南关矿1204工作面综合防灭火技术研究.pdf
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1、收稿日期:2023 01 09作者简介:郭 彬(1988-),男,山西平遥人,助理工程师,从事煤矿通风技术研究工作。doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.09.018南关矿 1204 工作面综合防灭火技术研究郭 彬(山西汾西矿业集团南关煤业有限责任公司,山西 灵石 031304)摘 要:为实现 1204 工作面煤炭安全回采,避免采空区遗煤自然发火问题,依据采面现场情况针对性提出综合防灭火技术措施。综合使用安全监控系统、束管系统及人工检测方式进行煤层自然发火预警,正常回采期间采用喷洒阻化剂方式防灭火,而出现自然发火征兆时则向采空区进行注氮;当采面非正常回采时,则及时
2、采取减少采空区漏风、强化监测、持续注氮,并加强上、下隅角、工作面支架间、煤壁阻化剂喷洒;在回采结束后及时封闭采空区并向采空区灌浆。现场应用后,1204 工作面回采期间未出现采空区遗煤自然发火问题,现场采用的综合防灭火技术为采面煤炭安全回采奠定良好基础。关键词:自燃煤层;煤炭回采;预警技术;防灭火中图分类号:TD752.2 文献标识码:A 文章编号:1005 2798(2023)09 0064 04 当矿井回采煤层具有自然发火倾向时,煤炭回采过程中需针对性制定防灭火技术措施,受井下环境恶劣、煤层赋存条件复杂等影响,采取单一的防灭火技术往往无法实现较好的防灭火效果1-2。为确保煤炭生产安全,矿井多
3、采用综合防灭火技术,虽然可起到较好防灭火效果,但是也面临防灭火工作压力大、执行路线不清晰等问题3-5。南关矿 1204 工作面 2 号煤层具有自燃倾向性,文中就以 1204 工作面防灭火工作开展为工程背景,对采面使用的综合防灭火技术进行分析,以期为其他矿井类似情况采面防灭火工作开展提供经验借鉴。1 工程概况南关 矿 为 兼 并 重 组 整 合 矿 井,井 田 面 积36.045 3 km2,生产规模 9105 t/a,批准开采 2 号、9 号、10 号、11 号煤层。现开采的 2 号煤 层 厚0.123.15 m,平均 2.7 m,煤层结构简单。顶板多为泥岩、细粒砂岩、粉砂岩或砂质泥岩,底板多
4、为泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩或粉砂岩。2021 年 4 月 30日,山西省煤炭工业厅综合测试中心对 2 号煤层的煤自燃倾向性进行了鉴定:挥发分 26.83%、煤吸氧量为 0.68 cm3/g,自燃倾向性等级为类,属自燃煤层,煤层最短自然发火期为 69 d.2 号煤层 1204 工作面东距井田边界 885 m,西侧为 1202 工作面(2009 年 8 月已回采),北为一采区轨道上山大巷,南距二采区边界 552 m.1204 工作面所在区域总体呈单斜构造,东北高西南低,材料巷长度为 742 m,最大坡度 23;运输巷长度为 722 m,最大坡度 23;切眼长度 42 m,高差为 10 m,最大坡度
5、 13.1204 工作面回采区域内发育有多条断层,采用全风压“U”型通风方式,1204 运巷进风,1204 材巷回风,设计供风量为 595 m3/min.2 综合防灭火技术2.1 火灾监测预警技术2.1.1 安全监控系统南关矿选用 KJ95x 安全监控系统,监测监控队和通风区安排专人做好各类传感器的日常管理、标校工作,确保实时监测,为防灭火管理提供可靠的依据。传感器种类及安设情况如图 1 所示。图 1 采面传感器安装位置及类型 在 1204 上隅角、1204 材巷工作面、1204 材巷回风流、1204 运输巷溜煤眼上方、工作面煤机等位置布置甲烷传感器;在 1204 上隅角、1204 材巷回风流
