王興華 任維民
(山東萬祥礦業(yè)有限公司,山東 濟南 271107)
潘西煤礦委托山東鼎安技術(shù)檢測公司對主采19層煤進(jìn)行了自燃傾向性鑒定,鑒定結(jié)果:吸氧量0.58cm3/g,火焰長度360mm,屬Ⅱ類自燃煤層,最短發(fā)火期80d。煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體檢測結(jié)果:一氧化碳出現(xiàn),表明煤已經(jīng)開始氧化,其出現(xiàn)的臨界溫度28.1℃~41.0℃;乙烯出現(xiàn)且變化速率明顯加快是煤進(jìn)入加速氧化階段的標(biāo)志,其出現(xiàn)的臨界溫度190.0℃~205.0℃;乙烯/乙烷比值峰值的出現(xiàn)是煤進(jìn)入劇烈氧化階段的標(biāo)志,其峰值出現(xiàn)的溫度280.2℃ ~282.5℃。
(1)煤層埋深大、地溫高,地質(zhì)環(huán)境因素導(dǎo)致煤層自然發(fā)火期縮短。
(2)開采煤層厚度大,機械開采強度大,采空區(qū)漏風(fēng)增加,開采環(huán)境因素導(dǎo)致自然發(fā)火點位置隱蔽,不易及時發(fā)現(xiàn)遺煤自燃。
(3)推采過程中經(jīng)過斷層,斷層造成工作面煤層變薄,降低了工作面推采速度,不能及時將采空區(qū)甩入“窒息帶”;頂?shù)装迤扑樵斐蓙G煤多,漏風(fēng)為氧化蓄熱提供了適宜條件,氣象環(huán)境因素導(dǎo)致采空區(qū)氧化升溫帶前移,提高了采空區(qū)遺煤自燃概率。
(4)特別是臨近于采空區(qū)的工作面,煤柱反復(fù)受壓變形,出現(xiàn)多條裂隙形成漏風(fēng)通道,造成正在回采工作面的采空區(qū)與相臨已采區(qū)的采空區(qū)連成一片,形成了復(fù)雜的多源多匯漏風(fēng)通道,采空區(qū)遺煤自燃范圍擴大,增加了自燃危險性。
(1)光纖測溫系統(tǒng)
光纖測溫系統(tǒng)是以光波為載體、光纖為媒質(zhì)、感知并傳遞被測量信號的防火系統(tǒng),具有發(fā)火點精準(zhǔn)定位和不間斷監(jiān)測的優(yōu)點。礦井安設(shè)光纖測溫系統(tǒng),在各采區(qū)安設(shè)分站,在采煤工作面上巷、下巷頂板各布置3條光纖,隨著工作面推采,光纖逐漸埋入采空區(qū),對采空區(qū)內(nèi)氣溫不間斷監(jiān)測,測溫數(shù)據(jù)傳遞給井上監(jiān)控終端,當(dāng)溫度異常升高表明采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃,起到預(yù)測預(yù)警的作用。
(2)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)異常預(yù)報
利用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測,對工作面、上下隅角、回風(fēng)流中的CO、CO2、O2、CH4重點監(jiān)測。工作面安設(shè)溫度傳感器,報警溫度設(shè)置為≥30℃;采煤工作面回風(fēng)巷道安設(shè)一氧化碳傳感器,報警濃度設(shè)置為≥0.0024%;皮帶機滾筒下風(fēng)側(cè)10~15m處、采區(qū)及一翼回風(fēng)巷、總回風(fēng)巷安設(shè)一氧化碳傳感器,報警濃度設(shè)置為≥0.0024%;皮帶機滾筒下風(fēng)側(cè)10~15m處安設(shè)煙霧傳感器,捕捉火災(zāi)信號,達(dá)到報警值時,發(fā)出聲光報警信號。
(3)現(xiàn)場人工取樣分析
在采煤工作面回風(fēng)側(cè)采空區(qū)以里,以30m間距交替邁步埋設(shè)多芯束管,監(jiān)測采空區(qū)氣體的變化情況。采空區(qū)氧氣濃度低于5%或已進(jìn)入采空區(qū)150m后,方可甩掉束管,不再監(jiān)測。每天人工利用抽氣泵和球膽采集采空區(qū)內(nèi)氣體,利用GC6890A煤礦專用氣相色譜儀分析氣體中含有的CH4、CO、H2、CO2、O2、C2H6、C2H4、C2H2、N2九種 氣體成分,形成循環(huán)檢測報告,發(fā)現(xiàn)氣體異常變化及時處理。
(4)人工日?,F(xiàn)場檢測
配備專職防火檢查員,負(fù)責(zé)見煤線、采空區(qū)、回風(fēng)隅角、冒頂處等發(fā)火隱患點的CO、CO2、O2、CH4及溫度檢測,編制“防滅火周報表”,繪制“火災(zāi)氣體趨勢圖”,并分析比較數(shù)據(jù)變化規(guī)律。
(1)合理布置巷道
