淮河能源煤业公司潘二矿 安徽 淮南 232000
摘要:潘二矿潘四东井回采的11311底区工作面,自然发火周期短、工作面漏风通道复杂,自然发火风险高,给工作面回采带来了严重的安全隐患。为消除工作面回采期间的自然发火隐患,我矿应用了综合防灭火技术,包括工作面回采前对漏风通道的封堵,建立健全工作面灌浆防火系统,对顶区阶段煤柱和采空区灌浆,定期注液态二氧化碳等,确保了工作面安全回采到安全收作封闭。
关键词:底区;自然发火;漏风通道;遗煤;
作为淮南矿业集团“精煤战略”的主力矿井,潘二矿潘四东井已实现A组煤底区工作面安全回采,目前已安全回采收作11311工作面,为A组煤底区工作面,设计可采走向长600m,倾斜长146.8m,工作面回采期间采用“U”型通风。3、1煤均具有爆炸性,自燃倾向性等级为II类,自燃发火期3~6个月。A组煤底区回采自然发火因素复杂,自然发火隐患大。3
根据煤氧复合理论以及影响煤自燃的环境综合分析,该工作面采掘期间自然发火致灾因素分析如下:
上覆11313、11413工作面分别于2014年3月和2016年5月收作,工作面掘进及回采期间漏风通道复杂,采空区遗煤将全部遗留在采空区内, 为煤炭自然创造了良好的蓄热环境,容易发生自燃。
存在自燃发火风险。。
底区工作面面内构造主要为断层,且数量较多,回采期间需揭露18条断层。其中DF30正断层落差6m,DF9正断层落差4m。
2.3氧化时间
采空区中的遗煤在注氮低氧条件下会缓慢的氧化。同时,工作面停采拆除期间,采空区氧化升温带内的松散煤体一直处于氧化升温状态,因此,采空区遗煤的氧化时间较长。
针对采空区遗煤量大,常规单趟管路埋设只能定点向采空区灌浆,且工作面正常回采时,采空区窒息带灌浆并无意义,重点保证工作面回采期间向采空区20~40m范围内(氧化带)连续灌浆与注氮,所以,工作面采空区灌浆与注氮系统设计为多管路埋设,上隅角预埋2趟灌浆管路,保证采空区20~40m连续灌浆,下隅角预埋2趟注氮管路,确保注氮时管路出口在采空区20~40m。工作面内安装一套洒浆装置,每次在工作面移架后对遗煤进行一次洒浆覆盖。同时,地面灌浆站浆液中加入MEA防火材料,形成胶体,胶体在附着煤壁时具有一定的粘性,能够长期包裹和附着在煤体表面,以确保降温、隔氧、隔气。
在工作面下顺槽外口车场设置注液态CO2站,布设一路Φ25mm高压胶管与下顺槽注氮管路及防火钻孔连接,向采空区注液态CO2。
①工作面回采进度低于40m和过断层丢顶煤时每周灌注一次,采空区CO超过20ppm或温度达到35℃及时灌注,每次注液态CO2不低于6罐。
②收作期间每周灌注液态CO2不少于6罐。。
在11311底区工作面回采前,在工作面通风设计中,为考虑均压防火,将11313、11413采空区上、下顺槽封闭墙设置在进风巷道中,确保了采空区压差相同,减少采空区漏风。
①采空区煤炭自燃氧化“三带”按照氧气体积分数划分:氧气体积分数的高低,反应了煤炭自燃的可能性大小,当氧气体积分数>18%时为散热带;氧气体积分数在10%~18%时为氧化带;氧气体积分数<10%为窒息带。根据A组煤底区首采面11111工作面“三带”划分研究:A组煤底区工作面采空区0-20m为散热带;采空区20m-40m为氧化带;采空区>40m为窒息带。对于 “U”型通风(一源一汇)的采空区,按漏风大小和遗煤发生自燃的可能性:工作面采空区5-20m为散热带;采空区20m-70m为氧化带;采空区>70m为窒息带。
为防止工作面停采收作期间,氧化带范围扩大,根据工作面收作位置,工作面上顺槽预埋4路灌浆管路保证采空区20~90m连续灌浆,下顺槽注氮和液态CO2时确保管路出口在采空区30~50m,针对性地对氧化带、散热带进行迅速惰化降温,隔离遗煤,消除采空区自然发火上升趋势。
①工作面停采后,收作面风量降为回采期间的1/2左右,大约降至600m3/min,减小采空区压差。
②收作停产后在上、下隅角各砌筑一道双层充填墙,并打设扛柱,墙外300-500mm施工一组木板墙,向墙内空隙喷注久米纳堵漏,见图1所示。
图1 收作面上下隅角双墙充填喷注罗克休示意图
③采用久米纳对架间、架后采空区漏风通道进行喷注封堵。
在工作面上、下顺槽沿走向每50m施工一个穿透顶区采空区的防火监测孔,孔深8~10m,并在工作面与采空区外围所有封闭墙均安设U型压差计,测量进出风及压差,每小班测定一次采空区CO及CH4,当采空区压差超过5mm水柱或CO超过24PPm,立即分析原因。
顶区采空区封闭墙每天检查一次CH4、CO、CO2、O2、温度及墙内外压差,并每周采集气样色谱仪分析一次。
为了监测工作面回采期间顶区切眼与工作面采空区自然发火情况,自切眼上隅角向外沿上顺槽上帮预埋3路单芯束管进行连续监测。束管埋入高度不低于底板1.5m,每路束管前端1m为花眼,并错茬10m,最长埋入采空区深度40m,束管末端均安设抽气闸阀并编号管理,。正常回采期间,工作面向采空区方向40m范围内每10m设置一路束管监测采空区。
采空区气样采集后,及时送至气样化验室,12小时内采用气相色谱分析仪对气样进行分析。
①收作前自收作停产位置向里40m,在上顺槽上帮预埋3路单芯束管进行连续监测。束管埋入高度不低于底板1.5m,每路束管前端1m为花眼,并错茬10m,束管末端均安设抽气闸阀并编号管理。
②架间检测:顶区7m煤柱范围内、断层附近、架顶及架后遗煤量大的支架间安设测点,支架间测点架顶、架尾每天检查1次;工作面架档每周全面检查1次。支架间测点必须插入架后不小于300mm。
通过一些列综合防灭火措施的应用,以及对防火预测预报的数据分析,保证了11311底区工作面的安全回采,消除了工作回采期间的自然发火隐患。实践证明工作面综合防火措施有效、可靠。
[1] 张国枢.通风安全学[M].中国矿业大学出版社,2011.7.(245-281)
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