CN110985094A - 采空区综合防灭火方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种采空区综合防灭火方法，其包括：获取采空区漏风通道的位置；根据所述漏风通道的位置确定与漏风通道连通的地表裂隙；回填地表裂隙；向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤。利用本申请能够避免采空区遗煤发生自燃现象，达到防灭火的目的，保证采煤工作的顺利进行，提高采煤作业的安全系数。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿技术领域，具体涉及一种采空区综合防灭火方法。
背景技术
目前，煤矿在开采过程中，采空区会存在煤柱等遗留煤层。随着工作面的不断推进，采空区遗煤可能会自燃发火，导致采煤工作面的无法推进，影响采煤工作的顺利进行。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种采空区综合防灭火方法，以解决上述技术问题。
本申请提出一种采空区综合防灭火方法，其包括：获取采空区漏风通道的位置；根据所述漏风通道的位置确定与漏风通道连通的地表裂隙；回填地表裂隙；向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤。
可选地，根据所述漏风通道的位置确定与漏风通道连通的地表裂隙包括：逐一在漏风通道的位置处释放示踪气体；在地表裂隙处采集气样；检测气样的成分；当气样中存在示踪气体时，则释放示踪气体所在位置的漏风通道与该气样采集位置处的地表裂隙连通。
可选地，所述注浆管路的注浆量Q为：
其中，Ks为冲刷注浆管路防止堵塞涌水量的备用系数；δ为泥浆土水比的倒数；H为顶煤厚度；Kp为碎胀系数；Lt为注浆区走向长度或者切眼宽度或者停采线宽度或者联巷长度；Ls为注浆区倾斜长度或者工作面倾斜长度；n为孔隙率；p为泥浆制成率系数。
可选地，还包括：在待开采煤层中沿开采方向预埋注氮管路；获取距离采煤工作面不同距离处的氧气浓度值；沿采空区至采煤工作面的方向，根据氧气浓度值将采空区划分为窒息带、氧化升温带、散热带；当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮；当注氮管路的注氮口进入窒息带时，停止注氮。
可选地，所述注氮管路的注氮量QN为：
其中，Q0为采空区氧化升温带内的漏风量；C1为采空区氧化升温带内的氧气浓度值；C2为采空区惰化防火指标；CN为注入的氮气浓度；k为备用系数。
可选地，当注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮包括：监测采煤工作面推进距离；当采煤工作面推进距离超过氧化升温带的宽度时，布设第二根注氮管路；当注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮，控制第二根注氮管路开始注氮。
可选地，当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮之后，还包括：实时监测采煤工作面回风隅角处和/或回风流中的气体成分；当出现乙烯气体时，在采煤工作面回风顺槽建立封堵墙，将采空区和工作面隔离，并加大注氮量。
可选地，当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮之后，还包括：实时监测采煤工作面回风隅角处和/或回风流中一氧化碳的浓度；当一氧化碳浓度不断升高时，在采煤工作面回风顺槽建立封堵墙，将采空区和工作面隔离，并加大注氮量。
可选地，向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤包括：实时监测采煤工作面的推进速度；当所述推进速度小于最小安全推进速度时，向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤。
可选地，还包括：在采煤工作面进风端隅角处悬挂挡风帘，采煤工作面回风端隅角处设置挡风帘导风。
本申请提供的采空区综合防灭火方法通过采空区漏风通道的位置，找到与漏风通道相连通的地表裂隙，回填地表裂隙，再向采空区注浆，在减小空气流动的情况下，同时将采空区遗煤与空气隔离，可避免采空区遗煤发生自燃现象，达到防灭火的目的，保证采煤工作的顺利进行，提高采煤作业的安全系数。
附图说明
图1是本申请的采空区综合防灭火方法的流程图。
