CN108815752A - 一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿火灾防治技术领域，公开了一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，包括：1)对煤田火区温度分布进行探测反演并划分区域；2)爆破孔施工；3)钻孔测气测温；4)钻孔降温；5)安装爆破管并填塞炸药；6)爆破管温度探测及降温；7)压注液态CO₂；8)将导爆索固定在所述爆孔内；9)封堵爆破管及钻孔；10)根据爆破安全距离，在所述爆破安全距离外，引爆所述爆破管内炸药，实现高温煤田火区的爆破灭火。本发明克服了传统高温爆破工艺灭火效果差、炮孔孔数受限、副作用大等不足，能够对高温煤田火区进行大规模精准分区爆破。

Description

一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法

技术领域

本发明涉及煤矿火灾防治技术领域，特别涉及一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法。

背景技术

我国是煤炭产量大国，在我国新疆、内蒙古、宁夏等很多煤矿中，煤层自燃火灾十分严重。煤层自燃不仅直接烧掉了宝贵的煤炭资源，而且破坏了煤层的赋存条件，危及煤矿的安全生产，更为严重的是煤层无控制地不充分燃烧，释放出大量有毒有害气体，引发一系列的生态环境恶化效应。对煤矿火区处理的最好办法就是采取灭火技术，从根源上防止煤层继续燃烧，控制火源，现阶段治理煤层火区的方法有1)地表覆盖法；2)钻孔注浆法；3)剥离灭火法；4)综合灭火法。地表覆盖法是利用黄土填埋火区地表裂缝，及废弃井工小窑，抑制火区的供养通风，达到使火区火源缓慢窒息的目的。此方法优点是施工快，工艺过程简单，但是由于灭火周期长且受地形影响大，所以使用率低。钻孔注浆法是将水与阻燃材料(如黄土)按一定的配比，制成适当浓度的浆状液体，通过输浆管道直接沿地表裂隙灌浆，或利用钻孔直接注入发火煤层带。此方法对阻燃材料性能要求较高，易脱水具有一定的稳定性，粒径必须大于1mm小于2mm，且小于1mm的颗粒的不应小于75％，浆状液体密度范围为2.4～2.8g/m³；剥离灭火法是在火区范围内超前注水，剥离台阶与注水台阶分开，自上而下分台阶剥离，直至挖除着火体。其灭火效果彻底，适应性强，但工艺施工特殊、复杂且不容易操作。尤其是对于埋藏深、范围大的火体，操作性不强且成本高昂。综合灭火就是利用多种灭火措施来达到灭火治理的目的，将上述三种方法综合应用(两种或三种)，根据煤矿火区的发火状况“因地制宜”，根据实际地形、地质情况及取材等因素进行综合考虑，选用经济合理且技术可行的高效灭火方法。但以上的治理方法存在复燃率高，根治不彻底，治理成本高等各种缺点。

传统高温爆破工艺灭火效果差、炮孔温度回升较快，过程非常仓促，单次炸药装填量少，炮孔孔数受限、副作用大。

本发明目的在于克服现有技术不足，较好的解决了该技术不受地形影响，工艺施工相对简单容易操作。创造性的提出了施工方便、安全性高适用于高温煤田火区进行大规模精准分区爆破处理的方法。

发明内容

本发明提供一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，可以解决现有技术中的上述问题。

本发明提供了一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，包括以下步骤：

S1、采用无人机携带红外测温仪及分布式光纤对煤田火区温度进行探测后反演出煤田火区温度分布云图，根据煤田火区温度分布云图进行区域划分，识别出高温煤田火区，采用红外测温仪对高温煤田火区进行扫描式测温后反演出高温煤田火区温度分布云图；

S2、将高温煤田火区的温度数据采用MATLAB进行反演解算，结合GPS定位技术实现高温火源点的精准识别；

S3、根据反演得到的高温煤田火区温度分布云图及识别出的高温火源点，结合“10米内、9个人、三分钟、八个点”原则进行布孔，再根据布孔位置采用耐高温钻机进行钻孔，钻孔的深度为300-500mm，钻孔的直径为200-400mm，钻孔的孔间距为600-800mm；

S4、采用全孔测温测气仪结合分布式光纤对钻孔内温度及气体进行测试，当钻孔内的温度高于60℃或瓦斯浓度高于1％，往钻孔内先压注含冰水和硅胶的混合液，10min后再通过第一PLC控制器控制高压泵向钻孔内压注液态CO₂10～160min；

