CN110985095A - 采空区注浆注氮防灭火方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种采空区注浆注氮防灭火方法，其包括：在待开采煤层中沿开采方向预埋注浆管路和注氮管路；当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆；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。利用本申请不仅可避免采空区遗煤发生自燃现象，还可起到灭火效果，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注浆注氮防灭火方法。
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注浆注氮防灭火方法，以解决上述技术问题。
本申请提出一种采空区注浆注氮防灭火方法，其包括：在待开采煤层中沿开采方向预埋注浆管路和注氮管路；当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆；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。
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，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前，还包括：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。
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：当注氮管路的注氮口进入窒息带，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，当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆包括：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，监测采煤工作面的回采距离；当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆。
可选地，注浆完成后，清洗注浆管路。
本申请提供的采空区注浆注氮防灭火方法通过在待开采煤层内预埋注浆管路和注氮管路，在回采距离大于预定距离时，向采空区注浆，在注氮管路的注氮口进入氧化升温带后，向采空区注入氮气，泥浆覆盖采空区遗煤，氮气将氧气浓度稀释降低，不仅可避免采空区遗煤发生自燃现象，还可起到灭火效果，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是本申请的采空区注浆注氮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。
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示出了本申请提供的采空区注浆注氮防灭火方法的流程示意图，如图1所示，本申请提供的采空区注浆注氮防灭火方法，其包括：
S100，在待开采煤层中沿开采方向预埋注浆管路和注氮管路；
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浆管路和注氮管路。
S200，当采煤工作面回采预定距离后，注浆管路开始注浆；
在本实施例中，采煤工作面回采距离超过300米后，注浆管路开始注浆。
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。
S300，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。
在本实施例中，注氮管路只在氧化升温带内注氮，在注氮初期(例如注氮前1小时内)，注氮强度要大，然后随着注氮时间的增长，注氮强度逐渐减小。
所述注氮管路的注氮量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。
本申请提供的采空区注浆注氮防灭火方法通过在待开采煤层内预埋注浆管路和注氮管路，在回采距离大于预定距离时，向采空区注浆，在注氮管路的注氮口进入氧化升温带后，向采空区注入氮气，泥浆覆盖采空区遗煤，氮气将氧气浓度稀释降低，不仅可避免采空区遗煤发生自燃现象，还可起到灭火效果，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。
进一步地，S300，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前，还包括：
S220，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。
S240，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。
通过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。
较佳地，S300，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：
S310，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；
S320，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。
较佳地，S300，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。
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。
优选地，S300，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：
S330，监测注氮管路的注氮口是否进入窒息带；
S340，当注氮管路的注氮口进入窒息带，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。
可选地，S340，当注氮管路的注氮口进入窒息带，停止注氮，具体地包括：
S341，监测采煤工作面推进距离；
S342，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；
S343，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。
S344，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；
S345，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。
可选地，S200，当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆包括：
S210，实时监测采煤工作面的推进速度；
S220，当所述推进速度小于最小安全推进速度时，监测采煤工作面的回采距离；
例如推进速度为8m/d，最小安全推进速度为3m/d，则监测采煤工作面的回采距离。
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。
当推进速度一直大于最小安全推进速度时，可使氧气和采空区遗煤的接触时间小于最短自然发火周期，因此，不会发生自燃发火问题。
S230，当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆。
例如，回采距离为50m，预定距离为40m，则注浆管路开始注浆。
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。
在一个具体实施例中，注浆完成后，清洗注浆管路，以防止泥浆堵塞管路，影响后续使用。
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)
1.一种采空区注浆注氮防灭火方法，其特征在于，包括：
在待开采煤层中沿开采方向预埋注浆管路和注氮管路；
当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆；
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。
2.如权利要求1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。
3.如权利要求2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前，还包括：
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。
4.如权利要求3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：
当注氮管路的注氮口进入窒息带，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1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1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所述的方法，其特征在于，当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆包括：
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，监测采煤工作面的回采距离；
当采煤工作面的回采距离大于预定距离时，注浆管路开始注浆。
10.如权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，注浆完成后，清洗注浆管路。
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