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综放开放采空区煤炭自燃预防措施

发表时间:2012-03-20 来源:职业卫生网 浏览次数: 评论: 顶: 踩:

 1 开放采空区压注胶体泥浆防灭火的机理

向开放采空区注胶体泥浆的防灭火机理是:采空区有“三带”,即散热带、自燃危险带、窒息带,煤炭自燃发生在自燃危险带内。最易自燃深度一般为30~60m。若在距工作面30~60 m的采空区内的最易自燃区域前的某一固定地点,压注胶体泥浆,通过控制凝胶配比和成胶时间来控制胶体泥浆的流动范围,使胶体泥浆与矸石等共同形成一道较宽的隔离带,在隔离带内辅以注浆。隔离带可以阻止黄泥浆流向工作面,迫使黄泥浆向采空区更深方向流动,向火源点流动。随着工作面的向前推进,采空区顶板冒落的逐渐严实,空间逐渐减小,采空区漏风量逐渐减少,火源点也逐渐下移;随着隔离带的加高,流向火源点的注浆量也逐渐增加,使采空区充填更趋于严实,温度逐渐降低,使得注浆防灭火效果能更好地发挥作用。

概括地说,就是在采空区内最易自燃区域前注胶体泥浆,形成一道隔离带,在隔离带内大量注浆,从而破坏漏风供氧和蓄热环境,消灭煤炭自燃。胶体泥浆是其核心技术,起到形成隔离带的作用,即起到:①阻挡作用,是防止注浆浆液流向工作面,影响正常生产;②隔离作用,隔断火源向工作面延伸;③密封作用,密封堵漏风。

2 胶体泥浆防灭火特性

胶体泥浆防灭火技术,常用于防治开放采空区和无煤柱(或小煤柱)开采的综放邻近采空区(封闭采空区)的煤炭自燃,具有用料省、施工强度低、防灭火效果显著等特点。在姚桥煤矿,应用胶体泥浆防灭火技术,分别成功地防治了7513综放面、7003综放面、7507综放面的各自邻近采空区(封闭采空区)的煤炭自燃。

胶体泥浆的特性:

胶体泥浆是由基料(如水玻璃等)、促凝剂(碳氨、铝酸钠等)和黄泥浆(或粉煤灰浆及矸石制浆)按一定比例混合而成,可控制在一定时间内发生胶凝固化,并吸热降温;胶体中加人充填剂,可使之增加强度、耐热性和延长有效期。胶体泥浆主要具有如下性能:①高固水性,固水量在80%以上;②强渗透性,渗透距离可超过5 m;③吸热降温快,基料浓度为6%时,胶体吸热量为4×104 kJ/m3上;④密封堵漏效果好;⑤阻化性能高;⑥耐热稳定性能好;⑦强度高,在井下稳定1 a以上时间;⑧成本低、工艺简单、设备轻便,操作方便灵话。

3 应用无氨胶体泥浆防灭火技术治理7005综放面开放采空区自燃

3.1 综放工作面概况

7005综放面为姚桥煤矿中央采区首采面,走向长1649m,倾斜长159 m,煤层厚度5.8~4.27 m,煤层倾角9?~19?,标高为-676~-730m,工作面采用下行“U”型通风系统,正常供风量为741~639m3/min。该面有10余条较大断层,断层处煤体疏松、易自燃。在掘进过程中,材料道、切眼和刮板输送机道曾多处遇断层发生煤层自燃现象。在回采过程中出现2次自燃。

3.2 上隅角采空区自燃原因分析

在7005工作面推进至1190 m,突然发现该工作面上隅角出现CO,且高达220×10-6,在工作面第85#~110#架尾也有少量CO,并随后呈上升之势,而工作面下隅角CO一直稳定在(20~50)×10-6。经调查分析,其主要原因是:

(1)工作面上出口附近有3~5个支架不放煤

或放煤量很少,老空区遗煤量大,留下自燃隐患。

(2)虽然元月份工作面推进速度较快,达156m,但顶板冒落仍不严实,采空区注浆量小(因工作面较长时间微俯采,无法正常注浆),采空区漏风窜风现象严重,即具备供氧蓄热条件。

(3)近期外围巷道贯通多,通风系统不稳定,工作面风量变化幅度大,风量最小时不到300 m。/min(当时工作面配风量为620 m3/min),形成拉风箱效应,诱发了采空区遗煤自燃。

