CN102758645A - 综放工作面初采期采空区防灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿安全技术领域，为了避免工作面初采期间采空区浮煤浮化升温引起的自燃发火，本发明公开的综放工作面初采期采空区防灭火方法是先确定综放工作面采空区易自燃区域，再采用防灭火措施，易自燃区域是用水平三带和竖直三带的划分方法进行确定，采用的防灭火措施是汽雾阻化喷雾和目标灌注。本发明对于综放工作面开采时期，特别是工作面开采初期，推进速度慢，采空区破碎媒体氧化、升温造成的采空区自燃发火，效果显著。该方法操作简单，设备安设方便，能够随着工作面的推进，有效的防治采空区自然发火。

Description

综放工作面初采期采空区防灭火方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，具体是一种综放工作面采空区防灭火方法。

背景技术

采用综采低位放顶煤的综合机械化采煤工艺开采工作面，采空区会留有大量的遗煤，存在遗煤自燃发火隐患，再加上矿井采用盘区前进式开采方法，综放工作面内一旦着火，波及整个矿井的安全生产。

如果矿井煤层属于易自燃煤层，在条件充分的条件下，破碎煤体在极短的时间内就能发生自燃。特别是在工作面初采期间由于设备运行磨合、安全系统运行不稳定等种种原因导致工作面推进速度慢，这大大增加了初采期间采空区自燃发火隐患。

为了进一步加强塔山矿工作面初采期间的综合防灭火工作，有必要对工作面采空区易自燃区域进行分析，从而采取针对性措施，杜绝工作面初采期间采空区浮煤氧化升温现象，确保工作面安全生产。

发明内容

       本发明的目的是避免工作面初采期间采空区浮煤浮化升温引起的自燃发火，提供一种综放工作面初采期采空区防灭火方法。

       本发明采用的技术方案是：

一种综放工作面初采期采空区防灭火方法，先确定综放工作面采空区易自燃区域，再采用防灭火措施，其特征在于：

综放工作面采空区易自燃区域是用水平三带和竖直三带的划分方法进行确定，水平方向上，在采空区风流“驼峰”形区域靠近回风侧的边缘地带为易自燃区域；垂直方向上，在中下部垮落层交界处为易自燃区域；

采用的防灭火措施是汽雾阻化喷雾和目标灌注；

汽雾阻化喷雾是从工作面端头喷洒阻化剂，阻化剂随风流进入采空区，覆盖浮煤表面，阻化剂主要由氯化镁组成；

目标灌注包括两种钻孔施工方法：（1）在回风巷内设钻机，超前工作面煤壁15m向采空区易自燃区域打钻孔，然后封闭，封孔长度为2m，注防灭火剂，对顶煤垮落区域进行阻化；（2）在机道内设钻机，从工作面尾部支架相邻两支架间向顶煤中打钻孔，见岩为止，然后封闭，封孔长度为2m，注防灭火剂。

与现有技术相比本设计，本发明对于综放工作面开采时期，特别是工作面开采初期，推进速度慢，采空区破碎媒体氧化、升温造成的采空区自燃发火，效果显著。该方法操作简单，设备安设方便，能够随着工作面的推进，有效的防治采空区自然发火。

附图说明

图1为塔山矿综采工作面采空区风流路线。

图2为塔山矿综采工作面垮落情况图。

图3 工作面初采期间回风巷注浆钻孔施工示意图。

图4 工作面初采期间支架间注浆钻孔施工示意图。

图5 8208工作面一段时期内上隅角CO浓度变化曲线。

具体实施方式

本发明所述的一种综放工作面初采期采空区防灭火方法是先确定综放工作面采空区易自燃区域，再采用防灭火措施，

综放工作面采空区易自燃区域是用水平三带和竖直三带的划分方法进行确定，水平方向上，在采空区风流“驼峰”形区域靠近回风侧的边缘地带为易自燃区域；垂直方向上，在中下部垮落层交界处为易自燃区域；

采用的防灭火措施是汽雾阻化喷雾和目标灌注；

汽雾阻化喷雾是从工作面端头喷洒阻化剂，阻化剂随风流进入采空区，覆盖浮煤表面，阻化剂主要由氯化镁组成；

目标灌注包括两种钻孔施工方法：（1）在回风巷内设钻机，超前工作面煤壁15m向采空区易自燃区域打钻孔，然后封闭，封孔长度为2m，注防灭火剂，对顶煤垮落区域进行阻化；（2）在机道内设钻机，从工作面尾部支架相邻两支架间向顶煤中打钻孔，见岩为止，然后封闭，封孔长度为2m，注防灭火剂。

