矿井采空区防灭火技术应用

矿井采空区防灭火技术应用

卞涛 苏志伟 宋元喜 杨英兵

国家能源集团神东补连塔煤矿 内蒙古鄂尔多斯市 017000

摘要：矿井采空区所处环境复杂，受到井下多方面因素的影响容易产生爆炸、火灾等安全事故，防灭火技术的应用能够降低火灾带来的损失和不利影响。鉴于此，文章对矿井采空区防灭火技术的应用展开探讨，希望能够为相关工作人员提供一些帮助。

关键词：矿井采空区；防灭火；灭火技术；采空区

引言

井下煤层自燃对煤矿产生有较大影响，回采工作面正常回采期间，采空区内遗留的煤炭以及回采的煤体会慢慢的出现氧化，进而产生CO，影响井下安全生产，因此，在工作面生产期间采用有效的措施用以防火十分重要。井下常用的防火措施有注入惰性气体、灌注黄泥，同时采用监测监控手段对井下的火情进行监控，以保证回采工作的正常进行。

1矿井火灾的发生原因

矿井发生火灾的原因分为外部原因和内部原因两部分。外因火灾一般是由人的误操作或者人员违反安全制度和规定引起的,比如吸烟或者携带明火,或者电气设备故障后没有及时检修,导致短路或者产生电火花,井下瓦斯遇到明火或者电火花,极易发生火灾事故。这一类火灾容易出现在井口、接有电缆的巷道等地方。因此人员在进行操作时一定要小心谨慎,时刻警觉。内因火灾是由于煤炭在开采中发生自燃而引起的,由于煤炭具有可燃的属性,再加上空气流通不畅导致温度升高,此时煤炭与空气接触后极易发生自燃,当燃烧面积较大时,极易发生爆炸事故。另外，当采空区顶板的矸石垮落后,垮落的岩石较为疏松,漏风区域较大会在整个区域范围内形成较大的风路,使火灾的发生概率更高。采空区的四周区域附近及下部区域漏风情况一般较为严重,从而也就成为火灾发生的主要地点。实际生产过程中,采空区的漏风情况可以分为以下几种,其一,当工作面风压高于漏风点风压时,风压整体为负值,其漏风主要从密封墙外部的巷道涌向采空区;其二,当工作面风压低于漏风点风压时,风压为正,其漏风主要从采空区涌向密封墙外部的巷道或地面;其三,当工作面的推进速度较慢时,漏风量较大,氧化时间较长容易导致自燃,新鲜风流往往会从工作面涌入采空区。

2工作面火灾预测系统的应用

首先，束管监测系统，矿井采用JSG-7型16芯的束管监测系统,将束管监测探头分别布置在回采工作面进、回风侧隅角处和已封闭的采空区密闭内,共布置3个测点,测点间距20m,依次布置。当埋设的第1个束管监测器进入采空区20m后开始埋设第2个束管监测器,第1、2个束管监测器分别进入采空区40m、20m后开始埋设第3个束管监测器,当第1个束管监测器进入采空区60m后撤销该测点,重新开始依次布置。当工作面回采到边界位置时,3个测点的位置分别为距工作面液压支架5m、15m、25m处。采用束管监测系统对回采工作面上下两端的隅角和采空区内的O₂、CO₂、CO、N₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈等气体进行在线监测。同时,利用人工取样的方法对束管监测系统加以校正和检验,由专人定期用一氧化碳监测仪对采空区密闭内和回采工作面进、回风隅角CO体积分数进行监测,能够在早期监测到自燃的临界点。第二，自燃监控系统。首先，每周进行一次采空区取样分析,分析CO体积分数和烷烃比。分析时,可采用束管监测和人工取样2种方法。其次，通过红外线遥感测温仪遥测采空区温度,及时掌握温度变化情况。另外，通过束管监测探头监测工作面回风隅角的自燃情况。最后，通过在回风顺槽设一氧化碳探头监测回风风流中CO体积分数的变化,监控工作面及巷道的自燃情况。

3矿井采空区防灭火技术应用分析

3.1氮气防灭火

氮气防灭火是对注浆防灭火方法的一种补充，能够有效的减小采空区域内氧化带之中氧气浓度值。选取2套同等能力的地面固定式变压吸附碳分子筛制氮设备，制氮总能力为1200m3/h，其中1套运行，1套备用。

