CN105134281B - 一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法 - Google Patents
一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其包括多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤、多面邻空孤岛综放面正常回采期间的防灭火步骤、多面邻空孤岛综放面特殊回采期间的防灭火步骤与多面邻空孤岛综放工作面的防灭火检测步骤。针对孤岛综放面多面邻空、邻空侧煤壁易产生漏风通道、相邻采空区顺槽及停采线处煤体破碎程度大、采空区遗煤多等自燃隐患，根据工作面掘进及回采过程中的实际情况，采用封堵漏风通道为主，监测控制为辅的防灭火方法。
Description
技术领域
本发明涉及综放面掘进与回采期间的防灭火领域，尤其涉及一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法。
背景技术
矿井火灾是煤矿重大自然灾害之一，矿井火灾不仅造成矿工人员群死群伤，而且烧毁高额采掘设备、冻结大量煤炭资源。根据起因不同，矿井火灾分为外因火灾和内因火灾，外因火灾由于是在可燃物外部产生火焰现象，若能及时发现并采取措施，是容易避免和控制的。相比之下，内因火灾由于火源隐蔽，且作业人员难以进入采空区或煤体内部，无法准确定位火源，一旦发生火灾往往无法控制，燃烧可持续数月甚至数年之久，难以扑灭，随着燃烧范围的蔓延和扩大，大量煤炭被烧毁造成极大的资源浪费。
据统计，在矿井火灾事故中，煤炭自燃占矿井火灾总数的90％以上。火灾的发生与发展不仅影响安全生产和周围环境，而且容易引起瓦斯、煤尘爆炸。随着矿井采深的不断增加，矿压逐渐增大，使得矿井邻空巷道的巷壁及煤柱极易破碎，矿井掘进期间的煤炭自然发火危险性大大增加。与此同时，综放工作面回采过程中，顶煤遗留多、巷道风量充足，为遗煤自燃提供了有利条件，极易发生矿井煤层自燃灾害。但现有防灭火方法仅限于回采工作面两侧为实体煤、单面或双面邻空的情况，对于多面邻空回采情况则较为复杂。
因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，采用封堵漏风通道为主，监测控制为辅的防灭火方法，降低矿井火灾的发生率。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其包括以下步骤：
包括多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤；
包括多面邻空孤岛综放面特殊回采期间的防灭火步骤；
包括多面邻空孤岛综放面正常回采期间的防灭火步骤；
包括多面邻空孤岛综放面的防灭火检测步骤。
所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其中，上述多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤包括：
工作面掘进过程中，使用矿用喷涂设备将高分子喷涂材料喷射至邻空侧的巷道壁面及顶板，邻空侧巷道壁面全断面及邻空侧巷道顶板1/2断面均平整贴附该高分子喷涂材料，喷涂层厚度为45mm-60mm；
工作面掘进巷道邻空侧壁面设置多组第一防火钻孔组，每组第一防火钻孔组包括一个第一方位防火钻孔与一个第二方位防火钻孔，第一方位防火钻孔位于第二方位防火钻孔上方，第一方位防火钻孔与第二方位防火钻孔的间隔为15m-25m，第一方位防火钻孔位于邻空侧巷道顶板上，孔深12m，与巷道底板呈45°夹角；第二方位防火钻孔距巷道底板1m，孔深6m，与巷道底板呈30°夹角，通过第一方位防火钻孔与第二方位防火钻孔分别向巷道邻空侧保护煤柱及停采工作面采空区压注凝胶堵漏，每个第一方位防火钻孔、第二方位防火钻孔的注胶量不低于40m3。
所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其中，上述多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤包括：
