CN202031627U - 一种煤层自燃防治系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的煤层自燃防治系统包括：巷道松散顶煤自燃监测子系统、采空区自燃监测子系统、巷道顶煤自燃预防子系统、采空区自燃预防子系统。巷道松散顶煤自燃监测子系统用于对顶板松散煤体表面和深部的温度和气体成分进行监测；采空区自燃监测子系统用于对采空区的气体成分和温度进行监测；巷道顶煤自燃预防子系统用于根据巷道松散顶煤自燃监测子系统的监测结果对巷道顶煤层进行预防性处理；采空区自燃预防子系统用于采空区自燃监测子系统的监测结果对采空区进行预防性处理。本实用新型能够针对不同的地点，不同时间，制定出工作面掘进和回采期间的防灭火技术方案，及时有效地防治煤层自燃所引起的火灾。

Description

一种煤层自燃防治系统

技术领域

本发明涉及领域煤炭开采领域，尤其涉及一种煤层自燃防治系统。

背景技术

巷道掘进时期风量较小，自燃火源燃烧深度浅，范围小，容易控制，但形成通风系统后，配风量增大，巷道煤体一旦自燃或复燃，燃烧深度和范围都将增加，且发展速度快，使火灾控制和治理难度加大，若无有效的应急灭火准备，很可能造成火势难以控制的局面。

巷道原有的高温点仍需采取进一步的措施进行预防性处理，否则，工作面回采后，超前动压的作用会使巷道煤体和喷浆层破裂，形成较好的供氧环境，导致顶煤的自燃和复燃风险加大；工作面回采期间，巷道高温煤体落入采空区后的治理难度会更大。

鉴于上述风险和问题，需针对曾出现过煤自燃的巷道区域加强观测，同时，为了防止其在开采过程中或进入采空区之后出现复燃灾害，除了做好监测及预报工作外，还应提前对其进行彻底的火灾防治处理。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够及时有效地防治煤层自燃所引起的火灾的煤层自燃防治系统

本发明提供的煤层自燃防治系统包括：巷道松散顶煤自燃监测子系统、采空区自燃监测子系统、巷道顶煤自燃预防子系统、采空区自燃预防子系统，其中，巷道松散顶煤自燃监测子系统与巷道顶煤自燃预防子系统连接，采空区自燃监测子系统与采空区自燃预防子系统连接，巷道松散顶煤自燃监测子系统包括：多个埋入煤体内部的监测管和数字式温度表，所述监测管包括管体、连接头、钎头，所述钎头中装有温度传感器和检测气体成分的第一束管，将纤头和管体用连接头连接，所述用连接头连接的钎头和管体设置在煤体中，通过数字式温度表与温度传感器连接；采空区自燃监测子系统用于对采空区的气体成分和温度进行监测，采空区自燃监测子系统包括多组埋入采空区遗煤中的预埋管和热电阻，其中，预埋管中装有检测气体成分的第二束管，热电阻用于检测埋入点的温度；巷道顶煤自燃预防子系统包括钻孔装置和注胶装置，钻孔装置用于对巷道顶煤进行钻孔，以使外部与防灭火区域贯通；注胶装置用于对钻通的所述防灭火区域进行注胶操作；采空区自燃预防子系统包括将复合胶体注入采空区的特定区域的采空区复合胶体隔离设备和向采空区内注入氮气的采空区注氮设备。

优选地，巷道松散顶煤自燃监测子系统还包括用于对进入煤体的监测管进行封孔的封孔器。

优选地，所述封孔器是聚氨酯泡沫发生器。

优选地，所述气体成分包括O₂、N₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂中的一种或多种。

优选地，注胶装置是高分子胶体压注机。

优选地，巷道松散顶煤自燃监测子系统还包括用于监测巷道顶板表面的温度的红外成像仪或者红外测温仪。

相对于现有技术，本发明能够针对不同的地点，不同时间，制定出工作面掘进和回采期间的防灭火技术方案，及时有效地防治煤层自燃所引起的火灾。

附图说明

图1是本发明煤层自燃防治系统的系统结构图。

具体实施方式

图1是本发明煤层自燃防治系统的系统结构图。如图所示，所述系统100包括：巷道松散顶煤自燃监测子系统110、采空区自燃监测子系统120、巷道顶煤自燃预防子系统130、采空区自燃预防子系统140。

巷道松散顶煤自燃监测子系统110用于对顶板松散煤体表面和深部的温度和气体成分进行监测。巷道煤自燃火灾主要出现在顶煤冒落比较严重的区段，根据煤自燃的特点，煤自燃初始氧化主要发生在距离煤层顶板表面一定的深度的地方，随着不断的继续供氧，氧化高温点逐渐向煤体表面(即顶板)移动，最终出现明火。因此，为了能够较早的对巷道顶板煤自燃火灾进行预报，需要对顶板松散煤体表面和深部的自燃火灾参数全部进行监测。监测参数主要为温度和气体。