图2是本申请的采空区“三带”分布示意图。
图3是本申请的进风端隅角和回风端隅角的分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本申请的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1示出了本申请的采空区综合防灭火的流程图，如图1所示，本申请提供的采空区综合防灭火方法，其包括：
S110，获取采空区漏风通道的位置；
可根据已有的矿井整体通风网格系统，采用现有的FLUENT软件根据自适应网格技术计算出漏风通道所在区域。再根据该区域排查漏风通道，确定漏风通道的位置。
S120，根据所述漏风通道的位置确定与漏风通道连通的地表裂隙；
在回风巷与进风巷、切眼线以及停采线围成的区域在地面的投影区域内进行排查，以减小排查面积，提高排查效率。
S130，回填地表裂隙；
地表裂隙跟随回采工作面的推进，随采随填，回填进度不得滞后回采工作面100m。
S140，向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤。
可预先在埋设注浆管路，待回采工作面向前推进若干距离(例如300米)后，向采空区注浆。也可在采空区遗煤有自燃征兆时，注浆灭火。
所述注浆管路的注浆量Q为：
其中，注浆量Q的单位为m3；
Ks为冲刷注浆管路防止堵塞涌水量的备用系数，一般取1.1-1.25；
δ为泥浆土水比的倒数，一般为3-5，本实施例中，取4；
H为顶煤厚度，单位m，其中，切眼处顶煤厚度为煤层厚度与切眼高度差，停采线处顶煤厚度为煤层厚度与主回撤通道高度差，巷道顶煤厚度为煤层厚度与巷道高度之差；
Kp为碎胀系数，一般为1.3；
Lt为注浆区走向长度或者切眼宽度或者停采线宽度或者联巷长度，单位m，其中，胶运顺槽和回风顺槽处Lt可取300m；
Ls为注浆区倾斜长度或者工作面倾斜长度，单位m，其中，切眼处和停采线处，Ls为工作面倾斜长度，胶运顺槽和回风顺槽处Ls取6m；
n为孔隙率，一般取0.4；
p为泥浆制成率系数，一般取0.88。
本申请提供的采空区综合防灭火方法通过采空区漏风通道的位置，找到与漏风通道相连通的地表裂隙，回填地表裂隙，再向采空区注浆，在减小空气流动的情况下，同时将采空区遗煤与空气隔离，可避免采空区遗煤发生自燃现象，达到防灭火的目的，保证采煤工作的顺利进行，提高采煤作业的安全系数。
较佳地，S120，根据所述漏风通道的位置确定与漏风通道连通的地表裂隙，具体地包括：
S121，逐一在漏风通道的位置处释放示踪气体；
例如，漏风通道的数量为两个，每次只在一个漏风通道的位置处释放示踪气体。在本实施例中，示踪气体可采用SF6(六氟化硫)。
S122，在地表裂隙处采集气样；
在地面的所有地表裂隙处采集气样。例如，地表裂隙具有四条，在每个漏风通道位置处释放示踪气体时，需要在四条地表裂隙处采气样。
S123，检测气样的成分；
可利用现有的气体检测仪器进行检测。
S124，当气样中存在示踪气体时，则释放示踪气体所在位置的漏风通道与该气样采集位置处的地表裂隙连通。
两个漏风通道分别为A、B，四条地表裂隙分别为1、2、3和4。在A处释放SF6，在1处检测到SF6，2-4处没有检测到该气体，说明漏风通道A与地表裂隙1连通。
在B处释放SF6，在2、3处均检测到SF6，1、4处没有检测到该气体，说明漏风通道B与地表裂隙2、3连通。
回填时，可只回填地表裂隙1-3。但是，在后续监测时，仍需要对所有地表裂隙进行检测。
通过示踪气体获取与漏风通道相连通的地表裂隙，可减小回填量，降低防灭火成本。
优选地，采空区综合防灭火方法还包括：S150，注氮步骤；其包括：
S151，在待开采煤层中沿开采方向预埋注氮管路；
工作面切眼后，可先在切眼处注浆，然后再在待开采煤层中，沿着工作面推进方向布设注氮管路。
S152，获取距离采煤工作面不同距离处的氧气浓度值；
将采空区均匀划分为N个区域，分别测量各个区域内的氧气浓度值。
S153，沿采空区至采煤工作面的方向，根据氧气浓度值将采空区划分为窒息带、氧化升温带、散热带；
如图2所示，根据N个区域的氧气浓度值，将采空区划分为窒息带、氧化升温带、散热带三个区域。
其中，所述窒息带的氧气浓度值小于7％，氧化升温带的氧气浓度值大于等于7％，且小于等于18％，散热带的氧气浓度大于18％。
在本实施例中，窒息带、氧化升温带、散热带的范围分别为：与采煤工作面间距大于135.9m的区域，与采煤工作面间距介于38.5-135.9之间的区域、与采煤工作面间距小于38.5m的区域。
