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257.cc2018年2期(17)
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井下煤柱回收工作面采空区防灭火预防措施的探讨

高阳煤矿    成  鹏

摘要:本文首先介绍保安煤柱工作面实际回收工作中存在问题,然后分析采空区三带数据研究,最后探讨保安煤柱回收工作面采空区防灭火预防措施及对策。

关键词:煤柱回收;防灭火;预防措施

1、前言

在煤矿生产中,不可避免地会出现井下保安煤柱工作面的回收,在回收煤柱工作面掘进、回采期间一旦出现矿井火灾,不仅会制约回收煤柱工作面的顺利回收,还会对井下作业人员的切身安全构成威胁。为了达到“防火有效、经济合理”的目的,必须分析工作面的自然发火因素,给工作面的防火设计提供依据。

2、煤柱回收工作面自然发火因素

煤柱回收很多情况为孤岛工作面,具有严重的自然发火因素,其因素为:①保安煤柱两翼工作面采空区巷道密闭较多,受煤柱开采时受采动影响,密闭易于开裂漏风,使老采空区易自然发火。②工作面掘进时,将从两翼的很多采空区老巷道穿过,其中原有采空区防火墙、密闭墙将会被不同程度破坏,这些密闭的巷道已经垮塌,因此掘进巷道揭露这些密闭时,不仅会造成向老采空区的严重漏风,而且这些密闭不容易构筑严密,还将长期向老采空区漏风,易引起老采空区浮煤自然发火。③煤柱回收工作面煤柱压力大,因此工作面易于造成顺槽风流向原老空区漏入,使两边老采空区氧浓度增加,浮煤易自然发火。④煤柱回收工作面在顺槽掘进时和工作面回采时,受采动影响,煤柱均会产生松动圈和裂隙,使工作面两翼的煤柱易漏风氧化自然发火。⑤煤柱回收工作面推进时,采空区两翼的煤柱全部垮塌,使很多个工作面的采空区全部连成一片,漏风增加,氧化带增宽,等众多因素导致使采空区易自然发火。

综上所述,保安煤柱回收工作面采空区存在极严重的自然发火因素,工作面是否能安全采出全部煤炭,防灭火是关键。

3、 煤柱回收工作面采空区防火技术

3.1   煤柱回收放顶煤工作面的主要防火措施

采空区自然发火的原因是因为采空区有大量的浮煤,这些浮煤如果有自然发火倾向,则会发生氧化自热,如果自热的热量不能散发,则积聚的热量就会使浮煤升温达到其燃点而自燃。因此防火的原理主要为:延长浮煤的发火期;降低浮煤的氧含量;降低浮煤的温度。根据这三个防火原理,采空区防火的主要措施有三种:第一种措施为:对采空区的浮煤采用注浆和注防火材料将浮煤包裹,降低采空区浮煤的温度,阻化采空区浮煤的氧化,延长其自然发火期,防火材料主要有泥浆、阻化剂、泡沫和凝胶等;第二种措施为:向采空区注氮气,减少采空区漏风,降低采空区浮煤所处空间的氧含量,使采空区浮煤失去氧化的空间;第三种措施为:对采空区浮煤采用降氧和降温的双重防火措施。

3.2 氮气防灭火原理及特点

   氮气在常温下常压下是无色、无味、无毒的不可燃气体,比空气略轻,对振动,热、电火花等都是稳定的,无腐蚀作用,也不轻易与金属化合。氮气防灭火的原理见以下框图:


111.jpg


氮气防灭火的特点为:

   a.氮气比空气略轻,可以充满封闭范围内的所有空间,特别有利于工作面采空区上部和巷道冒顶区的防灭火。

   b.通过管道输送,不需用水,输送方便。

   c.灭火过程中不损坏井巷设备,使灾后恢复工作简单。

d.氮气本身无毒,使用安全。

e.使用方便,投入防灭火速度快,采空区有发火征兆时,只需开启阀门,便可迅速向采空区注入氮气。

f.灭火速度快,能迅速降低封闭区的氧含量使火区窒熄。

g.目标注氮时,能迅速降低巷道冒顶区的一氧化碳含量,保证灭火人员的安全。

h.能提高火区内气体压力,减小火区漏风。

3.3  采空区注氮防火方法

当工作面采空区浮煤出现早期自然发火征兆时,采用边回采,边注氮的开放式注氮防灭火。目前采空区开放式注氮有3种方式:采空区钻孔注氮;采空区埋管注氮;采空区拖管注氮。

由于孤岛工作面风量大、冷却带宽,采空区注氮不宜采用拖管注氮方法,选为采空区埋管注氮,其方法为:在工作面进风顺槽埋设Φ114mm的无缝钢管两趟,随着工作面的推进,钢管被埋入采空区进风侧,两趟管路交替注氮,每隔一定距离卡断一趟管路,让采空区氧化带永远有一趟管路埋入。这种方式能将氮气注入采空区的深部,适合于工作面风量大、采空区冷却带宽或采空区涌水较大的工作面。为了防止采空区的积水涌入埋管,将埋管出口端做成45º的弯头,氮气出口端高于采空区底板0.5m。埋管注氮时,必须保证采空区内30~60m范围始终有1趟注氮管在注氮,保证将氮气注入采空区氧化带,因此当第一根埋管进入采空区30m时,应即时埋入第2趟注氮管,埋管步距为30m。