以下结合同煤集团塔山矿8208工作面为例，对本发明要求保护的技术方案做具体说明。

1.塔山矿综放工作面采空区易自燃区域分析

防止采空区自燃发火是塔山矿防灭火工作的重中之重，而明确塔山矿综放工作面采空区易自燃区域则是工作面采空区防灭火工作开展的基础。

塔山矿综放工作面采空区易自燃区域的划分与采空区自燃三带有之间关系。所谓采空区“三带”是按照浮煤、漏风强度、氧浓度等相关因素将采空区划分为散热带、氧化带和窒息带三带。采空区三带既有水平三带，也有垂直三带。

水平三带是沿采空区走向由外往内划分的。由于各个矿井条件不同，采用的三带划分的研究方法也不同。总的来说，三带的划分与采空区浮煤、漏风强度、氧浓度三大因素有关。图1显示了塔山矿综采工作面采空区风流路线，采空区风流路线呈“驼峰”形，靠近进风侧风流进入采空区比较深，越靠近回风侧，风流进入采空区越浅，进入采空区的风流出来后，覆盖的范围约占工作面1/3的长度。根据煤层自燃发火的条件可知，在“驼峰”影响范围内，虽然氧气浓度充足，但由于漏风强度较大，浮煤氧化放热不易积聚，因此该区域属于散热带。在“驼峰”靠近回风侧的边缘地带，即图中椭圆所示位置，深入采空区约50-80m之间，漏风很小，而氧气供应较充足，且松散浮煤较多，这就为自燃发火提供了充分的条件，因此，该区域属于极易自燃区域。

垂直三带的划分是在沿采空区垂直方向划分的，主要适用与靠近工作面附近的采空区范围。垂直三带与煤体上覆岩层垮落后形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带三带有密切关系。垮落程度直接影响了漏风强度和供氧条件。图2为塔山矿综采工作面垮落情况图，在采空区垂直方向，垮落的煤岩大致分为三层，最下层为破碎煤岩混合体，主要是回采遗煤及伪顶炭质泥岩，厚度在3-5m之间；中间一层为小块岩石及煤矸石混合，主要是直接顶下部沿层破碎垮落，厚度在15-20m之间；上层为大块岩石体，主要为直接顶上部岩层断裂垮落。在中下部垮落层交界处，图2中椭圆标示区域，由于岩石垮落形成的破裂煤体将获得充足的氧气，而该处煤岩的破坏程度不高致使漏风强度较小，这样就为该处煤体的自燃发火提供了条件，该区域为易自燃区域。

2、针对工作面采空区易自燃区域的防灭火措施

工作面初采期间采空区防灭火方法，一是采用气雾阻化喷雾，即从工作面端头喷洒阻化剂，随风流进入采空区，覆盖浮煤表面，从而隔绝氧气，起到降温阻化的作用；二是向容易发火区域打钻孔，注新型防灭火材料如新型高分子材料、凝胶等，从而防止煤体自燃。

2.1气雾阻化喷雾

阻化剂防止煤炭自燃主要有以下三个方面的作用。一是产生负催化作用，煤炭经阻化处理后，阻化剂能吸附在煤的表面上，形成了一层能抑制氧气与煤接触的保护膜，阻止煤与氧结构上连羧基反应，使煤与氧气的亲合力降低。二是隔绝作用，氯化物的溶液能进入煤体的裂隙中，并覆盖在煤的外部表面，使煤的外部表面封闭，隔绝空气。三是吸水降温作用，氯化物是一种吸水能力很强的物质，它能吸收很多水份并覆盖在煤的表面，使煤体温度降低，延长煤的发火期。

在汽雾阻化作用的氯化物药剂中，氯化镁来源广泛，是一种无毒无害的吸水类阻化剂，水解时呈中性，对设备腐蚀性小。因此选择氯化镁作为阻化剂较为经济合理。

在应用汽雾阻化防火技术时，在漏风通道入口设置雾化器，将阻化剂变为阻化汽雾，阻化汽雾以漏风为载体，向采空区飘移，随着漏风风流飘落在煤体表面，从而起到了阻化防火的作用，这一技术的关键是利用采空区漏风。一般来说，漏风所到之处是容易自燃发火的地方。