S154，当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮；
在一个具体实施例中，注氮管路的注氮量QN为：
其中，QN单位为，m3/h；Q0为采空区氧化升温带内的漏风量，m3/min在本实施例中，Q0可取10m3/min；
C1为采空区氧化升温带内的氧气浓度值，氧气浓度值在7％～18％之间的区域为氧化升温带，在本实施例中，C1＝13％；
C2为采空区惰化防火指标，注氮后采空区氧气浓度值不得大于7％，C2可取7％；
CN为注入的氮气浓度，CN≥97％，在本实施例中，CN为98％；
k为备用系数，一般为1.2-1.5，本实施例中，k＝1.2。
S155，当注氮管路的注氮口进入窒息带时，停止注氮。
由于窒息带内氧气浓度值较小，因此，可以不再进行注氮，可减少注氮量，进一步地降低防灭火成本。
通过向采空区内注氮，可稀释氧气浓度，更好地避免自燃发生，而且将采空区划分为三个区域，可针对性地进行注氮，减少注氮量，降低防灭火成本。
优选地，S155，当注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮包括：
S1551，监测采煤工作面推进距离；
S1552，当采煤工作面推进距离超过氧化升温带的宽度时，布设第二根注氮管路；
S1553，当注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮，控制第二根注氮管路开始注氮。
当注氮管路的注氮口进入窒息带时，第二根注氮管路的注氮口进入氧化升温带，开始注氮。
注氮时，注氮口应高于底板300mm以上，且90°弯拐向采空区，注氮口所在的平面与采煤工作面保持平行，以方便注氮。
S1554，当采煤工作面的推进距离再次超过氧化升温带的宽度时，布设第三根注氮管路；
S1555，当第二根注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮，控制第三根注氮管路开始注氮，依次类推。
通过逐根布设注氮管路，可保证注氮工作始终在氧化升温带内进行，可保证防灭火的精准性。
进一步地，S154，当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮之后，还包括：
S1541，实时监测采煤工作面回风隅角处和/或回风流中的气体成分；
S1542，当出现乙烯气体时，在采煤工作面回风顺槽建立封堵墙，将采空区和工作面隔离，并加大注氮量。
当采煤工作面回风隅角和/或回风流中出现C2H4时，表明采空区遗煤已进入加速氧化阶段，应当加大注氮量(例如，2QN)，建立封堵墙，并采用移动式注浆设备向采空区注浆，避免发生自燃发火。
当出现乙炔气体时，表明采空区遗煤已进入激烈氧化阶段，即将发生自然发火，应随时准备封闭采煤工作面，进行灭火。
通过监测气体成分，获取采空区遗煤的氧化进度，从而更好地进行防灭火。
优选地，S154，当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮之后，还包括：
S1543，实时监测采煤工作面回风隅角处和/或回风流中一氧化碳浓度；
S1544，当一氧化碳浓度不断升高时，在采煤工作面回风顺槽建立封堵墙，将采空区和工作面隔离，并加大注氮量。
在一个具体实施例中，气体成分和一氧化碳浓度可以同时监测。当CO浓度不断升高时，也表明采空区遗煤已经进入加速氧化阶段，应建立封堵墙，加大注氮量(例如，2QN)。
通过监测一氧化碳浓度不断升高，获取采空区遗煤的氧化进度，从而更好地进行防灭火。
较佳地，S140，向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤，具体地包括：
S141，实时监测采煤工作面的推进速度；
S142，当所述推进速度小于最小安全推进速度时，向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤。
在一个具体实施例中，最小安全推进速度υ＝A×LMAX/τ；其中，LMAX为氧化升温带的最大宽度值，单位为米；τ为最短自燃发火周期，单位为天；最小安全推进速度单位为米/天。
当所述推进速度小于最小安全推进速度时，说明采空区遗煤与氧气的接触时间大于最短自然发火周期，存在发生煤层自燃的可能，需要进行注浆工作。
通过监测采煤工作面的推进速度，从而判断是否注浆，可提高注浆的精确性，减小注浆量，节约注浆成本。
