CN112879074A - 一种用于采空区快速防灭火的正负压注惰方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开公开一种用于采空区快速防灭火的正负压注惰方法及系统，属于煤矿火灾防治领域，通过在遗煤氧化高温点及自然发火区域上方位置和漏风流下风口进行高位钻孔，通过在上方位置的高位钻孔对遗煤氧化高温点及自然发火区域注入惰性气体，遗煤氧化高温点及自然发火区域的漏风风流在负压作用下，沿着风流场进入高位钻孔，惰性气体在正压作用下，迅速填充，可在短时间内降低遗煤氧化高温点及自然发火区域氧浓度，抑制遗煤氧化进程，从而实现高温点及自然发火区域快速高效防灭火。

Description

一种用于采空区快速防灭火的正负压注惰方法及系统

技术领域

本公开属于煤矿火灾防治领域，具体涉及一种用于采空区快速防灭火的正负压注惰方法及系统。

背景技术

煤炭一直是国家的主体能源，始终占一次性能源结构70％左右比重，最高时达90％。煤炭在我国经济发展中，有着极为重要的战略地位。近些年，尽管我国煤矿生产的安全状况得到很大改善，然而安全形式依然严峻，其中，火灾是矿井主要灾害之一。采空区遗煤自燃是引发矿井火灾的主要因素，我国国有煤矿企业中60％左右的火灾源自采空区遗煤自燃。因此专家们在采空区防灭火技术方面开展大量研究，目前常用的防灭火技术有注惰、注三相泡沫、注凝胶、灌浆、阻化剂等等，都是存在灌浆无法向高处堆积，无法防治采空区中、高及顶板位置煤自燃，阻化剂不易均匀分布，不能覆盖全部遗煤，且对设备造成腐蚀，三相泡沐价格昂贵且保水性差，凝胶技术流动性差无法大面积使用，注惰成为目前矿井内最常见的防灭火措施，然而传统注惰方法注入的惰性气体易随漏风风流扩散，很难快速降温灭火。

公开内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种采空区正负压驱替注惰防灭火方法及系统，解决了现有技术中注惰方法注入的惰性气体易随漏风风流扩散，很难快速降温灭火的问题。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种采空区正负压驱替注惰防灭火方法，包括如下步骤：

S1:确定采空区遗煤氧化高温点及自然发火区域；

S2:根据在遗煤氧化高温点及自然发火区域范围，在附近的巷道钻场内施工若干个高位钻孔，高位钻孔的终孔位置为遗煤氧化高温点及自然发火区域上方裂隙带。

S3:在上述高位钻孔内铺设注惰管道并封孔，通过管道往高位钻孔内注入高压液化惰性气体。

S4:同时在遗煤氧化高温点及自然发火区域漏风流下风口附近巷道钻场内施工若干个高位钻孔，高位钻孔的终孔位置在遗煤氧化高温点及自然发火区域附近漏风流下风口。

S5:在上述高位钻孔内铺设抽采管道并进行封孔，通过管道抽采高位钻孔内气体，钻孔下方采空区的气流在负压作用下，沿着裂隙带流向高位钻孔。

S6:采集抽采管路气样，通过气相色谱仪确定抽采管路中气体成分，监测注惰防灭火效果

进一步地，S2所述高位钻孔进入采空区后始终处于裂隙带，并使高位钻孔的终孔位置为遗煤氧化高温点及自然发火区域上方裂隙带，每个高位钻孔终孔位置相隔5～10m。

一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，包括高压惰气罐、减压阀和第一分流器，所述高压惰气罐通过减压阀与第一分流器相连，第一分流器连接有各路分管，分管连接单向阀与流量计，流量一端连接有套管，套管位于钻孔内，高压惰气罐中惰性气体通过减压阀，经过第一分流器，进入各路分,管，分管连接单向阀与流量计，进入钻孔内，钻孔内设有套管，惰性气体沿着套管从钻孔终孔流出，在高压作用下沿着采空区裂隙带覆盖在高温点或自然发火区域煤体上，同时煤体周围的含氧气流在负压抽采作用下，沿着遗煤氧化高温点及自然发火区域漏风流下风口附近巷道钻场内的高位钻孔流入套管，并在钻孔出口处流入各抽采分管中，由抽采泵采集

进一步地，所述高位钻孔由钻机施工而成，钻孔孔径为108～133mm，孔内敷设套管，孔口处以封孔材料封堵，封孔长度为15～20m。

进一步地，所述各抽采分管设有取样孔，采集的气样由色谱分析仪分析。

进一步地，所述高位钻孔从原始煤层经过切眼进入采空区，在采空区内始终处于裂隙带。

进一步地，所述注惰管道相连的高位钻孔终孔位置位于遗煤氧化高温点及自然发火区域正上方。

进一步地，所述抽采管道相连的高位钻孔终孔位置位于煤氧化高温点及自然发火区周围。

本公开的有益效果：

1)传统注惰技术惰性气体沿采空区漏风风流扩散，本发明通过正压注惰及负压抽采之间的压差，可在局部范围内改变风流流场，使注入的惰性气体精确覆盖在采空区氧化高温点及自然发火区域煤体表面；

