CN110792466A - 煤矿火区下开采的防灭火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采煤技术领域，具体涉及一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法；包括以下步骤：（1）地面建立集中灌浆系统，向上覆火区进行灌浆；（2）采用均压通风，布置均压通风系统及通风设施；（3）气雾阻化；本发明通过采取火区黄泥灌浆，下分层工作面均压通风和喷洒阻化剂，粉煤灰和胶凝剂新材料的应用等一系列的防灭火技术措施，达到煤矿火区下安全生产和回撤的目的；提高了煤炭回收率，消除了不安全隐患，取得了极大的经济效益和社会效益，所以推广应用前景非常广阔。
Description
技术领域
本发明涉及采煤技术领域，具体涉及一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法。
背景技术
矿井火灾是煤矿的重大自然灾害之一。矿井火灾不仅能使矿井遭受巨大的物质损失， 同时它也是导致井下职工伤亡的重要根源。 煤矿井下自然发火产生的有毒有害气体和引发的火灾气体、 瓦斯爆炸等事故， 严重威胁矿工生命安全， 恶化自然环境， 已经成为制约煤矿安全生产的关键因素之一。煤矿井下自燃主要发生在采空区、 压裂的煤柱等地点， 其中以采空区最为严重。 所以防治采空区自然发火对防治煤矿自燃事故具有非常重要的意义。
本发明为解决采煤工作面上覆的采空区存在的火区风险较大，威胁采煤工作面的正常进行的技术问题，提供一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法，包括以下步骤：
（1）地面建立集中灌浆系统，向上覆火区进行灌浆；
（2）采用均压通风，布置均压通风系统及通风设施：在工作面皮带巷施工均压硐室，安装四台均压风机，两用两备，满足工作面风量及风压需求，通过皮带头设置均压风门，调控巷二道增阻控风设施；
在工作面两顺槽的端头后方用粉煤灰和胶凝剂构筑两道密闭，工作面推进每10米构筑一次，构筑5次后工作面推进每30米构筑一次，构筑10次后工作面推进每50米构筑一次，同时及时合理调控工作面的风压和漏风风量，调控后漏风为80m3/min；
（3）气雾阻化，汽雾阻化防灭火系统包括雾化泵站，管路系统及雾化部分，雾化泵站设有雾液泵、过滤器、液箱、电气开关等；管路系统由高压管、高压球阀、连接头组成；雾化部分包括喷雾嘴，工作面长度每90米，设立雾化点3个，选择MgCI2溶液为阻化剂，浓度为15%。
进一步的，步骤（1）中向上覆巷道标高最高处施工一个钻孔，向上覆采空火区黄泥灌浆，水土比为5:1，日灌浆量不低于300立方米。
进一步的，步骤（2）风机安设处用片石墙镶嵌硬质风筒，硬质风筒中间必须砌筑两道挡风墙，两道挡风墙的两侧安装U 型压差计，测定挡风墙两侧的压差；皮带巷皮带头构筑2道均压风门，行人侧各安装小风门一扇，小风门规格：1.2×0.7m；两道控风设施的两侧安装U 型压差计，测定控风设施两侧的压差。
进一步的，步骤（2）均压风机采用FBDNO7.1 型2×45kW 对旋风机2台。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明通过采取火区黄泥灌浆，下分层工作面均压通风和喷洒阻化剂，粉煤灰和胶凝剂新材料的应用等一系列的防灭火技术措施，达到煤矿火区下安全生产和回撤的目的。提高了煤炭回收率，消除了不安全隐患，取得了极大的经济效益和社会效益，所以推广应用前景非常广阔。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
本实施例以大同煤矿集团有限责任公司四老沟矿为例：
