浆，喷浆前，施工单位配合现场跟班救护队员，利用爬杆钻对巷道顶部，每隔2m，打一排注阻钻孔，（并在每个钻孔下管径为6分的注阻水枪，）钻孔与顶板的夹角为30°—35°，钻孔的深度为6-8m；每排钻孔为三个，成扇形分布，覆盖全断面；在巷道掘进过去30m后，用75mm直径的钻头，在巷道中心位置，使顶板与钻杆呈35°的夹角，向前打深度为20米的灌浆孔一个，利用井下移动灌浆装置和灌浆池，注黄泥浆和粉煤灰，每天注浆量控制在2-3m3，彻底隔绝向老巷供氧，消除自燃条件。
水枪布置示意图
（6）通风科、安检科、开掘科，每天三班进行现场跟班，检查督导防灭火工作，确保各项防灭火工作落到实处。
2、效果检验
通过以上综合防灭火技术的有效的实施，保障了24043掘进工作面安全顺利的通过了高温火区，有效的遏制了自燃隐患的发生，实现了工作面的安全生产。
高庄矿通过采取合理有效的防灭火技术措施和严格的管理制度，有效的解放了24043高温火区呆滞的煤炭资源18Mt，延长了矿井服务年限，有效的消除了自燃隐患，确保了矿井的安全生产。
四、效益分析
4.1、经济效益分析
24043风巷掘进工作面过高温火区综合防灭火技术的成功应用实施，保证了我矿的安全生产，实现了24043区域18Mt煤炭资源的有效回收，为我矿矿井的服务年限延长0.6年，每吨煤按600元进行计算，新增产值10800万元。
4.2、社会效益分析
我矿的煤碳储量是非常短缺，经过采取综合防灭火技术，实现了17万t的煤炭，安全回收，延长了矿井的寿命0.6年，为我矿全矿职工的生活提供了保障，矿区秩序得到了稳定；另外，为自燃发火矿井过自燃发火带提供了应用技术，与开采条件相似的矿井可以从中借鉴部分防治技术，对煤炭行业在防治自燃发火方面，有着极其重要的意义。
其社会效益也是十分重大的。
高庄矿合理化建议和技术改进成果奖申报表（表一）
项目名称
24043风巷掘进工作面过高温火区综合防灭火技术成功应用
主要完成单位
高庄矿通风科
总投资
主要协作单位
通修队
自筹资金
任务来源
自选
起止时间
07.1至08.3
上级投资
项目内容摘要（用途、原理、特点、技术关键或合理化建议成果）
通过自燃发火机理、影响煤体自燃发火因素、形成自燃发火的必备条件、24043工作面自燃因素的综合分析，研究采取了针对性的煤体降温、两喷一掘工作法、喷浆、插枪、下注浆管、注阻、灌注黄泥浆、粉煤灰等综合防灭火措施，成功的解放了24043高温火区呆滞的煤炭资源18Mt，延长了矿井服务年限，有效的消除了自燃隐患，有效的消除了24043工作面的自燃隐患，实现了工作面的安全生产，确保了矿井的安全生产。
项目负责人（签字）年月日
申报资料目录：
24043风巷掘进工作面过高温火区综合防灭火技术成功应用
经济效益（社会效益）及应用情况
24043风巷掘进工作面过高温火区综合防灭火技术的成功应用实施，保证了我矿的安全生产，实现了24043区域18Mt煤炭资源的有效回收，为我矿矿井的服务年限延长0.6年，每吨煤按600元进行计算，新增产值10800万元。
我矿的煤碳储量是非常短缺，经过采取综合防灭火技术，实现了17万t的煤炭，安全回收，延长了矿井的寿命0.6年，为我矿全矿职工的生活提供了保障，矿区秩序得到了稳定；另外，为自燃发火矿井过自燃发火带提供了应用技术，与开采条件相似的矿井可以从中借鉴部分防治技术，对煤炭行业在防治自燃发火方面，有着极其重要的意义。
其社会效益也是十分重大的。
应用单位（盖章）年月日
申报单位意见：
申报单位负责人签字：
申报单位（盖章）年月日
矿专业初评意见：
负责人签字：
年月日
评审组意见：
签字：
年月日
主要完成人员情况（表二）
说明
一、严格按文件要求填写各项内容，矿级成果填表一、表二，局级成果增填局级表。
二、要求填写字迹工整，一式两份。
三、主要完成单位是指对解决该项成果的技术关键问题有直接贡献的完成单位中的主要单位。
主要协作单位是指对完成该项成果的技术关键起协作配合的主要单位。
四、主要完成人员是对解决该项成果的技术关键问题有直接贡献的完成人员中的主要者，最多不能超过七人。
矿处级领导必须有专项书面材料。
五、内容摘栏、由项目负责人填写并签字、项目负责人签字不得由他人代替，资料目录栏应填写全部技术资料名称。
序
号
姓名
性别
年龄
文化程度
职务职称
工作单位
对项目成果做出贡献的主要内容
1
李文广
男
34
本科
总工程师
高庄矿
项目指导
2
宋学昌
男
38
本科
科长
通风科
项目指导、研究
3
刘东晓
男
40
本科
主任
总办室
项目指导
4
方卫东
男
40
大专
副科长
通风科
项目研究、实施
5
6
7
8
9
10
项目负责人（签字）2008年12月14日
升级会员 