进一步地，如图3所示，采空区综合防灭火方法还包括：在采煤工作面进风端隅角处悬挂挡风帘，采煤工作面回风端隅角处设置挡风帘导风，可增大风阻，减少进入采空区的进风量和漏风量，减少氧气的供入，提高防灭火效果。
其中，进风端隅角为采煤工作面的进风侧，同时靠近进风巷和采空区边缘的三角地带。
回风端隅角为采煤工作面的回风侧，同时靠近回风巷和采空区边缘的三角地带。
以上，结合具体实施例对本申请的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本申请的思想。本领域技术人员在本申请具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本申请保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采空区综合防灭火方法，其特征在于，包括：
获取采空区漏风通道的位置；
根据所述漏风通道的位置确定与漏风通道连通的地表裂隙；
回填地表裂隙；
向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述漏风通道的位置确定与漏风通道连通的地表裂隙包括：
逐一在漏风通道的位置处释放示踪气体；
在地表裂隙处采集气样；
检测气样的成分；
当气样中存在示踪气体时，则释放示踪气体所在位置的漏风通道与该气样采集位置处的地表裂隙连通。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注浆管路的注浆量Q为：
其中，Ks为冲刷注浆管路防止堵塞涌水量的备用系数；
δ为泥浆土水比的倒数；H为顶煤厚度；Kp为碎胀系数；
Lt为注浆区走向长度或者切眼宽度或者停采线宽度或者联巷长度；
Ls为注浆区倾斜长度或者工作面倾斜长度；
n为孔隙率；
p为泥浆制成率系数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在待开采煤层中沿开采方向预埋注氮管路；
获取距离采煤工作面不同距离处的氧气浓度值；
沿采空区至采煤工作面的方向，根据氧气浓度值将采空区划分为窒息带、氧化升温带、散热带；
当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮；
当注氮管路的注氮口进入窒息带时，停止注氮。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述注氮管路的注氮量QN为：
其中，Q0为采空区氧化升温带内的漏风量；
C1为采空区氧化升温带内的氧气浓度值；
C2为采空区惰化防火指标；
CN为注入的氮气浓度；
k为备用系数。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮包括：
监测采煤工作面推进距离；
当采煤工作面推进距离超过氧化升温带的宽度时，布设第二根注氮管路；
当注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮，控制第二根注氮管路开始注氮。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮之后，还包括：
实时监测采煤工作面回风隅角处和/或回风流中的气体成分；
当出现乙烯气体时，在采煤工作面回风顺槽建立封堵墙，将采空区和工作面隔离，并加大注氮量。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当注氮管路的注氮口进入氧化升温带时，注氮管路开始注氮之后，还包括：
实时监测采煤工作面回风隅角处和/或回风流中一氧化碳的浓度；
当一氧化碳浓度不断升高时，在采煤工作面回风顺槽建立封堵墙，将采空区和工作面隔离，并加大注氮量。
9.如权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤包括：
实时监测采煤工作面的推进速度；
当所述推进速度小于最小安全推进速度时，向采空区注浆，充填所述漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤。
10.如权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，还包括：在采煤工作面进风端隅角处悬挂挡风帘，采煤工作面回风端隅角处设置挡风帘导风。
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