四老沟矿所开采14-3#层404盘区，上覆11#层为小窑破坏区域，层间距30米。14#层404盘区8427工作面上覆11#层为双界、360小窑破坏区，2001 年小窑因发生煤炭自燃封闭井口，经对地面山体裂隙检查，发现一氧化碳浓度高达500ppm，可以确认360小窑煤层自燃发火封闭后仍有火区存在，为了保障8427工作面能够安全顺利的开采，采用如下防灭火方法：
（1）地面建立集中灌浆系统
根据小窑管理科提供的图纸资料，在地面向360小窑巷道标高最高处施工一个钻孔，向小窑进行灌浆。①灌浆材料。根据本矿的地理位置及地面条件，山体表土层厚达30米，取土方便，所以本矿井确定采用附近山体表土层的黄土作为灌浆材料。②供水管路。地面集中灌浆工地距矿井最近水源距离为3千米，采用韧性好、强度高、容易连接的PE100 管路输水。③供电系统。灌浆工地距四老沟矿南羊路工业广场直线距离为3 千米，从工业广场架线输送电路，以解决灌浆工地的用电。④灌浆量。根据同煤集团“一通三防”管理规定，单孔灌浆日灌浆量不得低于100立
方米，由于360小窑存在火区，矿井在火区下进行开采，为了快速有效的使小窑火区熄灭，所以矿井通风部门研究决定日灌浆量不得低于300立方米。⑤灌浆方法。根据360小窑的巷道布置及煤层开采特点，在小窑巷道标高最高处通过钻孔直接灌浆，从地面到小窑巷道顶板埋设DN108无缝钢管，为了便于泥浆的流动，土水比为1：5。
（2）采用均压通风
四老沟矿通风方法为抽出式，404 盘区14-3#层与11#层层间距为30米，在开采下分层时采空区容易与上分层塌通，导致小煤窑有害气体下泄，特别是透过地面裂隙向360小窑火区漏风供氧，因此对8427工作面采用均压通风。
均压通风方法为：
①均压通风系统及通风设施布置。在14-3#层404盘区2427巷均压硐室安装四台均压风机，两用两备，风机向2427巷内方向排风，风机安设必须牢固可靠，用片石墙镶嵌硬质风筒，硬质风筒中间必须砌筑两道挡风墙，两道挡风墙的两侧安装U 型压差计，测定挡风墙两侧的压差。2427巷皮带头构筑2道均压风门，行人侧各安装小风门一扇，小风门规格：1.2×0.7m。在14-3#层404盘区5427 巷构筑二道增阻控风设施，以达到调控进风风流的风量和风压的作用，设施中部留设风门，以便行人和运料，两道控风设施的两侧安装U 型压差计，测定控风设施两侧的压差。在工作面头部和中部安装联通支架后采空区的U 型压差计，用以观察工作面与采空区的压差，通过调节5427巷的二道控风设施的风阻，达到工作面与采空区均压的目的。②均压风机选型。根据矿井配风标准计算及风速验算结果，最终确定本工作面配风为820m3/min。符合《煤矿安全规程》规定。经测定工作面进、回风压差约60-80Pa 故选FBDNO7.1 型2×45kW 对旋风机，风量550-820m3/min，可满足要求。
风量风压的调配
由于矿井的通风方法为抽出式，均压实际是升高工作面的风压，使工作面和采空区的风压相等，以达到阻止上分层小窑有害气体下泄目的，但在实际操作中完全均压是难以控制的。鉴于小窑有火区存在，如果控制不好，极有可能小窑火区有毒有害气体向工作面涌出，经研究试验通过调控风阻，使工作面的风压略大于采空区风压，工作面漏风的风量为50-60m3/min。
404盘区8427工作面初步跨落步距为40米，正常开采后工作面一直比较稳定，当工作面推进120米时，上隅角一氧化碳浓度急剧升高，现场通风管理人员立即通知工作面跟班队长和安检员、瓦检员组织撤人并设警戒，与测风员及时组织进行调控工作面的风压，上隅角不再有烟雾涌出，传感器一氧化碳浓度在逐步下降，5分钟后传感器显示正常，经测风工作面的漏风增加到240m3/min。研究分析造成上隅角一氧化碳涌出的原因为本工作面采空区顶板跨落，导致上覆11#层小窑采空区顶板大面积跨落，小窑采空区气体压强瞬间急剧增大所至，经通风管理人员研究决定在工作面两顺槽的端头后方用粉煤灰和胶凝剂构筑两道密闭，工作面推进每10米构筑一次，构筑5次后工作面推进每30米构筑一次，构筑10次后工作面推进每50米构筑一次。同时及时合理调控工作面的风压和漏风风量，调控后漏风为80m3/min。直到工作面安全开采结束，再没有发生一氧化碳涌出的现象，通过采取均压的方法使工作面在火区下安全顺利生产。