從生產(chǎn)設(shè)計入手,合理布置巷道。大巷布置在煤層頂?shù)装鍘r石中,采區(qū)上下山盡量布置在巖石中,回采巷道沿煤層布置巷道時不托頂煤施工,遇斷層等構(gòu)造帶或其他情況必須留頂煤時,編制專門防冒頂和防自燃技術(shù)措施,如發(fā)生冒頂,冒頂處用防火充填材料密實,并設(shè)措施管、觀測管,對頂煤情況進(jìn)行監(jiān)測。
(2)惰化采空區(qū)
當(dāng)采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度小于5%時,煤的氧化就能得到阻止。利用惰性氣體的自然性質(zhì)預(yù)防和治理煤自燃,將惰性氣體注入到采空區(qū),抑制采空區(qū)的煤氧復(fù)合作用,對采空區(qū)氧化帶進(jìn)行惰化,控制氧氣濃度降到自燃臨界值以下,使煤處于減緩氧化甚至不氧化的狀態(tài),防止采空區(qū)遺煤自燃。
(3)矸石隔離墻封堵減少漏風(fēng)
采煤工作面每推采10m,在上、下隅角采用阻燃袋裝碎小矸石構(gòu)建隔離墻。墻體接頂接幫,墻面用阻燃風(fēng)筒布覆蓋墻體,同時對隔離墻噴涂防火充填材料,防止漏風(fēng)串入采空區(qū)造成遺煤自燃。
(4)工作面合理配風(fēng)
合理地為工作面配風(fēng),優(yōu)化工作面風(fēng)量。計算最優(yōu)配風(fēng)量和最優(yōu)風(fēng)速,進(jìn)、回風(fēng)兩端風(fēng)壓差控制在200Pa以內(nèi),降低漏風(fēng)量。在通風(fēng)能夠排出瓦斯等有害氣體情況下,最大限度地減少風(fēng)量對采空區(qū)遺煤氧化的影響。
(5)加快工作面推采速度
預(yù)防采空區(qū)自燃火災(zāi)最有效的方式是加快采煤工作面推采速度,減少遺煤自燃氧化時間,保證采煤工作面的推采速度與采空區(qū)自燃帶的寬度相匹配。采空區(qū)頂板不斷冒落,漏風(fēng)風(fēng)阻相應(yīng)增大,極大減少采空區(qū)漏風(fēng)產(chǎn)生的氧化條件。
(1)阻化防滅火
采煤工作面回采期間上下隅角附近的煤柱噴涂防火充填材料,將阻化劑撒在垮落松散遺煤上,防止煤柱漏風(fēng)及遺煤氧化。
(2)灌漿防滅火
采煤工作面安設(shè)移動式灌漿泵和制漿桶,灌漿材料選用粘性黃土,沿上巷超前采煤工作面30m邁步壓茬敷設(shè)DN50灌漿管路,孔口深入采空區(qū)內(nèi),并采用鐵質(zhì)套管加以保護(hù)。采空區(qū)出現(xiàn)自燃征兆時,利用灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿防滅火。
(3)注液態(tài)二氧化碳防滅火
發(fā)現(xiàn)采煤工作面采空區(qū)出現(xiàn)自燃火災(zāi)征兆時,將MKDZ-LZ-4000移動式液態(tài)二氧化碳罐運送至工作面上、下巷,通過預(yù)留的DN50注液金屬管路將液態(tài)二氧化碳注入采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行窒息滅火。
(4)束管監(jiān)測系統(tǒng)
JSG9束管監(jiān)測系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機、打印機、色譜工作站、氣相色譜儀、空氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器、氣體采樣控制柜、水環(huán)真空泵、凈化穩(wěn)壓電源、煤礦用聚乙烯束管及束管分路箱、粉塵過濾器等組成。該系統(tǒng)可以30km長距離采取發(fā)火隱患點的氣樣,可以24小時連續(xù)監(jiān)測,可以無人值守長期運行,可以自動輸出檢測報表、束管報表、檢測譜圖報表、檢測趨勢分析報表等。
(5)注氮防滅火
工作面采空區(qū)面積大,浮煤多,呈立體分布,無論是黃泥灌漿,還是注阻化劑,都不可能將采空區(qū)所有的浮煤都包裹,目前防滅火最有效的技術(shù)是采空區(qū)注氮。安設(shè)DMJ-1000/1.0型膜分離制氮機,制氮量不低于1000m3/h,氮氣濃度不低于97%,注氮壓力不低于0.8MPa。沿上巷超前工作面30m邁步壓茬敷設(shè)DN100注氮管路,惰化、置換采空區(qū)內(nèi)空氣,抑制煤氧復(fù)合作用,消除發(fā)火隱患。
通過建立自然發(fā)火預(yù)測預(yù)警技術(shù)體系、自然發(fā)火預(yù)防技術(shù)體系、自然發(fā)火綜合治理技術(shù)體系,對自燃煤層采取預(yù)防及綜合治理技術(shù)措施,實現(xiàn)了自燃煤層采煤工作面安全回采,保障了礦井安全。