优选地，巷道松散顶煤自燃监测子系统110包括：多个埋入煤体内部的监测管和数字式温度表，其中，所述监测管包括管体、连接头和装有第一束管和温度传感器的钎头，将纤头和管体用连接头连接，通过敲击砸垫使钎头和管体植入煤体，通过抽取第一束管内的气体获知气体成分，通过数字式温度表测取煤体温度。

监测管在使用时，把纤头和管体用连接头连接(束管和高温导线从管体及连接头中穿出)，安装上砸垫，在井下适当位置用大锤敲击砸垫使钎头和管体进入煤体，然后卸下砸垫，再通过连接头接上下一段管体，安上砸垫并用大锤敲击，使接上的这段管体也进入煤体，如此反复直至达到要求的深度后即可测取煤体温度，抽取第一束管内的气体进行气体成分分析。

一旦发现温度异常或者CO、O₂等气体有增长的变化趋势或者参数变化浮动较大，应增加对应点的测定频率。同时，异常监测点的气体可以采用气囊采气，并进行色谱分析。巷道顶板表面的温度可以采用红外成像仪或者红外测温仪进行监测。

巷道松散顶煤自燃监测子系统110还包括封孔器，封孔器用于对进入煤体的监测管进行封孔。将监测管砸入煤体后，可以采用KF-750快速封孔器进行封孔。KF-750快速封孔器主要由：气雾罐体、喷管、喷枪柄等组成。该产品是一种聚氨酯泡沫发生器。当物料从气雾罐中喷出时，沫状的聚氨酯物料会迅速膨胀并与空气或接触到的基体中的水分发生固化反应，最后形成单组分聚氨酯泡沫(OCF)。固化后的OCF具有封堵、粘结、密封、隔热、吸音等多种效果。

采空区自燃监测子系统120用于对采空区的气体成分和温度进行监测。通过采空区预埋管路，进行测温、气样分析等，掌握采空区内部温度、气体浓度随工作面推进的变化情况；同时测定工作面风量、温度、气体浓度等参数。

优选地，采空区自燃监测子系统包括多组埋入采空区遗煤中的预埋管和热电阻，其中，预埋管中装有用于检测埋入点气体成分的第二束管，热电阻用于检测埋入点的温度。采空区的气体成份和温度观测采用预埋管和埋设的热电阻测定，采空区气体成份测定范围大约距工作面150m左右，约50m设一个测点，保持采空区内部进、回风侧各三个探头，上下顺槽同时观测。预埋管可以采用2英寸钢管，可以在其中穿入三根φ8mm不同颜色的束管，每根束管采集一个测点的气样。为了防止采空区积水堵塞束管，则每个束管抬高0.5m以上，见图7。热电阻埋入2英寸管中，与束管进气口平齐，电线从2英寸管内拉出。束管检测的参数主要包括O₂、N₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂中的一种或多种。

巷道顶煤自燃预防子系统130用于根据巷道松散顶煤自燃监测子系统的监测结果对巷道顶煤层进行预防性处理。巷道顶煤自燃预防子系统包括钻孔装置和注胶装置。

钻孔装置用于对巷道顶煤进行钻孔，以使外部与防灭火区域贯通。根据现场实际情况，从巷道顶部、肩窝和煤帮处向闭墙周边施工多排钻孔，钻孔位置排距3～5m，每排约3个钻孔，钻孔倾角60度，深度约5m～8m。钻孔施工可以采用一次成孔钻具，该钻具主要由岩石电钻、加水器、连接变头、钻杆、钻头、导轨、支承座等部分组成。钻杆和套管采用一体化设计，钻杆本身就是套管，钻头有效断面大于内径18mm的套管，钻孔施工完成后，可直接进行连管注浆灭火，无需抽出钻杆后再下套管，减少了施工工序，且避免了塌孔。

注胶装置用于对钻通的所述防灭火区域进行注胶操作。注胶装置可以采用高分子胶体压注机。高分子胶体压注机是一种专门将粉状基料按比例分散开撒入水中，并搅拌使之均匀，最终配制成胶体的设备。在本发明的一种优选实施方式中，采用ZHJ-5/1.8矿用移动式防灭火注浆装置，该装置主要由防爆电机、减速机、螺杆泵、促凝剂及灭火剂定量送料总成、无级调速机、齿轮泵、传动装置、流量计、压力表及管路等组成。向混合料箱上的环型水幕管供水，将灭火剂加入复合材料料箱内，灭火剂通过灭火剂定量送料总成送入螺杆泵入口上的混合料箱后进入螺杆泵(灭火剂的输送量：80kg/h～400kg/h，添加量越大，成胶速度越快，胶体强度也越大；灭火剂与水的添加比例为：0.8％～4％)，在螺杆泵内与水进行搅拌形成高分子胶体，经泵加压后通过管路及钻孔注入火区达到灭火功效。