3.3 自燃的处理

由于工作面是微俯采,所以针对上述情况,决定采取注胶体泥浆和辅以注浆技术措施灭火。该措施的关键技术之一是确定胶体泥浆的配比,经实验,选取:①黄泥浆水土比为3:1(体积比);②凝胶的配比为水:水玻璃:无氨促凝剂=94:4:2(质量比),成胶时间约为4~5 min。其工艺是在现有的静压埋管注浆系统中,在井下利用添加泵,按一定比例向注浆管路中添加促凝剂,形成一道胶体泥浆隔离带,并在隔离带内注浆。

具体实施方案和过程为:突击运、装注胶泵,并增铺2趟?76 mm注浆管路约600 m,其中第一趟管路在798#棚处开口用于注胶体泥浆,第二趟管路在732#棚处开口作注胶体泥浆备用管,原108 mm管路在884#棚处开口仍作注浆管用。采取每天早班压注胶体泥浆1 h、中夜班注浆各3 h、加强放煤、保持正常推进度和稳定工作面风量并增加至830m3/min等措施,共注胶体泥浆1382 m3、注浆4436m3、工作面推进86 m,上隅角老空区CO降至15×10-6以下,在106#、96#、85#支架尾部查无CO,隐患基本消除,并一直维持到工作面回采结束封闭。

3.4 防灭火治理综合分析

7005综放面是非标准的“U”型通风工作面(工作面后尾有放水巷、材溜后尾均有尾巷,虽然尾巷被封闭,但受回采动压影响,墙体压酥漏风),回采了11个月推进760 m时,刮板输送机道后尾(老巷)出现自燃,自燃的主要原因是工作面向后尾老空区漏风量大。同时说明:7005采空区自燃危险带的带宽远)35~110m。在本次煤炭自燃前,虽然工作面的推进速度分别是110 m/月、150 m/月和156 m/月,远>60 m,仍未能避免工作面上巷采空区发生自燃。

鉴于此,7005综放面配风为830 m3/min,如采空区漏风率按1%计算,进风隅角采空区漏风量可达8.3 m3/min,要惰化这么大的漏风量,需注氮300m3/h以上。而7005制氮机的最大制氮能力不到300 m3/h,很难惰化采空区进行防灭火。因此,实现注氮防灭火是不可能的,惟有堵漏风和破坏蓄热环境的方法可行。

所以,在距工作面的40 m的最易自燃点前的798#棚处(固定地点)压注胶体泥浆,在采空区距工作面51.6 m的884#棚处压注黄泥浆。这样,在798#棚的附近区域,注胶体泥浆,形成一道隔离带;在隔离带内的最易自燃区域注浆,共同阻止自燃向工作面方向延伸扩展;随着工作面的向前推进,采空区顶板冒落的逐渐严实,使得注浆防灭火效果更好,达到堵漏风和破坏蓄热环境的目的,从而最终灭火。

胶体泥浆起到隔离带的作用:①隔断火源向工作而方向扩展延伸;②密封堵漏风;③防止注浆浆液流向工作面,迫使注浆浆液流向火源点,破坏蓄热环境,降温灭火。

4 采空区两道阻燃墙防火技术

工作面采空区的内部漏风主要是由上下两道压差造成。上下两巷道因支护原因在回采过程中冒落不实,特别是采用锚网、锚索支护形式的巷道,回采后冒落滞后,使采空区的漏风深度加大。当上下隅角建墙后,有效封堵了因两巷造成的漏风,起到了缩小采空区漏风宽度的作用。

工作面在回采过程中,每推进10~15 m在工作面上下两道冒落处建立阻燃墙。建墙材料可就地取碎煤,按比例在碎煤中加人阻燃剂装袋进行全砌,对墙面喷涂聚胺脂或用黄泥摸面处理后注入凝胶材料或罗克休材料,严禁风流从两道漏进或漏出,减少采空区的漏风量,缩小漏风的宽度。

5 结论

(1)综放工作面防止开放采空区煤炭自燃的根本性措施是推进度,设计合理的工作面长度,加强工作面的管理,确保月推进不低于60 m。

(2)压注胶体泥浆可在采空区内形成隔离带,便于采空区大量注浆,可防止工作面推进慢时采空区煤炭自燃。

(3)胶体泥浆能否达到预期效果,关键是成胶比例的控制。因此在实施压注胶体泥浆技术措施时,根据不同采空区的具体情况,有针对性的采取不同配比,严格控制成胶时间,以达到预想目的。

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