S5、在压注液态CO₂后的钻孔上安装爆破管并填塞炸药，爆破管采用PVC管，管壁厚度为0.05m，爆破管直径及长度计算如下式：

D＝D₀-0.1

H＝H₀-0.2 (1)

式(1)中，D₀为钻孔直径，H₀为钻孔深度，D为爆破管2直径，H为爆破管2长度；

向爆破管2中填塞乳化炸药5，装药面密度：1.0～2.0kg/m2；单孔炸药的质量m计算如下式：

式(2)中，ρ为炸药密度，H为爆破管长度，D为爆破管2直径，T₀为爆破点初始温度；

S6、采用红外测温仪及分布式光纤对爆破管内的温度进行测试，若爆破管内的温度高于30℃，往爆破管内先压注含冰水和硅胶的混合液，10min后再通过第二PLC控制器控制高压泵向爆破管内注入液态CO₂5～80min；

S7、将导爆索固定在爆破管内，导爆索的直径为5mm，导爆索的长度为钻孔高度的一半，导爆索插入乳化炸药50±5mm深度处，采用填充物封堵爆破管及钻孔，填充物的厚度为对应的爆破管或钻孔高度的1/10；

S8、在爆破安全距离外，采用引爆器引爆爆破管内的乳化炸药，实现高温煤田火区的爆破灭火。

所述爆破安全距离为煤块爆破最大抛撒距离，由式(3)确定：

式(3)中，S为爆破安全距离，V₁为碎块飞出速度；h为碎块飞散落差；g为重力加速度，H₀为钻孔深度，H为爆破管长度；

所述碎块飞出速度，由式(4)确定：

式(4)中，K1为第1次水中冲击波能量利用系数，K2为第2次水中冲击波能量利用系数，且K1＝0.31，K2＝0.17；μ为爆炸功，且μ＝4×105；ρ为煤体密度；R为爆破管半径；δ为爆破管等效壁厚，D₀为钻孔直径，H₀为钻孔深度，D为爆破管直径。

所述填充物为石棉和海泡石按照质量份数1:2形成的混合物。

所述步骤S4中对钻孔内温度进行测试是通过第一温度传感报警器检测钻孔内的温度，当温度高于60℃时，第一温度传感报警器通过第一传输线连接第一PLC控制器，第一PLC控制器通过第一电磁开关控制高压泵通过第一电磁阀、第一流量计、第一逆止阀和第一CO₂压注管从耐压瓶向钻孔内压注液态CO₂。

所述步骤S6中对爆破管内的温度进行测试是通过第二温度传感报警器检测爆破管内的温度，当温度高于30℃时，第二温度传感报警器通过第二传输线连接第二PLC控制器，第二PLC控制器通过第二电磁开关控制高压泵通过第二电磁阀、第二流量计、第二逆止阀和第二CO₂压注管从耐压瓶向爆破管内压注液态CO₂。

所述步骤S8中引爆器通过局域网和引爆网络连接导爆索，引爆爆破管内的乳化炸药。

所述引爆网络包括多个支导爆管、导爆管和导爆索，多个支导爆管与导爆管连接，导爆索与导爆管连接，导爆索上设置有电雷管，电雷管与电源线连接，由电源线点火起爆。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明较好地解决了传统高温爆破工艺灭火效果差、炮孔孔数受限、副作用大等弊端。本发明能够精确识别出高温煤田火区，并针对不同温度的煤田火区及不同的钻孔温度实施不同的灭火方法，最后进行爆破灭火，灭火效果好，成本低。

本发明不受地形影响，对阻燃材料性能要求不高，施工简单方便、容易操作、安全性高。能够对高温煤田火区进行大规模精准分区爆破。

附图说明

图1为本发明提供的一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法的流程示意图。

图2为本发明实施例提供的一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法中温度反演结果的示意图。

图3为本发明提供的一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法中炮孔温度测试曲线。

图4为本发明提供的一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法中测试系统的连接示意图。

图5为本发明的引爆网络的结构示意图。

附图标记说明：

1-钻孔，2-爆破管，3-隔热防护料，4-冰水，5-乳化炸药，6-封堵头，7-填充物，8-导爆索，9-1-第一CO₂压注管，9-2-第二CO₂压注管，10-传输线，11-1-第一温度传感报警器，11-2-第二温度传感报警器，12-1-第一PLC控制器，12-2-第二PLC控制器，13-1-第一电磁开关，13-2-第二电磁开关，14-控制线，15-高压泵，16-1-第一电磁阀，16-2-第二电磁阀，17-1-第一流量计，17-2-第二流量计，18-1-第一逆止阀，18-2-第二逆止阀，19-压力表，20-耐压瓶，21-起爆网络，22-局域网，23-引爆器，24-导爆管，25-支导爆管，26-导爆索，27-电雷管，28-电源线。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1和图4所示，本发明实施例提供的一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，包括以下步骤：