工作面掘进期间邻空侧巷道顶板松动范围较大区域，沿巷道顶板每隔10m布置一组第二防火钻孔组，每组第二防火钻孔组包括第三钻孔与第四钻孔，第三钻孔、第四钻孔沿巷道纵向设置，第三钻孔与第四钻孔之间间隔为1.5m～3m，其中，第三钻孔长度不低于10m且末端达到煤层顶板，第四钻孔长度不低于5m且第四钻孔长度为顶煤厚度的一半；
通过第三钻孔向掘进巷道顶板煤体实施静压煤层注水技术，注水压力约为2MPa～3MPa，通过冷却水降低煤体温度；然后通过第四钻孔向掘进巷道顶板破碎煤体压注凝胶，每孔注胶量不少于40m3，待凝胶凝固后，将破碎煤体产生的漏风通道封堵严密，阻止煤体氧化。
所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其中，上述多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤包括：
工作面掘进巷道大面积与附近停采工作面停采线相邻时，由邻空侧巷道壁向停采线附近的煤体及采空区每间隔5m设置一组第三防火钻孔组，每组第三防火钻孔组包括一个第五方位防火钻孔、一个第六方位防火钻孔与一个第七方位防火钻孔；第五方位防火钻孔位于邻空侧巷道顶板，第五方位防火钻孔长度不低于14m且钻入停采线未开采顶煤处，第五方位防火钻孔与巷道底板呈60°夹角；第六方位防火钻孔位于邻空侧巷道壁距底板2m位置处，第六方位防火钻孔长度不低于6m且钻入临侧采空区，第六方位防火钻孔与巷道底板呈30°夹角；第七方位防火钻孔位于邻空侧巷道壁距底板1.5m位置处，第七方位防火钻孔长度为4m，垂直于巷道壁面；第五方位防火钻孔、第六方位防火钻孔与第七方位防火钻孔，每孔注胶量不低于50m3。
所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其中，上述多面邻空孤岛综放面特殊回采期间的防灭火步骤包括：
综放面回采初期，在松散的切眼煤体处施工多排长3m～6m的第八防火钻孔，该第八防火钻孔与巷道底板间为0°～60°夹角，通过第八防火钻孔，向松散煤体压注凝胶，封堵漏风通道，切断煤体内部供氧渠道；
综放面回采末期，自胶带顺槽及轨道顺槽端头起，每隔15m设置一道厚度为3m、宽度不低于5m的第二密闭隔离墙，由其内部向采空区内设置长为3～6m，与巷道底板呈0～60°倾角的第九防火钻孔进行压注无机阻化泡沫。
所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其中，上述多面邻空孤岛综放面正常回采期间的防灭火步骤包括：
综放面正常回采期间，自工作面两端头向工作面内部设置多个第一密闭隔离墙，第一密闭隔离墙厚度不低于0.5m，宽度不低于3m，相邻第一密闭隔离墙之间的间隔为20m，同时，在回采工作面进回风隅角处设置挡风装置，用于破坏松散煤体的漏风供氧环境；
与此同时，采用双向长钻孔煤层静压注水，注水压力为2MPa～3MPa，其中，双向钻孔分别为自胶带顺槽打向轨道下山的30m第一注水钻孔和自轨道顺槽打向回风巷的40m第二注水钻孔，第一注水钻孔、第二注水钻孔均平行于巷道底板且距巷道底板1.5m，第一注水钻孔、第二注水钻孔之间的间距为15m。
所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其中，上述多面邻空孤岛综放面的防灭火检测步骤：
邻空侧巷道壁煤体松散区域每间隔80m设置一个监测钻孔，监测钻孔距巷道底板1m，孔深6m，与巷道底板呈30°夹角，监测钻孔内安设温度监测装置，当监测钻孔内温度超过35℃时，对监测钻孔内气体进行取样分析；邻空侧巷帮及顶板安置红外测温装置，当沿空侧巷帮温度超过30℃时，立即进行煤体自燃隐患排查；工作面掘进迎头处设置多个一氧化碳监测装置，当迎头及顺槽回风流中一氧化碳浓度异常，一氧化碳监测装置发出警报，迎头立即停止掘进作业进行异常处理。
本发明提供的一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，孤岛综放面多面邻空、邻空侧煤壁易产生漏风通道、相邻采空区顺槽及停采线处煤体破碎程度大、采空区遗煤多等自燃隐患，根据工作面掘进及回采过程中的实际情况，采用封堵漏风通道为主，监测控制为辅的防灭火方法，在自燃火灾发生前即有针对性的进行火灾防控，降低矿井火灾的发生率，确保矿井的安全高效生产。
附图说明
图1为工作面掘进期间的邻空侧巷道壁防灭火钻孔布置示意图；