（3）气雾阻化
矿井14-3#煤层属于容易自燃煤层，自燃发火等级为Ⅰ级。这就很容易造成下分层采空区遗煤自燃，为了防止14#层8427工作面采空区遗煤自燃，采取气雾阻化是非常必要的。
汽雾阻化防灭火原理
①要分析阻化剂对煤的阻化原理，首先要了解煤的自然机理，煤炭吸收空气中的氧气，氧化后开始在煤机构的活动链上产生不稳定的初级氧化物，首先是把煤中的氢原子氧化成羟基（OH），其次把碳原子氧化成羧基（COOH），最后羟基被氧化成CO2、CO、H2O，在这些反应过程中随时产生微热，氧与煤相互作用加速，最终导致自燃发火。阻化剂防止煤炭自燃发火主要有以下三个方面的作用：一是产生负催化作用。二是隔绝作用。三是吸水降温作用。汽雾阻化作用的氯化物药剂（MgCl2），水解时呈中性，对设备的腐蚀性小，因此选择MgCl2 作为阻化剂较为经济合理。在应用汽雾阻化防灭火技术时，在漏风通道入口设置雾化器，并将阻化剂变为阻化汽雾，阻化汽雾以漏风为载体，向采空区漂移，随着漏风风流的漂移落在煤体表面，从而起到阻化防灭火的作用，这一技术关键是利用采空区的漏风，一般来说，漏风所到之处是容易发生自燃发火的地方。②汽雾阻化防灭火装备：本系统包括雾化泵站，管路系统及雾化部分，雾化泵站设有雾液泵、过滤器、液箱、电气开关等；管路系统由高压管、高压球阀、连接头组成；雾化部分包括喷雾嘴。
汽雾阻化防灭火工艺
①作面长度90米，共设立雾化点3个，即在工作面端头、距工作面端头35米处和70米处。②阻化剂的浓度根据抚顺煤科院实验数据分析，选择MgCI2溶液为阻化剂，浓度为15%，既能起到防灭火的效果而且又经济合理。工作面喷雾工作量计算：工作面计划每天检修班喷1.5m3 的液箱一箱，氯化镁为5袋。
Claims (4)
1.一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）地面建立集中灌浆系统，向上覆火区进行灌浆；
（2）采用均压通风，布置均压通风系统及通风设施：在工作面皮带巷施工均压硐室，安装四台均压风机，两用两备，满足工作面风量及风压需求，通过皮带头设置均压风门，调控巷二道增阻控风设施；
在工作面两顺槽的端头后方用粉煤灰和胶凝剂构筑两道密闭，工作面推进每10米构筑一次，构筑5次后工作面推进每30米构筑一次，构筑10次后工作面推进每50米构筑一次，同时及时合理调控工作面的风压和漏风风量，调控后漏风为80m3/min；
（3）气雾阻化，汽雾阻化防灭火系统包括雾化泵站，管路系统及雾化部分，雾化泵站设有雾液泵、过滤器、液箱、电气开关等；管路系统由高压管、高压球阀、连接头组成；雾化部分包括喷雾嘴，工作面长度每90米，设立雾化点3个，选择MgCI2溶液为阻化剂，浓度为15%。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法，其特征在于，步骤（1）中向上覆巷道标高最高处施工一个钻孔，向上覆采空火区黄泥灌浆，水土比为5:1，日灌浆量不低于300立方米。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法，其特征在于，步骤（2）风机安设处用片石墙镶嵌硬质风筒，硬质风筒中间必须砌筑两道挡风墙，两道挡风墙的两侧安装U 型压差计，测定挡风墙两侧的压差；皮带巷皮带头构筑2道均压风门，行人侧各安装小风门一扇，小风门规格：1.2×0.7m；两道控风设施的两侧安装U 型压差计，测定控风设施两侧的压差。
4.根据权利要求1或2所述的一种煤矿火区下开采工作面的防灭火方法，其特征在于，步骤（2）均压风机采用FBDNO7.1 型2×45kW 对旋风机2台。
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