S1、采用无人机携带红外测温仪及分布式光纤对煤田火区温度进行探测后反演出煤田火区温度分布云图，根据煤田火区温度分布云图进行区域划分，识别出高温煤田火区，采用红外测温仪对高温煤田火区进行扫描式测温后反演出高温煤田火区温度分布云图；

火区温度分为以下5类：

S2、将高温煤田火区的温度数据采用MATLAB进行反演解算，如图2所示的温度反演结果，结合GPS定位技术实现高温火源点的精准识别；

S3、根据反演得到的高温煤田火区温度分布云图及识别出的高温火源点，结合“10米内、9个人、三分钟、八个点”原则进行布孔，再根据布孔位置采用耐高温钻机进行钻孔，钻孔1的深度为300-500mm，钻孔1的直径为200-400mm，钻孔1的孔间距为600-800mm；

根据火区温度的分类钻孔的尺寸如表一所示：

表一

S4、采用全孔测温测气仪WS2782结合分布式光纤对钻孔内温度及气体进行测试，当钻孔温度高于60℃或瓦斯浓度高于1％，往钻孔1内先压注含冰水和硅胶的混合液，10min后再通过第一PLC控制器12-1控制高压泵15向钻孔1内压注液态CO₂ 10～160min；

如图3为炮孔温度的测试曲线，根据火区温度的分类液态CO₂的压注时间如表二所示：

表二

S5、在压注液态CO₂后的钻孔1上安装爆破管2并填塞炸药，爆破管2采用PVC管，管壁厚度为0.05m，爆破管2直径及长度计算如下：

D＝D₀-0.1

H＝H₀-0.2 (1)

式(1)中，D₀为钻孔直径，H₀为钻孔深度，D为爆破管2直径，H为爆破管2长度；

向爆破管2中填塞乳化炸药5，装药面密度：1.0～2.0kg/m2；单孔炸药的质量m计算如下：

式(2)中，ρ为炸药密度，H为爆破管长度，D为爆破管2直径，T₀为爆破点初始温度；

S6、采用红外测温仪及分布式光纤对爆破管2内的温度进行测试，若爆破管2内的温度高于30℃，往爆破管2内先压注含冰水4和硅胶的混合液，10min后再通过第二PLC控制器12-2控制高压泵15向爆破管2内注入液态CO₂5～80min；

根据火区的分类CO₂的注入时间如表三所示：

表三

S7、将导爆索8固定在爆破管2内，导爆索8的直径为5mm，导爆索8的长度为钻孔1高度的一半，导爆索8插入乳化炸药550±5mm深度处，采用填充物7封堵爆破管2及钻孔1，填充物7的厚度为对应的爆破管2或钻孔1高度的1/10；

S8、在爆破安全距离外，采用引爆器23引爆爆破管2内的乳化炸药5，实现高温煤田火区的爆破灭火。

本发明通过上述爆破灭火方法，能够精确识别出高温煤田火区，并针对不同温度的煤田火区实施不同的灭火方法，最后进行爆破灭火，灭火效果好，成本低。

所述爆破安全距离为煤块爆破最大抛撒距离，由式(3)确定：

式(3)中，S为爆破安全距离，V₁为碎块飞出速度；h为碎块飞散落差；g为重力加速度，H₀为钻孔深度，H为爆破管长度；

所述碎块飞出速度，由式(4)确定：

式(4)中，K1为第1次水中冲击波能量利用系数，K2为第2次水中冲击波能量利用系数，且K1＝0.31，K2＝0.17；μ为爆炸功，且μ＝4×105；ρ为煤体密度；R为爆破管半径；δ为爆破管等效壁厚，D₀为钻孔直径，H₀为钻孔深度，D为爆破管直径。