图2为工作面掘进期间的顶板松动区域防灭火钻孔布置示意图；
图3为工作面回采初期的切眼处防灭火钻孔布置示意图；
图4为综放面回采期间的密闭隔离墙及挡风装置布置示意图；
图5为综放面回采期间的双向长钻孔静压注水钻孔布置示意图；
图6为综放面回采末期的密闭隔离墙及防灭火钻孔布置示意图；
图7为工作面掘进及回采期间的防灭火监测方法示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其包括多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤、多面邻空孤岛综放面特殊回采期间的防灭火步骤、多面邻空孤岛综放面正常回采期间的防灭火步骤与多面邻空孤岛综放面的防灭火检测步骤。
为了更详尽的说明本发明，以下列举更详尽的实施例。
掘进期间的防灭火方法主要利用喷涂高分子喷涂材料及压注凝胶技术，将邻空侧巷道壁面破碎煤体及受地压作用产生的漏风裂隙等进行封堵，从而阻隔邻侧采空区的漏风通道，阻止工作面煤体及采空区遗煤氧化，避免矿井自燃火灾的发生。
针对掘进巷道邻空侧巷帮及顶板，除通常采用的锚网支护及锚杆支护外，利用矿用喷涂设备将一定比例的高分子喷涂材料喷射至顺槽沿空侧巷帮及巷道顶板，其中喷涂材料覆盖整个沿空侧巷帮断面，覆盖1/2长度的巷道顶板，为了确保高分子喷涂材料能够有效封堵漏风通道，沿空侧巷帮及顶板所覆盖的喷层厚度为50mm，且喷层整体平整、均匀。
如图1所示的，在巷道邻空侧施工第一防火钻孔组，其中，第一防火钻孔组包括一个第一方位防火钻孔1与一个第二方位防火钻孔2，每组第一防火钻孔组内第一方位防火钻孔1与第二方位防火钻孔2之间的间隔为20m，第一方位防火钻孔1位于第二方位防火钻孔2上方，第一方位防火钻孔1位于邻空侧的巷道顶板，孔深12m，与水平面呈45°夹角；第二方位防火钻孔2距巷道底板1m，孔深6m，与水平面呈30°夹角。通过第一方位防火钻孔1位于第二方位防火钻孔2分别向巷道邻空侧保护煤柱3及停采工作面采空区4压注凝胶堵漏，每孔注胶量不低于40m3。
如图2所示的，孤岛工作面巷道掘进过程中，由于巷道顶板受地压作用，易产生顶板松动区域，对于范围较大的顶板松动区域，沿巷道顶板每隔10m布置一组第二防火钻孔组，每组第二防火钻孔组包括第三钻孔5与第四钻孔6，具体的是沿邻空侧巷道顶板纵向布置第三钻孔5与第四钻孔6，第三钻孔5与第四钻孔6之间的间隔为1.5～3m，其中，第三钻孔5深度不低于10m，根据施工现场具体情况，第三钻孔5深度应达到煤层顶板；第四钻孔6深度不低于5m，根据施工现场实际情况，第四钻孔6深度应为顶煤厚度的1/2。
首先利用第三钻孔5进行煤层注水预湿煤体，注水压力约为2MPa～3MPa，通过冷却水降低煤体温度，随后通过第四钻孔6向煤体压注凝胶，每孔注胶量不少于40m3，使凝胶充满煤层顶板裂隙，隔绝煤体与空气阻碍煤体氧化反应。对于邻空侧巷道顶板松动范围较小的区域，则按照上述参数仅设置第四钻孔6进行压注凝胶封堵顶板裂隙也是可行的。
若巷道邻空段大面积与附近停采工作面停采线7相邻，则需由邻空侧巷道壁向停采线7附近煤体及采空区每间隔5m设置一组第三防火钻孔组，每组第三防火钻孔组包括一个第五方位防火钻孔8、一个第六方位防火钻孔9与一个第七方位防火钻孔10。其中第五方位防火钻孔8位于邻空侧巷道顶板，第五方位防火钻孔8深度根据实际情况确定为钻入停采线未开采顶煤处且不低于14m，与水平面呈60°夹角；第六方位防火钻孔9位于邻空侧巷道壁距底板2m位置处，第六方位防火钻孔9深度根据实际情况确定为钻入邻侧采空区且不低于6m，与水平面呈30°夹角；第七方位防火钻孔10位于邻空侧巷道壁距底板1.5m位置处，第七方位防火钻孔10深度为4m，垂直于巷道壁面。通过第五方位防火钻孔8、第六方位防火钻孔9与第七方位防火钻孔10向邻侧停采工作面停采线7附近遗煤及其顶板压注复合胶体，充填堵漏防止遗煤自燃，每孔注胶量不低于50m3。
回采期间的防灭火方法主要包括针对孤岛综放面回采初期及回采末期两个阶段的特殊回采时期及针对孤岛综放面正常回采过程中的煤层发火隐患进行有目的的防治。首先，整个回采阶段主要防灭火工作仍集中于阻隔氧化通道，在不影响正常回采工作的前提下，尽量控制采空区内新鲜空气含量，避免造成采空区遗煤自燃；其次，回采过程中另一主要自燃隐患为开采煤体，由于回采过程煤体用受机械切割、顶板压力等影响，破碎现象严重，煤体内部极易形成漏风通道，同时煤体自身在氧化作用下温度不断升高，造成极大的自然发火隐患，因此通过煤层静压注水技术一方面使液体充满煤体阻隔漏风通道，另一方面，降低煤体温度从而控制煤体自燃条件，避免煤层发火。
