高瓦斯矿井采空区防灭火及工作面端头封堵技术研究.pdf
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1、2023年第10期西部探矿工程*收稿日期:2022-09-28作者简介:高鑫(1988-),男(汉族),山西运城人,助理工程师,现从事煤矿一通三防工作。高瓦斯矿井采空区防灭火及工作面端头封堵技术研究高鑫*(潞安矿业有限责任公司古城煤矿,山西 长治 046100)摘要:针对潞安化工集团某矿2303工作面采空区遗煤易出现自燃、瓦斯易出现超限等问题,基于2303工作面工程概况,分析了当前人们常用的采空区防灭火技术现存的不足及工作面端头封堵技术现存的不足,提出了可采用超高水材料进行矿井防灭火与采用超高水材料泵送装袋封堵工作面端头的措施,并在潞安化工集团某矿进行了应用试验,结果表明:应用该技术后,缩减了
2、防灭火作业工序,降低了工人劳动强度,作业效率显著提高,缩短了50%的工作时间,防灭火效果显著,更好地保障了矿井的安全生产。关键词:采空区;防灭火;端头封堵;超高水材料;效果中图分类号:TD752 文献标识码:A 文章编号:1004-5716(2023)10-0176-04近几年,为了保障煤矿采收率和人员的人身安全,国家大力推动了煤矿技术改造和煤矿设备的开发,降低了煤矿工人的数量,减少劳动强度,改善施工条件。“无人化”是大势所趋,“减人”、“少人”是必然趋势,“安全、高效、环保”的煤矿开采是国家中长期能源战略安全的重要保证。在高瓦斯矿井的开采过程中,由于工作面受到压力作用,使瓦斯从煤层中逸出,有
3、些气体从工作面漏到了采空区,在采空区易出现浮煤自燃等问题。在矿井U形通风条件下,上隅角处易聚集气体,如封堵不当,则易使瓦斯进入风巷,发生瓦斯爆炸等事故。目前,大部分矿井井口封堵方式都是用人工将煤和泥砂装入袋口,然后再进行围堵,这种封堵方式劳动强度大,封堵效果不佳,容易导致瓦斯超标。以上种种因素的综合作用,限制了矿井的安全、高效的生产。针对高瓦斯矿井采空区容易发生自燃和工作面端部封闭不严密的问题,提出了采空区新的防火措施,并介绍了工作面末端封堵技术。1综放工作面概况潞安化工集团某矿2303工作面开采煤层为二1煤层,其平均厚度为6.0m,平均倾斜角度为14,最大的埋藏深度为650m。在此基础上,利
4、用了一种新的采矿方法综放式采矿法,其采场的长度为680.4m。矿山的绝对涌出量为 20.39m3/min,而相对的涌出量为28.17m3/t,属于高瓦斯矿井。2303工作面顶底板地层柱状图见图1。2303工作面布置图见图2。图12303工作面顶底板地层柱状图1762023年第10期西部探矿工程2采空区煤自燃防灭火技术2.1常用的防灭火技术可燃物、助燃物、火源三个因素是造成自燃的必要条件,其中以煤炭作为可燃物,以氧作为燃料,以温度作为火源。在传统的采空区中,扑灭火灾的常用方法是减少可燃物,隔离助燃物,降低着火点的温度。2.1.1减少遗煤而在高瓦斯综合开发中,采空区有一部分残留煤未充分释放,从而使
5、采煤的采出率下降。另一方面,在煤矿开采过程中,很容易造成煤层残存的自燃,从而危害煤矿的安全。所以,降低易燃物质,增加放煤和开采速度是第一步。当采空区浮煤厚度下降时,剩余煤体发生自燃的可能性就会下降。增加采收率可以使采空区内的煤层厚度减少,从而减少残留煤体的自燃几率。从实验结果可以看出,在煤层厚度不超过0.7m的情况下,煤层的自燃几率明显降低。所以,增加采出率和减少残留煤能降低采空区煤的自燃几率。2.1.2喷洒阻化剂阻化剂起到煤炭与氧的隔离作用,是矿井中一种常见的防灭火技术,采煤机每次割煤完毕后,都要在油压支架之间喷上阻化剂,防止残煤自燃。对暴露的煤层也要进行阻化剂的喷射,这是隔离氧的有效措施。
6、2.1.3注氮及CO2在一定的氧气浓度下,采空区的遗煤容易发生自燃,所以可以通过引入空气中的氮气或CO2来降低采空区中的氧含量,以防止煤体自燃。根据混合气爆炸原理,在含氧量低于12%的情况下,发生爆炸的概率较低。通过向采空区注入氮气,可以将煤层中的含氧量降至10%以下,从而极大地减少了煤层的自燃和瓦斯爆炸的概率。2.2新型防灭火技术2007年,中国矿业大学冯光明等研制成功了一种新型的矿井充填材料超水速凝材料,其含水量可达到97%。超水物料充填法是一种高水灰比、耗材少、充填成本较低的工艺,充填工艺简单,充填率高,适应性强,是“三下”煤矿开发的一种行之有效的方法,并适用于全面推广。超高水性材料在矿
7、井下的灭火中具有特殊的优越性,其工作原理是将泥浆注入到井下着火点。目前,超防水材料的井下灭火技术主要有封闭式、开放式、混合式三大类。2.2.1封闭式灭火技术密闭消防技术是将地下着火的火源与密闭的空间隔开,并向其灌注超水性物质,浆液会在一段时期内凝结固化,从而实现了对巷内火灾的扑救。在图3中显示了密闭的消防技术。2.2.2开放式灭火技术开放式消防技术主要是适用于火灾发生地点分散、难以密闭的场所,采用多个孔将着火区贯穿,并注入浆液,并将超水性物料灌输到发火区的上部,当泥浆与火焰相接触时,火焰就会被扑灭。图4显示了开放的消防技术。2.2.3混合式灭火技术混合式消防技术采用封闭式和开放式两种方法,分别
8、对不同的地区、不同的火灾状况进行有效地控制,图22303工作面布置图3封闭式灭火技术图4开放式灭火技术1772023年第10期西部探矿工程以实现对火灾的迅速扑救。在矿井较大且起火点较多的情况下,仅采取封闭灭火技术,着火点多,造成砌筑墙体耗费时间。如果采用开放式的方式,着火面积太大,很难完全覆盖。若采用任何一种方法都无法有效地解决火灾问题,则可以将两者相结合,首先在发火区多、封闭困难的部位打孔,然后在发火区内注入超高水性物料的泥浆,使泥浆在发火区迅速凝固和固化,将自燃煤体包裹,填充裂缝,同时降低温度,抑制火势。同时,在大火发生较大、容易被封锁的地方,先用密封的墙壁将其封住,再将超高水性的浆液注入
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