6、、1204 运输巷胶带机头滚筒下风侧 1015 m 等位置布置一氧化碳传感器;在 1204 运输巷胶带机头滚筒下风侧 10 15 m 位置布置烟雾传感器;在 1204实实用用技技术术 第第 3 32 2 卷卷 第第 9 9 期期 2 20 02 23 3 年年 9 9 月月上隅角、1204 材巷回风流布置温度传感器;在 1204材巷工作面布置粉尘传感器;在 1204 上隅角布置氧气传感器。2.1.2 束管监测系统南关矿选用 JSG-8 井下束管监测系统,地面设有束管监测系统机房,可对煤层自然发火指标性气体进行检测分析。束管铺设路线:束管监测机房行人斜井(32 芯)采轨道上山(32 芯)+720
7、 联巷(32 芯)采回风巷(16 芯)1204 材回联巷(3 芯)1204 材巷(3 芯)1204 采空区(3 芯)。具体采面束管布置情况如图 2 所示。图 2 采面束管布置示意 根据束管监测工作面采空区氧气数据及中煤科工集团重庆研究院有限公司为南关矿编制的综采工作面自燃“三带”监测与分析研究报告,采空区12 m 后氧气体积分数低于 18%处于氧化带,进入采空区大约 66 m 后氧气体积分数低于 7%处于窒息带。为此,在采面材料巷内安设 3 芯束管,一路束管位于采空区 12 m 范围内,一路束管位于采空区 1266 m 范围内,一路束管位于采空区 66 m 以外,以实现对散热带、氧化带和窒息带
8、进行监测。每一路束管抽气口应安设束管采样器,并实行编号管理。具体束管的布点方法见图 3.图 3 采空区及上隅角位置束管测点布置示意在工作面上隅角(012 m 范围内)布置 1 个测点,进入采空区(1266 m 范围内)设 1 个测点,进入采空区 66 m 左右布置 1 个测点。保持采空区内部回风侧范围 2 个测点、上隅角范围 1 个测点,待距工作面最远测点进入采空区 66 m 后,即可结束此测点观测,重新设置测点。地面通过束管采样仪抽取气样至地面色谱分析,分析参数主要有氧气(O2)、氮气(N2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)、乙烷(C
9、2H6),每天检测 1 次,分析数据打印报表并上报,若发现某项数据超标或者存在异常,则应立即分析并针对性采取治理措施。2.2 采面正常回采期间防灭火技术2.2.1 喷洒阻化剂1204 工作面正常回采期间每天在检修班向上、下隅角与工作面支架间喷洒阻化剂,以延缓采空区遗煤氧化。采面采用移动式阻化剂喷洒压注系统:日常喷洒选用 2 台 BQG170/0.25 型矿用气动隔膜泵,工作泵压为 0.25 MPa,额定风压为 0.55 MPa,最大耗气量为 1.5 m3/min,喷射量为 170 L/min,采用气动方式喷洒阻化剂。选用工业氯化钙作为阻化剂对工作面进行喷洒。阻化剂喷洒泵、储液箱已安设在 120
10、4 工作面刮板输送机机尾底托板处并铺设专用阻化剂管路,并随工作面的推进随时移动。将矿用气动隔膜泵、储液箱固定在刮板输送机机尾底托板处,阻化剂放置于回采工作面回风巷超前支护段外。1)阻化剂浓度确定。阻化剂浓度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面6。根据以往经验,20%的 CaCL2溶液阻化率较高,阻化效果较好;CaCL2溶液低于 20%阻化效果逐渐减弱;超过20%的 CaCL2溶液阻化效果未见明显增强但成本变高7-9。阻化剂浓度控制在 15%20%之间为最佳,因此阻化剂浓度定为 20%.2)阻化剂量用量计算。阻化剂喷洒量计算:V=Qy cLHS (1)式中:V 为阻化剂喷洒量,m3;Qy为
11、吨煤用液量(范围 0.040.06 m3),取 0.04 m3;为工作面丢煤率,取 5%;c为煤的密度,取 1.37 t/m3;L 为工作面长度,取 42 m;H 为工作面回采高度,取 2.7 m;S 为工作面日推进度,取 3.6 m.将上 述 参 数 带 入 公 式(1)即 可 求 得 V=1.12 m3.阻化剂用量计算:M=V y n (2)式中:M 为阻化剂需用量,t;V 为阻化剂喷洒量,取1.12 m3;y为阻化剂溶液密度,取 1.18 t/m3;n为阻化剂溶液浓度,取 20%.将上述参数带入公式(2)即可求得 M=0.264 t.1204 工作面一次喷洒量约为 1.12 m3,阻化泵
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