利用ZHJ-5/1.8G煤矿用注浆机，将灭火剂按0.8％以上的比例与水混合后，注入防灭火区域。根据现场情况，灭火剂添加量可由设备自身调节，必要时最大可添加至4％。每个钻孔的注胶量不少于20m³，或者当顶板开始出现渗胶时停止注胶。注胶工作在工作面推进到距离需处理地点50m前完成。

采空区自燃预防子系统140用于采空区自燃监测子系统的监测结果对采空区进行预防性处理。优选地，采空区自燃预防子系统140包括采空区复合胶体隔离设备和采空区注氮设备。

所述采空区复合胶体隔离设备用于将复合胶体注入采空区的特定区域。因为大采高工作面一次开采的煤层高度较大，所以采空区内相对漏风空间较大，松散煤体的高度也较大，是煤体氧化自燃的直接导致因素。因此，对采空区内煤自燃的预防最主要的技术就是降低采空区的漏风空间和漏风量，减少采空区内部的浮煤厚度和浮煤量。复合胶体防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，使易于流动的水溶液在指定时间和部位发生胶凝，包裹高温煤体，充分发挥水的吸热降温作用，较好地解决了灌浆和注水的泄漏流失问题，且在近1000℃的明火中不会迅速汽化，仅因水份缓慢蒸发而逐渐萎缩，灭火安全性好，在井下湿度90％，温度28℃的环境下，13个月后仍保持完好。

注胶巷道为风巷和机巷，采用预埋注浆管路向采空区进行注胶，为了防止浆液流入工作面，设计当预埋管路出口进入采空区15m以后再进行注胶，同时在端头支架后部采用黄土袋(或者装煤编织袋)进行封堵，封堵厚度1m，高度1.5m以上。同时为了让胶体充填区域增大，应将注胶管路的出口应尽量提高，在距离煤层底板1.5m以上。

复合胶体的压注采用MDZ-60地面固定式胶体防灭火系统，该系统由浆料储存场地、浆料输送、连续式定量制浆、过滤搅拌、计量、输浆及管网系统和外加剂添加等部分构成。该系统在地面将水、黄土等用量大的材料，以及需添加的胶体外加剂按比例混合好后，通过灌浆管路输送至井下防灭火地点；然后在井下将胶凝剂等用量小且易运输的材料，通过煤矿用注浆机，加入浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。正常条件下，每半个月向采空区压注一次复合胶体，当工作出现CO气体异常变化时，立即实施注胶。每次实施注胶量为不小于500m³，或者以工作面出现渗浆为主。

采空区注氮设备用于向采空区内注入氮气，以稀释采空区内部的氧气浓度。采空区注氮主要是稀释采空区内部的氧气浓度，减少松散煤体氧化的供氧量，从而对煤自燃的发生起到一定抑制作用。

可以在机巷中拖管注氮，注氮量不小于1000m/h，每天注氮6小时。

对工作面上隅角的氧气浓度进行监测，当氧气浓度低于18％时，停止注氮。对注氮气的浓度进行监测，保证气体浓度大于97％。

本领域技术人员可以理解，尽管本发明是通过上述的优选实施例进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。

Claims (5)

1.一种煤层自燃防治系统，其特征在于，所述系统包括：巷道松散顶煤自燃监测子系统、采空区自燃监测子系统、巷道顶煤自燃预防子系统、采空区自燃预防子系统，其中，巷道松散顶煤自燃监测子系统与巷道顶煤自燃预防子系统连接，采空区自燃监测子系统与采空区自燃预防子系统连接，

巷道松散顶煤自燃监测子系统包括：多个埋入煤体内部的监测管和数字式温度表，所述监测管包括管体、连接头、钎头，所述钎头中装有温度传感器和检测气体成分的第一束管，将纤头和管体用连接头连接，所述用连接头连接的钎头和管体设置在煤体中，通过数字式温度表与温度传感器连接；

采空区自燃监测子系统用于对采空区的气体成分和温度进行监测，采空区自燃监测子系统包括多组埋入采空区遗煤中的预埋管和热电阻，其中，预埋管中装有检测气体成分的第二束管，热电阻用于检测埋入点的温度；

巷道顶煤自燃预防子系统包括钻孔装置和注胶装置，钻孔装置用于对巷道顶煤进行钻孔，以使外部与防灭火区域贯通；注胶装置用于对钻通的所述防灭火区域进行注胶操作；

采空区自燃预防子系统包括将复合胶体注入采空区的特定区域的采空区复合胶体隔离设备和向采空区内注入氮气的采空区注氮设备。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，巷道松散顶煤自燃监测子系统还包括用于对进入煤体的监测管进行封孔的封孔器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述封孔器是聚氨酯泡沫发生器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，注胶装置是高分子胶体压注机。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，巷道松散顶煤自燃监测子系统还包括用于监测巷道顶板表面的温度的红外成像仪或者红外测温仪。 

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