3.2气雾阻化剂预防煤层自燃技术

阻化气雾防火是在综采工作面进风隅角处安设雾化式喷嘴，通过雾化式喷嘴将配置好的阻化剂溶液雾化成气雾，通过漏向采空区方向的部分风流将阻化剂气雾带到采空区，在重力的作用下，降落附着在浮煤上，从而惰化浮煤，进而达到采空区防火的目的。

3.3堵漏风技术

堵漏风技术的防灭火机理是减少采空区供氧量,减少或杜绝松散煤体与O2结合,从而达到工作面防灭火的效果。采用泡沫喷涂堵漏风技术对回采工作面自燃火灾进行防治。采用的泡沫为双组分混合物(均为液体),将2种组分树脂和催化剂以4∶1的体积比混合,反应形成密实的固体膨胀泡沫。泡沫具有阻燃特性且具有一定的强度,它可深入破碎煤体裂隙,包裹破碎煤体,形成一个整体,不仅增强了煤体的抗压性能,还具有很好的充填堵漏效果。在防治煤巷顶板及相邻采空区的自燃火灾、防止瓦斯涌出和充填堵漏方面取得了良好的应用效果。膨胀泡沫充填是一种操作简单、封堵效果好、抗压强度高的实用型技术。

3.4改造通风系统

第一是改进通风机。可以使用机电变频技术,使得通风机运行的安全系数增加,而且节省了电力能源。井下通风机有多个共同运行,从而保证矿井的风量需求。主要通风机一般设置在地面,并且需要长时间的运行,对于主要通风机进行选择时,要充分考虑矿井的需风量,当需风量变化时保证能够及时进行调整,机电变频技术的使用就是针对这一问题的有效的解决方案,这一技术的引入,使得风量调节简单易行,工作人员可以直接手动来调节风机转速,使得风机的供风量满足要求,达到最佳运行状态。这一技术的使用,使矿井经济效益提高,也更加节能,降低了火灾发生的可能性和严重性。该技术可以改变通风方式,角式混合通风与中央式通风相配合,使得通风速率加快。第二点针对易燃气体方面的检测进行优化。由于通风不良可能会导致矿井内的瓦斯超限,进而引发火灾或者爆炸事故,因此需要对易燃易爆气体瓦斯的量进行监测,并制定应急预案,当发生瓦斯浓度超限的情况时能够及时采取措施进行处理,排除隐患并预防事故的发生。还可以通过控制点火源来预防事故,比如限制明火及电气火花等。定期对监测监控设备进行检查,以便及时发现隐患并排除。

3.5回采巷道防灭火方案

第一，检测孔以及注水孔布置。在回采工作面进风巷、回风巷等位置，每隔100m位置，采用回转钻机向回采巷道的顶板以及煤壁侧施工气体检测孔，施工完毕后，对空内的气体进行取样，送地面实验室进行分析，并测定孔内的温度、CO等含量；在回采面前方300m范围内，每隔10m施工一个注水孔，注水孔布置的倾角分别为45°、60°，孔深设计分别为18m、13m,45°钻孔时钻孔的终孔位置在距离煤层的顶板距离不大于2m,60°钻孔时钻孔的终孔位置在距离煤层的顶板距离不大于0.5m。第二，回采巷道喷浆。在回采工作面回采巷道内安排专门工作人员对巷道进行喷浆处理，巷道断面喷射的水泥浆厚度在50mm左右，防止空气沿着煤层裂隙向煤层深部运移，氧化深部煤体。第三，注水玻璃。在回采工作面进风巷内施工的注水孔内采用双液泵向钻孔内注入水玻璃以及含有尿素的水溶液，对巷道周边较为松散的围岩以及裂隙进行封堵，注入的水玻璃浓度控制在15%，注入的尿素浓度控制在3%，水玻璃溶液以及尿素溶液进行灌注时按照体积比1:1进行注入。

结语

综合防灭火方案在煤矿工作面采空区防灭火应用取得了良好的效果，在进行浆液的制备过程中还添加了稠化以及悬浮物质，确保了灌浆液体流动性进一步提升，使得浆液整体的利用效率有所改善。在煤矿生产中还需要结合现场实际情况做好灭火工作，降低不良因素导致的火灾损失。

参考文献

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[2]郭生杰.130201综采工作面启封后专项防灭火技术研究[J].煤炭技术，2018,37(10):205-207.

[3]董作东,张兵兵.王庄煤矿均压防灭火技术应用实践[J].能源技术与管理,2015,40(5):79-80.

作者简介：卞涛，1985年2月出生，安徽亳州人，

研究生学历，工程师，现在补连塔煤矿从事技术管理工作。