4、煤柱回收工作面掘进时采空区防灭火措施

4.1煤柱回收工作面巷道掘进时老采空区防灭火措施

煤柱回收工作面掘进时,将从两翼的很多采空区老巷道穿过,其中有密闭可能将被破坏,这些密闭的巷道已经垮塌,因此掘进巷道揭露这些密闭时,不仅在重新构筑密闭的3天时间里会造成向老采空区的严重漏风,而且这些密闭不容易构筑严密,还将长期向老采空区漏风,易引起老采空区浮煤自然发火。采用的防火措施为:

①巷道掘到老巷道密闭前时,如果密闭四周巷道保存完好,则对密闭和巷道进行喷浆,要求巷道喷浆长度为10m,全断面进行喷浆。

②巷道掘到老巷道密闭前时,如果密闭四周巷道保存完好,而密闭已经垮塌,则按正规密闭构筑方法重新构筑密闭。

③巷道掘到老巷道密闭前时,如果密闭与巷道均与垮塌,则只能按垒砂袋闭的方法重新构筑密闭:首先在垮塌巷道挂上风幛,减少老采空区的漏风,然后用麻袋装上砂子,在巷道垒上2.5m长的砂袋闭,砂袋闭垒完后,用水泥砂浆堵塞砂袋闭的缝隙,再对砂袋闭进行全断面喷浆。砂袋闭喷完浆后,紧贴砂袋闭再垒3m长度的砂袋闭,并重新对砂袋闭进行喷浆。每个闭的中上部必须设置两根ф50mm的钢管,其中1根为注氮管,另1根为取气观测管,管路上必须设置阀门。密闭垒好后,必须每2天对密闭取样观察1次,如果发现密闭内老采空区CO气体浓度超过了24ppm,则必须对密闭内进行注氮防火,注氮流量为500m3/h,注氮方法为间歇注氮,只要密闭内CO小于24ppm,就可以停止注氮,高于24ppm,则恢复注氮。为了达到密闭注氮的目的,工作面掘进时就应该将ф108mm注氮管敷设到掘进巷道中,并随着掘进巷道的延伸而延伸。

4.2   巷道掘进时高冒区的防火措施

   由于煤柱回收工作面压力较大,在巷道掘进时会产生高冒区和松动圈,故应加强对巷道高冒区和松动圈的防火。

4.2.1   监测高冒区气体和温度

煤柱回收工作面对巷道高冒区的气体和温度监测采取如下措施:

⑴ 对所有高冒区打2个钻孔,对没有喷浆的高冒区,钻孔必须打到浮煤之上接近实体煤的地方,对已经喷浆的高冒区,钻孔打到喷浆层上1.5m。钻孔下6分套管,其中一个钻孔连接水管,每3天注水20min,观察水温是否增高,另一个钻孔中穿入φ8mm束管单管和用导线连接的热敏电阻到孔底,钻孔用黄泥封孔,每天均通过束管和热敏电阻测量气体和温度1次。用万用表测热敏电阻的阻值,查表即可得出温度值。

    ⑵ 巷道高顶煤炭氧化自热发生时,其面积较小,生成的CO气体在局部地方含量虽高,但总量较小,聚集在冒顶区的顶部,只有少量溢出,加上巷道风量较大,因此很难检测到,但热气由于压力升高,会源源不断地涌出,很容易观察到。巷道高顶浮煤如氧化加剧,虽然不容易测到CO气体,但容易观察到热气,因此瓦检员每班都必须爬到高顶观察高顶是否有热气,并用红外测温仪检测高顶温度,用CO检测仪检测CO气体含量。

⑶ 对于沿走向有进口和出口的高冒区,由于测试的气体为进风,瓦斯低,氧含量高,不易测到真实气体,应列为监测的重点,要特别注意测试这类高冒区浮煤的温度。

4.2.2   清除高冒区浮煤和对高冒区喷浆

巷道高冒区自燃的主要原因是因为高冒区漏风后使浮煤氧化积热,当热量增加,使浮煤的温度达到其燃点时发生自燃,为此,必须将高冒区的浮煤清理掉,便高冒区露出实体煤,为了防止高冒区新的浮煤产生,高冒区的浮煤清掉后应即时喷浆。对已经喷浆的高冒区进行检查,对脱浆的地方补喷浆。有的巷道虽然没有高冒区或高冒区较小,但巷道压力大,顶部浮煤多,松动圈发育,对这些地段也必须实施喷浆。

4.2.3  高冒区目标注氮

对高冒区实施目标注氮防灭火,注氮时机和地点为:当高冒区温度超过35℃时,或高冒区打钻难度大时。巷道目标注氮防灭火有其适用条件,如图所示:


222.jpg


巷道高温或明火发生在图中喷浆层的上部时,由于喷浆层将上部冒顶区封闭,相对严密,注氮时只需对喷浆层的裂隙用速凝水泥堵漏,便可减少氮气的泄漏,在这种条件下目标注氮,可以将冒顶区高温或火彻底扑灭。

5、结语

综合来说,加强煤柱回收防灭火技术措施,不仅能够安全采出全部煤炭,创造很大的效益,而且研究出来的一整套煤柱回收孤岛工作面采空区防火技术能在煤柱回收工作面推广应用。

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