2)在采空区氧化高温点及自然发火区域存在着含氧气流，传统注惰技术采用惰性气体稀释气体，在短时间内很难达到效果，本发明通过负压抽采，快速抽出含氧气流，而正压注惰又使得惰性气体快速充填，可在极短时间内降低漏风气流中氧气成分，消除遗煤氧化环境，从而达到快速防灭火的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例的正负压驱替系统示意图；

图2是本公开实施例的钻孔施工示意图；

图3是本公开实施例的钻孔示意图。

图中标记：色谱分析仪1、抽采泵2、第一分流器3、单向阀4、流量计5、套管6、采空区7、煤体8、高压惰气罐9、减压阀10、钻场11、钻机12、封孔材料13、原始煤层14、切眼15。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1-3所示，一种采空区正负压驱替注惰防灭火方法为：

通过套管6在采空区遗煤氧化高温点及自然发火区域上方不同位置施工多处高位钻孔，从高位钻孔处释放液态惰性气体，并在高温点及自然发火区域附近钻孔内抽采气体，通过正压注惰及负压抽采的形式，快速置换采空区遗煤氧化高温点及自然发火区域内氧气，在最短时间内令该区域内充斥惰性气体，消除遗煤氧化环境，抑制遗煤氧化进程。具体方法包括以下步骤：

S1确定采空区遗煤氧化高温点及自然发火区域。

S2根据在遗煤氧化高温点及自然发火区域范围，在附近的巷道钻场内施工若干个高位钻孔，设计高位钻孔的方位角及倾角，使得高位钻孔进入采空区后始终处于裂隙带，并使高位钻孔的终孔位置为遗煤氧化高温点及自然发火区域上方裂隙带，每个钻孔终孔位置相隔5～10m；

S3在上述高位钻孔内铺设注惰管道并封孔，通过管道往高位钻孔内注入高压液化惰性气体，惰性气体在正压作用下，沿采空区上部裂隙带流入遗煤氧化高温点及自然发火区域；

S4同时在遗煤氧化高温点及自然发火区域漏风流下风口附近巷道钻场内施工若干个高位钻孔，设计高位钻孔的方位角及倾角，使得高位钻孔进入采空区后始终处于裂隙带，高位钻孔的终孔位置在遗煤氧化高温点及自然发火区域附近漏风流下风口，每个钻孔终孔位置相隔5～10m；

S5在上述高位钻孔内铺设抽采管道并进行封孔，通过管道抽采高位钻孔内气体，钻孔下方采空区的气流在负压作用下，沿着裂隙带流向高位钻孔；

S6遗煤氧化高温点及自然发火区域的漏风风流在负压作用下，沿着风流场进入高位钻孔，惰性气体在正压作用下，迅速填充，可在短时间内降低遗煤氧化高温点及自然发火区域氧浓度，抑制遗煤氧化进程，从而实现高温点及自然发火区域快速高效防灭火；

S7采集抽采管路气样，通过气相色谱仪确定抽采管路中气体成分，监测注惰防灭火效果。

一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，包括高压惰气罐9、减压阀10和第一分流器3，所述高压惰气罐9通过减压阀10与第一分流器3相连，第一分流器3连接有各路分管，分管连接单向阀5与流量计5，流量计5一端连接有套管6，套管6位于钻孔内；高压惰气罐9中惰性气体通过减压阀10，经过第一分流器3，进入各路分管，分管连接单向阀4与流量计5，进入钻孔内，沿着套管6从钻孔终孔流出，在高压作用下沿着采空区7裂隙带覆盖在高温点或自然发火区域煤体8上，同时煤体周围的含氧气流在负压抽采作用下，沿着钻孔终孔流入套管，并在钻孔出口处流入各抽采分管中，由抽采泵2采集；

所述钻孔由钻机12施工而成，钻孔孔径为108～133mm，孔内敷设套管，孔口处以封孔材料13封堵，封孔长度为15～20m。

在一些公开中，所述各抽采分管设有取样孔，采集的气样由色谱分析仪1分析；通过如此设计，可以时实对遗煤氧化高温点及自然发火区域的燃烧状态进行监控。

在一些公开中，所述钻孔在巷道钻场11内施工，通过如此设计，可以快速的进行施工，通过可以通过巷道钻场11的位置推算出高位钻孔的终孔位置。

如图3所示，所述钻孔从原始煤层14经过切眼15进入采空区7，在采空区内始终处于裂隙带，：H1<L1～L2<H2,其中H1为冒落带高度，H2为裂隙带与冒落带的总体高度；通过如此设计，可以保证钻孔的稳定性和气体可以惰性气体快速的流向遗煤氧化高温点及自然发火区域内。