通过爆破安全距离的精确计算，确保爆破的安全性，同时节省爆破管的长度，节约成本。

所述填充物为石棉和海泡石按照质量份数1:2形成的混合物。

石棉和海泡石均有隔热、绝缘、抗腐蚀及热稳定性能，石棉和海泡石混合物作为填充物，使得填充比较密实，灭火效果好。

所述步骤S4中对钻孔内温度进行测试是通过第一温度传感报警器11-1检测钻孔1内的温度，当温度高于60℃时，第一温度传感报警器11-1通过第一传输线10-1连接第一PLC控制器12-1，第一PLC控制器12-1通过第一电磁开关13-1控制高压泵15通过第一电磁阀16-1、第一流量计17-1、第一逆止阀18-1和第一CO₂压注管9-1从耐压瓶20向钻孔1内压注液态CO₂。

通过第一温度传感报警器11-1自动检测钻孔1内的温度，当温度高于60℃时，通过第一PLC控制器12-1控制高压泵15通过从耐压瓶20向钻孔1内压注液态CO₂，自动控制，避免温度高造成煤自燃的情况。

耐压瓶20上设有压力表19，对耐压瓶20内的气体压力进行监测。

所述步骤S6中对爆破管2内的温度进行测试是通过第二温度传感报警器11-2检测爆破管2内的温度，当温度高于30℃时，第二温度传感报警器11-2通过第二传输线10-2连接第二PLC控制器12-2，第二PLC控制器12-2通过第二电磁开关13-2控制高压泵15通过第二电磁阀16-2、第二流量计17-2、第二逆止阀18-2和第二CO₂压注管9-2从耐压瓶20向爆破管2内压注液态CO₂。

通过第二温度传感报警器11-2实时检测爆破管2内的温度，当温度高于30℃时，第二PLC控制器12-2控制高压泵15从耐压瓶20向爆破管2内压注液态CO₂，对爆破管2进行自动控制，避免温度过高对爆破管造成损伤和破坏，从而确保爆破灭火的效果。

所述引爆器23通过局域网22和引爆网络21连接导爆索8，引爆爆破管2内的乳化炸药5。

如图5所示，所述引爆网络包括多个支导爆管25、导爆管24和导爆索26，多个支导爆管25与导爆管24连接，导爆索26与导爆管24连接，导爆索26上设置有电雷管27，电雷管与电源线28连接，由电源线28点火起爆。

通过引爆网络可以进行安全引爆，避免引爆造成人身伤害。

在高温煤田火区的治理中，采用高温深孔爆破技术将火区下部存在的采空区和煤层长时间燃烧形成的大空洞炸塌垮落，将空洞充填，再向塌陷区裂隙灌注少量复合胶体，将塌陷区进行覆盖、隔氧、降温，可起到熄灭火源治理火区的作用，典型工程如攀枝花宝鼎矿区海宝箐片区4层露头火灾综合治理工程。在这些高温爆破中，通过将炮孔降温、采用耐高温炸药和耐高温材料包装药包的方法，来实现爆破作业的安全。从目前我国煤火防治领域的爆破来看，一般采用炮孔降温、特殊的爆破安全技术、耐高温爆破器材和爆破器材的隔热包装的方法，来保证爆破施工的安全。在实际的操作中并未根据不同的炮孔温度，采用不同的爆破器材和不同的安全技术措施，仅仅针对灭火降温、隔热材料、爆破技术等几个方面进行研究。

本发明较好地解决了传统高温爆破工艺灭火效果差、炮孔孔数受限、副作用大等弊端。本发明能够精确识别出高温煤田火区，并针对不同温度的煤田火区及不同的钻孔温度实施不同的灭火方法，最后进行爆破灭火，灭火效果好，成本低。

本发明不受地形影响，对阻燃材料性能要求不高，施工简单方便、容易操作、安全性高。能够对高温煤田火区进行大规模精准分区爆破。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用无人机携带红外测温仪及分布式光纤对煤田火区温度进行探测后反演出煤田火区温度分布云图，根据煤田火区温度分布云图进行区域划分，识别出高温煤田火区，采用红外测温仪对高温煤田火区进行扫描式测温后反演出高温煤田火区温度分布云图；

S2、将高温煤田火区的温度数据采用MATLAB进行反演解算，结合GPS定位技术实现高温火源点的精准识别；

S3、根据反演得到的高温煤田火区温度分布云图及识别出的高温火源点，结合“10米内、9个人、三分钟、八个点”原则进行布孔，再根据布孔位置采用耐高温钻机进行钻孔，钻孔(1)的深度为300-500mm，钻孔(1)的直径为200-400mm，钻孔(1)的孔间距为600-800mm；

