特厚煤層綜放面自然發(fā)火防治技術(shù)

特厚煤層綜放面自然發(fā)火防治技術(shù)
特厚煤層綜放面自然發(fā)火防治技術(shù)摘要：工作面防止煤層自然發(fā)火一直是興隆莊煤礦的重點(diǎn)工作，特別是在1992年以后推廣特厚煤層綜放開(kāi)采以來(lái)，在工作中不斷總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，逐步形成綜放面煤層自燃防治技術(shù)體系，其成功應(yīng)用為今后該礦防滅火工作提供了可靠的技術(shù)支持，對(duì)其他煤礦特厚煤層工作面的自燃防治工作也具有重要的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：特厚煤層；綜放面；自然發(fā)火；防治技術(shù) ST6紅外探測(cè)儀
1 礦井概況
興隆莊煤礦位于兗州煤田北部，井田面積54 km2，可采儲(chǔ)量3.8億t。現(xiàn)采３層煤煤層傾角2°～12°，厚度平均為8.65 m，埋藏深度為250～550 m，年產(chǎn)量600萬(wàn)t左右，煤層自然發(fā)火期為3～6個(gè)月，屬自燃煤層。興隆莊煤礦從1992年開(kāi)始應(yīng)用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)以來(lái)，極大地提高了生產(chǎn)效率，但是綜放面存在3方面的問(wèn)題：① 由于綜放開(kāi)采順槽沿底板一次掘出，服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，順槽頂煤較厚，且過(guò)老巷或斷層時(shí)，煤體較破碎，易于離層、壓裂冒落，使得巷道煤體自燃危險(xiǎn)性增加；② 綜放面上下兩道采用錨索加強(qiáng)支護(hù)后，很難及時(shí)冒落，工作面生產(chǎn)期間和沿空送巷期間極易形成漏風(fēng)通道；③ 上下端頭支架處頂煤放出率低（有的不放），采空區(qū)留有大量浮煤，采空區(qū)浮煤易自燃，尤其是開(kāi)切眼和停采線(xiàn)附近，由于不放頂煤，工作面安裝撤架時(shí)間較長(zhǎng)，使其更易發(fā)生自燃火災(zāi)。因此自然發(fā)火的有效監(jiān)控和防治是保證綜放面**生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題，近幾年興隆莊煤礦通過(guò)對(duì)5320、4324、4326、4328、1303、1304、1307等綜放面進(jìn)行防滅火工作，逐步積累了一整套科學(xué)管理和預(yù)防措施，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面豐富了特厚煤層自燃防治技術(shù)，對(duì)于今后礦井的自燃防治工作具有重要的借鑒價(jià)值。
2 煤層自燃防治體系的建立
綜放面煤炭自燃的防治本身就是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及生產(chǎn)的多方面。針對(duì)綜放面的實(shí)際，建立了煤炭自燃的整體防治體系。
該體系由3方面組成。首先建立煤炭自燃的預(yù)防技術(shù)屏障，當(dāng)預(yù)防失效后，根據(jù)煤炭自燃初期的物理與化學(xué)變化產(chǎn)生的效應(yīng)，進(jìn)行煤炭自燃預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，就能把自燃隱患進(jìn)行消除；一旦失敗，形成自燃火災(zāi)，就要進(jìn)行火源探測(cè)，從而準(zhǔn)確確定火源位置及其范圍，有的放矢地處理自燃火災(zāi)。工作重點(diǎn)是**步和**步，即積極開(kāi)展超前治理和超前預(yù)防的工作，下面依據(jù)綜放面推進(jìn)到不同的位置應(yīng)采取的技術(shù)措施詳細(xì)介紹。
3 綜放面距開(kāi)切眼200 m范圍的推進(jìn)過(guò)程防火技術(shù)
（1）綜放面生產(chǎn)前開(kāi)切眼上、下頭絞車(chē)窩或機(jī)電硐室全部用沙袋垛充填滿(mǎn)，防止以后沿空送巷接近老開(kāi)切眼時(shí)直接揭露采空區(qū)。
