俯采综放工作面自燃危害的防治

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1、俯采综放工作面自燃危害的防治1 概述葛亭煤矿是 2001 年 1 月份投产的新矿井，设计生产能力60 万 t/a ，矿井位于山省济宁市西北部，可采储量 4290 万 t，矿井服务年限 51a。现开采的 3 层煤平均厚度 8.03m，属特低硫、特低磷、低灰、高发热量、结焦性能好的气煤。首采工作面为 130 采区的 1301 采煤工作面，埋藏深度为 240m，工作面走向长 150m，倾向长 900m，煤层倾角平均 8，最大 21，回采方法为倾向长壁后退式俯采综放采煤法。矿井通风方式为中央并列抽出式， 主立井为提升兼回风， 副立井进风，矿井主要通风机为 BDK-62No.22对旋式通风机，电机功率为

2、 1102kW。矿井实际进风量为 3800m3/min ，矿井有效风量率为 86%，通风阻力为810Pa。矿井相对瓦斯涌出量为 0.825m3/t ，鉴定等级为低瓦斯矿井；煤尘爆炸指数为 40.54%，具有煤尘爆炸性；最短自然发火期为 34d，属自然发火矿井。由于矿井煤炭自然发火期短，地压大，且回采方法为大倾角俯采，给防治煤炭自燃带来了极困难。 在 1301 工作面历次因故推采速度放慢时，CO浓度增多出现持续上升现象。同时 1301 工作由于处于 F2、F3 两大断层之间，受断层的影响，煤层中瓦斯中含量高，炮眼中瓦斯浓度达到 25%左右，在回采过程中工作面回风隅角易造成瓦斯积聚。瓦斯和煤炭自燃

3、两大隐患的同时存在，给矿井安全生产带来了严重威胁。矿井现装备 KJ95安全监测系统一套； MK400 型井下移动膜分离制氮系统一套； KSS200 束管色谱微机监测系统一套；地面灌浆系统一套。2 俯采综放面防治自燃危害的难点分析（1）采空区丢煤自燃供氧条件好，俯采工作面由于其回采方向是由高处向低处推采，采空区位于工作面上部。在回采过程中，进入采空区的漏风风流在进风顺槽风流速压、矿井负压和空气的自身升腾力作用下，空气进入采空区的深度较仰采面要大，且俯采工作面的采空区不宜积水 ,空气干燥 , 使采空区内的丢煤容易进行氧化反应。（2）采空区丢煤自燃积聚热量条件好，俯采工作面采空区内的丢煤在氧化过程中

4、生成的热量在其热膨胀和上升力的作用下，易于积存在采空区为煤炭自燃创造了条件。（3）采空区灌浆措施不易实施，在进行采空区灌浆时，其灌浆量一旦大于采空区承受能力，就会发生泥浆淹面事故。即使进行采空承受力，就会发生泥浆淹面事故。即使进行采空区灌浆，其泥浆也是只覆盖采空区底板小范围的丢煤，采空区大量的顶板落煤得不到泥浆覆盖。3 俯采综放面防止自然危害的综合治理措施俯采综放面防止煤炭自燃是当前摆在 “一通三防 ”工作的难点，如果措施不利就会在回采过程中出现煤炭自燃或自燃征兆，给矿井正常生产带来极大威胁，特别是在煤层中瓦斯含量大，采空区瓦斯浓度高（达 7% 左右），积存量大，一旦采空区出现高温点或自然发火

5、点，将可能引起瓦斯爆炸事故，给矿井安全造成不可估量的经济损失和人员伤亡。因此在既有煤炭自燃倾向性，又有瓦斯大量存在的情况下，采取综合治理措施显得尤为重要。（1）无腐蚀性硅谷酸镁凝胶阻化剂的研制与应用。葛亭煤矿自行研制的白色无腐蚀性硅酸镁凝胶阻化剂主要用于采煤工作面开切眼、回采巷道、风量小的人行巷道。采空区煤柱巷道等地点，暴露煤炭的覆盖阻化和临近采空区煤柱裂隙的漏风封堵，主要防止暴露在空气中的煤炭在风量小，而供氧充足的情况下煤炭氧化产生热量积聚，造成煤炭自燃事故。硅酸盐胶状阻化剂是由硅酸盐主剂 +硅酸镁 +促凝剂 +水胶状阻化剂组成。主要功能和作用为： 有色，在喷洒过程中易于控制喷洒的范围和均匀

6、度。 成胶速度可根据喷洒设备的流量和压力自行配置，使从喷洒设备中喷出的阻化剂在喷到煤炭表面上时成胶。 胶状体均匀、无毒、味小。 固水时间长：由于胶状阻化剂内部 90%左右为水分，在主剂和辅助保水剂的作用下水分不宜脱水，通过实验，胶状阻化剂的固水时间在 3560 之间。 吸热降温好：胶状阻化剂在成胶过程中伴有吸热效应，喷洒到煤炭上后能吸收热量，特别是喷洒到开切眼和采空区时，能大量吸收煤炭氧化而产生的热量，使采空区温度降低，杜绝热量积聚。 封堵漏风作用好，在回采临近采空区采煤工作面时，当工作面压力增大时，沿空煤柱势必出现裂隙漏风，此时将胶状阻化剂喷洒到煤柱顶帮上， 由于胶状阻化剂为可流动的胶状体，