综放面回采初期，如图3所示的，切眼处松散煤体11受矿压影响破碎严重，存在漏风供氧环境，在松散煤体11处施工多排长3m～6m的第八防火钻孔12，该第八防火钻孔与巷道底板间为0～60°夹角，利用该第八防火钻孔12，向松散煤体压注凝胶，封堵漏风通道，切断煤体内部供氧渠道。
工作面采用综放技术进行回采作业，如图4所示的，在此期间，液压支架两端头顶煤无法回收，采空区遗煤较厚，且附近煤体供氧条件较好，易于发生遗煤自燃火灾，为此，自工作面两端头向工作面内部设置多个第一密闭隔离墙13，第一密闭隔离墙13厚度不低于0.5m，宽度不低于3m，相邻第一密闭隔离墙13之间的间隔为20m，同时，在回采工作面进回风隅角处设置挡风装置14，破坏松散煤体的漏风供氧环境。
综放面回采期间，如图5所示的，为了有效消除工作面煤体的自然发火隐患，采用双向长钻孔煤层静压注水技术，所需注水压力为2～3MPa，其中，双向钻孔分别为自胶带顺槽15打向轨道下山16的30m第一注水钻孔19和自轨道顺槽17打向回风巷18的40m第二注水钻孔20，第一注水钻孔19、第二注水钻孔20均平行于巷道底板且距巷道底板1.5m，钻孔间距15m。
综放面回采末期，如图6所示的，停采线前一定距离便停止对顶煤的回收，此时，采空区遗煤较厚，自燃危险性增大，自胶带顺槽及轨道顺槽端头起，每隔15m设置一道厚度为3m、宽度不低于5m的第二密闭隔离墙21，由其内部向采空区22内设置长为3～6m，与巷道底板呈0～60°施工第九防火钻孔23进行压注无机阻化泡沫，压注量根据实际情况确定为孔内逆反为最佳。通过设置密闭隔离墙彻底封堵连通采空区的漏风通道，阻隔采空区遗煤与新鲜风流的接触，从根本上消除遗煤自燃隐患。
防灭火监测方法主要利用监测装置针对孤岛综放工作面邻空侧巷道壁温度变化及指标气体的浓度变化进行实时监测，跟踪分析温度及指标气体浓度，从而及时发现异常情况，立即采取措施防止煤体自燃。
为了有效掌握煤体温度变化并及时获得指标气体浓度变化，如图7所示的，邻空侧巷道壁煤体松散区域24每间隔80m设置一个监测钻孔25，监测钻孔25距巷道底板1m，孔深6m，与巷道底板呈30°夹角，监测钻孔25内安设温度监测装置，当监测钻孔25内温度超过35℃时，对监测钻孔25内气体进行取样分析；邻空侧巷帮及顶板安置红外测温装置26，当沿空侧巷帮温度超过30℃时，需立即进行煤体自燃隐患排查。除此之外，工作面掘进迎头处设置一氧化碳监测装置，当迎头及顺槽回风流中一氧化碳浓度异常，一氧化碳监测装置发出警报，迎头需立即停止掘进作业进行异常处理。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (6)
1.一种用于煤矿的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其包括以下步骤：
包括多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤；
包括多面邻空孤岛综放面特殊回采期间的防灭火步骤；
包括多面邻空孤岛综放面正常回采期间的防灭火步骤；
包括多面邻空孤岛综放面的防灭火检测步骤；
上述多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤包括：
工作面掘进过程中，使用矿用喷涂设备将高分子喷涂材料喷射至邻空侧的巷道壁面及顶板，邻空侧巷道壁面全断面及邻空侧巷道顶板1/2断面均平整贴附该高分子喷涂材料，喷涂层厚度为45mm-60mm；
工作面掘进巷道邻空侧壁面设置多组第一防火钻孔组，每组第一防火钻孔组包括一个第一方位防火钻孔与一个第二方位防火钻孔，第一方位防火钻孔位于第二方位防火钻孔上方，第一方位防火钻孔与第二方位防火钻孔的间隔为15m-25m，第一方位防火钻孔位于邻空侧巷道顶板上，孔深12m，与巷道底板呈45°夹角；第二方位防火钻孔距巷道底板1m，孔深6m，与巷道底板呈30°夹角，通过第一方位防火钻孔与第二方位防火钻孔分别向巷道邻空侧保护煤柱及停采工作面采空区压注凝胶堵漏，每个第一方位防火钻孔、第二方位防火钻孔的注胶量不低于40m3。