汽雾阻化喷洒系统包括汽雾阻化泵站，管路系统及雾化部分。雾化泵站设有雾化液泵、过滤器、储液箱、电气开关等，管路系统由高压管、高压球阀及接头等组成。阻化泵稳设在进风巷靠工作面端头附近支护较好的位置，延伸管路至工作面头端头进行喷洒。气雾随风流进入采空区，覆盖到垮落下层破碎煤岩上，起到隔绝空气和降温阻化的作用。

塔山矿在工作面初采期间均使用气雾阻化喷洒措施，直到工作面开始正常连续注氮为止。以8208工作面为例，8208工作面投产前，提前布置加压泵并连接高压胶管，在工作面生产后立即开始启用，在水箱加防火阻化材料，比例必须符合要求，使用公称直径25mm胶管，每根长15m，公径19mm液管每根也长15m，U型金属销接头连接，工作面每推进12m收一盘，吊挂必须随注浆钢管走向布置在转载机身的公径19mm胶管可与机身固定，在自移尾留10m余量，防止拉断。

加压泵选用BZ36/3型动压泵，最大喷洒压力为3MPa，最大流量为36-40L/min，最大射程大于20m（接20m管路，平射无风时）。阻化泵位置位于2208配巷巷回风绕道距离调节风门不小于5米，使用的电源、水源必须稳定受影响小，物料存放位置不得影响运输。雾化喷嘴至少3个，布置在端头支架顶梁后侧，喷嘴方向为逆向，所用水箱体积为2.0×1.1×1.0(m)。

该面计划每天喷一个班，每班喷6个小时，每个喷头流量为0.5M³/小时，设3个喷头，则每天喷量为0.5×6×3×1=9M³。

根据实际统计数据，8208工作面初采期间实施汽雾阻化共喷洒氯化镁81吨。

通过采用阻化喷雾，有效的防治了8208工作面初采期间采空区氧化升温现象。图5显示了8208面初采一段时间内工作面上隅角CO浓度情况。可见，在采取阻化喷雾后，工作面上隅角CO浓度维持在2ppm左右。

2.2目标灌注

具体注浆时，采取两种钻孔施工方法：（1）在回风巷内设钻机，超前工作面煤壁15m向采空区易自燃区域打钻孔，然后封闭，封孔长度为2m，注MEA防灭火剂，对顶煤垮落区域进行阻化，如图3所示；（2）在机道内设钻机，从工作面尾部支架相邻两支架间向顶煤中打钻孔，见岩为止，然后封闭，封孔长度为2m，注MEA防灭火剂，如图4所示。

采用的是MEA防灭火剂，该材料具有良好的固水作用，发挥吸热降温作用；凝结的胶体能够充填在破碎煤体的空隙，增大漏风供氧的阻力，使煤炭因缺氧而不能自燃。经过使用，取得了良好效果。

通过施工钻孔，向易自燃区域灌注防灭火剂的方法在治理8206工作面初采期间采空区氧化升温中得到和很好的应用，取得了明显效果。

Claims (1)

1.一种综放工作面初采期采空区防灭火方法，先确定综放工作面采空区易自燃区域，再采用防灭火措施，其特征在于：

综放工作面采空区易自燃区域是用水平三带和竖直三带的划分方法进行确定，水平方向上，在采空区风流“驼峰”形区域靠近回风侧的边缘地带为易自燃区域；垂直方向上，在中下部垮落层交界处为易自燃区域；

采用的防灭火措施是汽雾阻化喷雾和目标灌注；

汽雾阻化喷雾是从工作面端头喷洒阻化剂，阻化剂随风流进入采空区，覆盖浮煤表面，阻化剂主要由氯化镁组成；

目标灌注包括两种钻孔施工方法：（1）在回风巷内设钻机，超前工作面煤壁15m向采空区易自燃区域打钻孔，然后封闭，封孔长度为2m，注防灭火剂，对顶煤垮落区域进行阻化；（2）在机道内设钻机，从工作面尾部支架相邻两支架间向顶煤中打钻孔，见岩为止，然后封闭，封孔长度为2m，注防灭火剂。

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