在一些公开中，所述与注惰管道相连的钻孔终孔位置为遗煤氧化高温点及自然发火区域正上方；通过如此设计，可以更好的是惰性气体进入遗煤氧化高温点及自然发火区域内，也方便含氧空气的抽离。

在一些公开中，所述与抽采管道相连的钻孔终孔位置位于遗煤氧化高温点及自然发火区域周围，通过如此设计可以更好将煤氧化高温点及自然发火区周围的含氧空气抽走，快速形成负压空间。

进一步地，可用地面注惰系统取代高压惰气罐9，可用地面抽采系统取代抽采泵2，当采空区高温点及自然发火区域有预埋管道时，可用预埋管道取代高位钻孔进行注氮，当采空区高温点及自然发火区域附近有预埋管道时，可用预埋管道取代高位钻孔，进行抽采，从而减少工程量，节约成本。

工作原理

通过在遗煤氧化高温点及自然发火区域上方位置和漏风流下风口进行高位钻孔，通过在上方位置的高位钻孔对遗煤氧化高温点及自然发火区域注入惰性气体，遗煤氧化高温点及自然发火区域的漏风风流在负压作用下，沿着风流场进入高位钻孔，惰性气体在正压作用下，迅速填充，可在短时间内降低遗煤氧化高温点及自然发火区域氧浓度，抑制遗煤氧化进程，从而实现高温点及自然发火区域快速高效防灭火。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。

Claims (8)

1.一种采空区正负压驱替注惰防灭火方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:确定采空区遗煤氧化高温点及自然发火区域；

S2:根据在遗煤氧化高温点及自然发火区域范围，在附近的巷道钻场内施工若干个高位钻孔，高位钻孔的终孔位置为遗煤氧化高温点及自然发火区域上方裂隙带；

S3:在上述高位钻孔内铺设注惰管道并封孔，通过管道往高位钻孔内注入高压液化惰性气体；

S4:同时在遗煤氧化高温点及自然发火区域漏风流下风口附近巷道钻场内施工若干个高位钻孔，高位钻孔的终孔位置在遗煤氧化高温点及自然发火区域附近漏风流下风口；

S5:在上述高位钻孔内铺设抽采管道并进行封孔，通过管道抽采高位钻孔内气体，钻孔下方采空区的气流在负压作用下，沿着裂隙带流向高位钻孔；

S6:采集抽采管路气样，通过气相色谱仪确定抽采管路中气体成分，监测注惰防灭火效果。

2.根据权利要求1所述的一种采空区正负压驱替注惰防灭火方法，其特征在于，S2所述高位钻孔进入采空区后始终处于裂隙带，并使高位钻孔的终孔位置为遗煤氧化高温点及自然发火区域上方裂隙带，每个高位钻孔终孔位置相隔5～10m。

3.一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，包括高压惰气罐、减压阀和第一分流器，其特征在于，所述高压惰气罐通过减压阀与第一分流器相连，第一分流器连接有各路分管，分管连接单向阀与流量计，流量一端连接有套管，套管位于钻孔内，高压惰气罐中惰性气体通过减压阀，经过第一分流器，进入各路分,管，分管连接单向阀与流量计，进入钻孔内，钻孔内设有套管，惰性气体沿着套管从钻孔终孔流出，在高压作用下沿着采空区裂隙带覆盖在高温点或自然发火区域煤体上，同时煤体周围的含氧气流在负压抽采作用下，沿着遗煤氧化高温点及自然发火区域漏风流下风口附近巷道钻场内的高位钻孔流入套管，并在钻孔出口处流入各抽采分管中，由抽采泵采集。

4.根据权利要求3所述的一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，其特征在于，所述高位钻孔由钻机施工而成，钻孔孔径为108～133mm，孔内敷设套管，孔口处以封孔材料封堵，封孔长度为15～20m。

5.根据权利要求3所述的一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，其特征在于，所述各抽采分管设有取样孔，采集的气样由色谱分析仪分析。

6.根据权利要求4所述的一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，其特征在于，所述高位钻孔从原始煤层经过切眼进入采空区，在采空区内始终处于裂隙带。

7.根据权利要求4所述的一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，其特征在于，所述注惰管道相连的高位钻孔终孔位置位于遗煤氧化高温点及自然发火区域正上方。

8.根据权利要求4所述的一种采空区正负压驱替注惰防灭火系统，其特征在于，所述抽采管道相连的高位钻孔终孔位置位于煤氧化高温点及自然发火区周围。

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