S4、采用全孔测温测气仪结合分布式光纤对钻孔内温度及气体进行测试，当钻孔(1)内的温度高于60℃或瓦斯浓度高于1％，往钻孔(1)内先压注含冰水(4)和硅胶的混合液，10min后再通过第一PLC控制器(12-1)控制高压泵(15)向钻孔(1)内压注液态CO₂ 10～160min；

S5、在压注液态CO₂后的钻孔(1)上安装爆破管(2)并填塞炸药，爆破管(2)采用PVC管，管壁厚度为0.05m，爆破管(2)直径及长度计算如下式：

D＝D₀-0.1

H＝H₀-0.2 (1)

式(1)中，D₀为钻孔直径，H₀为钻孔深度，D为爆破管(2)直径，H为爆破管(2)长度；

向爆破管(2)中填塞乳化炸药(5)，装药面密度：1.0～2.0kg/m2；单孔炸药的质量m计算如下式：

式(2)中，ρ为炸药密度，H为爆破管长度，D为爆破管(2)直径，T₀为爆破点初始温度；

S6、采用红外测温仪及分布式光纤对爆破管(2)内的温度进行测试，若爆破管(2)内的温度高于30℃，往爆破管(2)内先压注含冰水(4)和硅胶的混合液，10min后再通过第二PLC控制器(12-2)控制高压泵(15)向爆破管(2)内注入液态CO₂5～80min；

S7、将导爆索(8)固定在爆破管(2)内，导爆索(8)的直径为5mm，导爆索(8)的长度为钻孔(1)高度的一半，导爆索(8)插入乳化炸药(5)50±5mm深度处，采用填充物(7)封堵爆破管(2)及钻孔(1)，填充物(7)的厚度为对应的爆破管(2)或钻孔(1)高度的1/10；

S8、在爆破安全距离外，采用引爆器(23)引爆爆破管(2)内的乳化炸药(5)，实现高温煤田火区的爆破灭火。

2.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，其特征在于，所述爆破安全距离为煤块爆破最大抛撒距离，由式(3)确定：

式(3)中，S为爆破安全距离，V₁为碎块飞出速度；h为碎块飞散落差；g为重力加速度，H₀为钻孔深度，H为爆破管长度；

所述碎块飞出速度，由式(4)确定：

式(4)中，K1为第1次水中冲击波能量利用系数，K2为第2次水中冲击波能量利用系数，且K1＝0.31，K2＝0.17；μ为爆炸功，且μ＝4×105；ρ为煤体密度；R为爆破管半径；δ为爆破管等效壁厚，D₀为钻孔直径，H₀为钻孔深度，D为爆破管直径。

3.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，其特征在于，所述填充物为石棉和海泡石按照质量份数1:2形成的混合物。

4.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，其特征在于，所述步骤S4中对钻孔内温度进行测试是通过第一温度传感报警器(11-1)检测钻孔(1)内的温度，当温度高于60℃时，第一温度传感报警器(11-1)通过第一传输线(10-1)连接第一PLC控制器(12-1)，第一PLC控制器(12-1)通过第一电磁开关(13-1)控制高压泵(15)通过第一电磁阀(16-1)、第一流量计(17-1)、第一逆止阀(18-1)和第一CO₂压注管(9-1)从耐压瓶(20)向钻孔(1)内压注液态CO₂。

5.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，其特征在于，所述步骤S6中对爆破管(2)内的温度进行测试是通过第二温度传感报警器(11-2)检测爆破管(2)内的温度，当温度高于30℃时，第二温度传感报警器(11-2)通过第二传输线(10-2)连接第二PLC控制器(12-2)，第二PLC控制器(12-2)通过第二电磁开关(13-2)控制高压泵(15)通过第二电磁阀(16-2)、第二流量计(17-2)、第二逆止阀(18-2)和第二CO₂压注管(9-2)从耐压瓶(20)向爆破管(2)内压注液态CO₂。

6.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，其特征在于，所述步骤S8中引爆器(23)通过局域网(22)和引爆网络(21)连接导爆索(8)，引爆爆破管(2)内的乳化炸药(5)。

7.如权利要求6所述的高温煤田火区精准分区爆破灭火方法，其特征在于，所述引爆网络包括多个支导爆管(25)、导爆管(24)和导爆索(26)，多个支导爆管(25)与导爆管(24)连接，导爆索(26)与导爆管(24)连接，导爆索(26)上设置有电雷管(27)，电雷管与电源线(28)连接，由电源线(28)点火起爆。