7、在漏风压力下会封堵到这些裂隙上，起到封堵漏风的作用。（2）构筑防止采空区漏风阻燃墙。采空区发生煤炭自燃是由于采空区丢煤在有连续供氧的条件、持续的储热环境下造成的。通过在工作面进回风隅角同时构筑阻燃墙， 减少采空区漏风， 改变 “三带 ”的范围和供氧条件，使氧化带提前进入窒息带。（3）俯采工作面采空区黄泥灌浆措施的实施。采空区灌浆也是一种行之有效的防灭火措施。矿井现建有泥浆站 1 座，泥浆池 2 个，泥浆池容量为 240m3。我们针对俯采工作面灌浆，采空区无法存留泥浆的困难，采取了予埋管灌浆方法，即在采空区顺面埋设灌浆管路，灌浆管路与工作面等长，管路每 15m 设 1 个出浆口，出浆口按浆体流动

8、方向由小变大，直径从 50108mm 不等，利用地面，结合大倾角俯采面的实际情况，泥浆水土比配制为 5：1，同时在泥浆中加入 15%20%左右的阻化剂，使泥浆在灌入采空区后，部分水份分离出以后，而混有阻化剂的黄泥浆保存在采空区，覆盖在采空区遗煤上，起到阻化、覆盖和增加采空区湿度作用。为防止灌浆管路内的空气在灌浆过程中被浆体挤压冲入采空区， 形成采空区丢煤自燃的供氧来源， 通过研究改造，在工作面超前控制范围内设置了 1 个三通放气阀，三通放气阀后部设置 1 个截止阀门，在灌浆时，先关闭截止阀，打开三通气阀，浆体由地面灌浆池通过灌浆管路向工作面流动过程中，灌浆管路中的空气从三通放气阀被放出，三通放

9、气阀见泥浆后立即关闭，并立即打开截止阀，工作面开始正式灌浆。（4）均压通风。均压通风是采煤工作面防灭火技术的一项重要措施，采取均压措施，可以改变通风系统中的压力分布，降低漏风风路两端的风压差，减少采空区漏风，达到抑制煤炭自燃的目的。为了保证采煤工作面风流稳定和均压效果，我们主要采取了风窗调压原理：即在工作面回风顺槽中设置了一道控制风量的风窗，提高工作面的通风压力。根据 1301 工作面实施的均压研究与应用， 工作面配风在 450m3/min 左右，工作面通风阻力在 29Pa时，对工作面防灭火最有利 ;为此，工作面配风在 600m3/min 左右，通风阻力在 35Pa左右时，对工作面防止隅角瓦斯

10、超限最有利，为此，将工作面配风控制在 500m3/min 左右。为保证均压通风的效果，实现通风系统稳定，我们在矿井所有风门上设置了闭锁装置，并在工作面附近的主要风门上设置了风站开停显示，特别是在巷道贯通期间，提前建好通风设施，三班专人看守，贯通后及时调整通风系统等，保证矿井通风系统稳定和风量充足。（5）艾格劳尼新型防火材料的应用。艾格劳尼是由 2 种成分组成的可膨胀的燃堵漏风的泡沫材料，用于密闭空气和瓦斯及充填没有机械阻力的空隙。该产品使用 1 台泵和 1 支混合枪。树脂和发泡剂 2 种成分以 20：15 或 1：1 的体积相混合， 在枪内由压缩空气来自动激活发泡。优点是可快速生成泡沫、良好的

11、膨胀能力、充填时用量少、使用简单经济、快速消除漏风、抗静电泡沫可大面积使用、不蔓延火焰。通过将艾格劳尼新型防火材料在 1301 综放工作面撤面前后使用， 采空区漏风得到明显控制，用微风管测试，墙体漏风基本杜绝，回风隅角 CO浓度明显下降，特别是工作面停采后， 通过利用艾格劳尼材料进行封堵，回风隅角阻燃墙内侧的 CO 浓度连续下降，由刚停采时的 15010-6，下降到 11010-6，距停采线 25m 处的采空区在停采 15d 后进入窒息带。工作面撤出封闭后， 由于利用上艾格劳尼材料进行封堵， 采空区在 20d O2 含量降到 6%以下，这充分说明艾格劳尼材料的堵漏风效果显著。（6）监测系统的应

12、用。为搞好瓦斯管理和防止煤炭自燃预测预报工作。我们主要利用 KSS200矿井安一束管监测系统和 KJ95安全监测监控系统和人工检测相结合的方法，积极开展预测预报工作。 KSS200 矿井安全束管监测系统实现对CO、CO2、CH4、C2H 4、C2H6、O2、N2 等气体含量的在线监测，其分析结果在实时监测报告、分析日报两种方式提供数据的同时，自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的弯变化趋势进行分析；对于个别地占需进行取样分析时，可人工地行气体取样，上井后利用色谱仪进行气体分析，并同时实现数据打印和储存。本系统对常量分析和微量分析可同时进行，监测气体种类多、线性范围大、 精确度高、 24h

13、在线监测。为矿井防灭火工作总结全面准确的技术资料奠定了基础。KJ95 安全监测监控系统的使用和进一步改造完善，无论在矿井瓦斯管理还是在矿井防止煤炭自燃管理中，均起到积极作用，收到显著的效果。实现了井上下电源停电 2h 内安全监测系统正常工作，保证了 CH4、风速、温度、 CO、设备开停、风门开关等微机监控；实现了主要通风风机电流、电压、轴承温度、风量、负压等参数的微机监控；完成了通防、调度、总工程师、矿长等办公地点的微机联网和信息共享。4 俯采综入工作面防止自然发火治理的效果俯采综放工作防止煤炭自燃技术是一项复杂的系统工程。葛葶煤矿通过对矿井俯采综放工作面防止煤炭自燃技术研究、应用和完善，取得出显著的效果。&