2.根据权利要求1所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其特征在于，上述多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤包括：
工作面掘进期间邻空侧巷道顶板松动范围较大区域，沿巷道顶板每隔10m布置一组第二防火钻孔组，每组第二防火钻孔组包括第三钻孔与第四钻孔，第三钻孔、第四钻孔沿巷道纵向设置，第三钻孔与第四钻孔之间间隔为1.5m～3m，其中，第三钻孔长度不低于10m且末端达到煤层顶板，第四钻孔长度不低于5m且第四钻孔长度为顶煤厚度的一半；
通过第三钻孔向掘进巷道顶板煤体实施静压煤层注水技术，注水压力约为2MPa～3MPa，通过冷却水降低煤体温度；然后通过第四钻孔向掘进巷道顶板破碎煤体压注凝胶，每孔注胶量不少于40m3，待凝胶凝固后，将破碎煤体产生的漏风通道封堵严密，阻止煤体氧化。
3.根据权利要求1所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其特征在于，上述多面邻空孤岛综放面掘进期间的防灭火步骤包括：
工作面掘进巷道大面积与附近停采工作面停采线相邻时，由邻空侧巷道壁向停采线附近的煤体及采空区每间隔5m设置一组第三防火钻孔组，每组第三防火钻孔组包括一个第五方位防火钻孔、一个第六方位防火钻孔与一个第七方位防火钻孔；第五方位防火钻孔位于邻空侧巷道顶板，第五方位防火钻孔长度不低于14m且钻入停采线未开采顶煤处，第五方位防火钻孔与巷道底板呈60°夹角；第六方位防火钻孔位于邻空侧巷道壁距底板2m位置处，第六方位防火钻孔长度不低于6m且钻入临侧采空区，第六方位防火钻孔与巷道底板呈30°夹角；第七方位防火钻孔位于邻空侧巷道壁距底板1.5m位置处，第七方位防火钻孔长度为4m，垂直于巷道壁面；第五方位防火钻孔、第六方位防火钻孔与第七方位防火钻孔，每孔注胶量不低于50m3。
4.根据权利要求1所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其特征在于，上述多面邻空孤岛综放面特殊回采期间的防灭火步骤包括：
综放面回采初期，在松散的切眼煤体处施工多排长3m～6m的第八防火钻孔，该第八防火钻孔与巷道工作面回采底板间为0°～60°夹角，通过第八防火钻孔，向松散煤体压注凝胶，封堵漏风通道，切断煤体内部供氧渠道；
综放面回采末期，自胶带顺槽及轨道顺槽端头起，每隔15m设置一道厚度为3m、宽度不低于5m的第二密闭隔离墙，由其内部向采空区内设置长为3～6m，与巷道底板呈0～60°倾角的第九防火钻孔进行压注无机阻化泡沫。
5.根据权利要求1所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其特征在于，上述多面邻空孤岛综放面正常回采期间的防灭火步骤包括：
综放面正常回采期间，自工作面两端头向工作面内部设置多个第一密闭隔离墙，第一密闭隔离墙厚度不低于0.5m，宽度不低于3m，相邻第一密闭隔离墙之间的间隔为20m，同时，在回采工作面进回风隅角处设置挡风装置，用于破坏松散煤体的漏风供氧环境；
与此同时，采用双向长钻孔煤层静压注水，注水压力为2MPa～3MPa，其中，双向钻孔分别为自胶带顺槽打向轨道下山的30m第一注水钻孔和自轨道顺槽打向回风巷的40m第二注水钻孔，第一注水钻孔、第二注水钻孔均平行于巷道底板且距巷道底板1.5m，第一注水钻孔、第二注水钻孔之间的间距为15m。
6.根据权利要求1所述的多面邻空孤岛综放面采掘期间防灭火方法，其特征在于，上述多面邻空孤岛综放面的防灭火检测步骤：
邻空侧巷道壁煤体松散区域每间隔80m设置一个监测钻孔，监测钻孔距巷道底板1m，孔深6m，与巷道底板呈30°夹角，监测钻孔内安设温度监测装置，当监测钻孔内温度超过35℃时，对监测钻孔内气体进行取样分析；邻空侧巷帮及顶板安置红外测温装置，当沿空侧巷帮温度超过30℃时，立即进行煤体自燃隐患排查；工作面掘进迎头处设置多个一氧化碳监测装置，当迎头及顺槽回风流中一氧化碳浓度异常，一氧化碳监测装置发出警报，迎头立即停止掘进作业进行异常处理。
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