（2）工作面每推進(jìn)50 m在上、下隅角分別施工一道3 m厚的碎煤袋或沙袋隔離垛。
（3）如果工作面每月推進(jìn)速度小于50 m時(shí)，需要在上、下隅角的3 m隔離垛后埋管壓注膠體漿100～300 m3。
（4）如果工作面推進(jìn)速度很慢并且工作面地質(zhì)條件惡化，在上、下隅角的3 m隔離垛后埋管壓注膠體漿的同時(shí)考慮壓注泡沫阻化劑。
（5） **監(jiān)控裝備
① 工作面回風(fēng)隅角和回風(fēng)流分別安裝1臺(tái)甲烷傳感器，工作面回風(fēng)流中分別安裝1臺(tái)一氧化碳傳感器、溫度傳感器和風(fēng)速傳感器，各類(lèi)傳感器連續(xù)可靠運(yùn)行。
② 工作面回風(fēng)隅角和沿空送巷的沿空側(cè)重點(diǎn)防火部位安裝束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行。
③ 工作面回風(fēng)隅角班班懸掛甲烷—氧氣監(jiān)測(cè)報(bào)警便攜儀。瓦斯檢查員每班檢查回風(fēng)隅角和回風(fēng)流中一氧化碳濃度兩次。
④ 回風(fēng)隅角、回風(fēng)流和其他重點(diǎn)防火地點(diǎn)至少每周一次取氣體樣化驗(yàn)分析。
（6） 特厚煤層綜放面自然發(fā)火防治技術(shù)泄水孔堵漏風(fēng)
① 開(kāi)切眼附近一般施工75～200 mm泄水孔，泄水孔上口安裝0.5～1.5 m高的雙頭多孔高起籠頭，籠頭的多孔過(guò)水流量與泄水孔流量匹配，并在籠頭處搭建木垛保護(hù)。
② 泄水孔下口安裝倒楔形“U”型泄水管，既泄水又不漏風(fēng)。
4 綜放面上下順槽特殊地點(diǎn)防火技術(shù)
4.1 沿空送巷沿空側(cè)的開(kāi)切眼、停采線(xiàn)、聯(lián)絡(luò)巷和溜煤眼位置
(1) 在沿空送巷對(duì)開(kāi)切眼、停采線(xiàn)、聯(lián)絡(luò)巷和溜煤眼位置前后噴水泥沙漿。
(2) 根據(jù)上述位置具體情況施工1.5～2寸的鉆孔，鉆孔間距5～10 m，重點(diǎn)壓注粉煤灰漿和膠體泥漿等防火材料。
(3) 沿空送巷其他地段則重點(diǎn)施工1寸的觀測(cè)孔，觀測(cè)孔間距10～20 m，作為檢查和判斷采空區(qū)氣體和溫度變化的窗口。
4.2 聯(lián)絡(luò)巷
(1) 工作面礦山壓力趕到聯(lián)絡(luò)巷之前，靠近采空區(qū)施工一道5 m厚的沙袋垛，緊貼沙袋垛施工一道0.5～1.0 m厚的磚閉。
(2) 對(duì)采空區(qū)壓注粉煤灰稠化灰漿、膠體泥漿或者固化材料充填。
(3) 如果不具備注漿條件或不能注漿，則在巷道的門(mén)口施工0.37 m厚密閉兩道，密閉間距為3～5 m，形成夾心密閉，密閉間充填黃土、瑞米材料、羅可修等固體可塑材料。閉墻附屬物包括：灌漿管、充填管、排水管、反水池、觀測(cè)孔、束管等。
4.3 溜煤眼
(1) 下口用10 mm厚的鋼板進(jìn)行封堵，四周用24個(gè)螺栓上緊。鋼板安裝1根50 mm的U型鋼管用于放水，鋼管上口伸入到鋼板水平面上5.0 m處；鋼板安裝1根25 mm的鋼管用于壓注羅科修封堵材料（如果長(zhǎng)久不使用可以壓注水泥沙漿），25 mm的鋼管上口伸入到鋼板水平面上2.0 m處。溜煤眼封閉如圖4所示。
(2) 上口周邊臥底200 mm深，然后密排合適的工字鋼，在工字鋼上面覆蓋100 mm厚的混凝土。
5 綜放面停采前及停采期間防火技術(shù)
5.1 工作面停采前的預(yù)防措施
(1) 采煤隊(duì)在離停采線(xiàn)*后的100 m范圍，必須盡量減少采空區(qū)丟煤，特別是在工作面上鐵絲網(wǎng)和鋼絲繩前20 m加大放煤力度，提高采煤率到90%以上。
(2) 停采前100 m在工作面上、下端頭每間隔30 m施工一道隔離垛墻，隔離垛可用袋裝碎煤或袋裝黃土施工，垛墻厚度不低于3 m。如果工作面過(guò)斷層并且推進(jìn)速度小于每月50 m，必須重點(diǎn)對(duì)進(jìn)風(fēng)隅角隔離垛內(nèi)壓注膠體100～300 m3。
(3) 停采前40~50 m開(kāi)始，在工作面上、下順槽埋設(shè)注漿管路，注漿管出口要用木垛掩護(hù)好，并高于底板0.5 m 以上。停采后，對(duì)工作面上、下頭進(jìn)行壓注粉煤灰漿或膠體泥漿，破壞浮煤的蓄熱環(huán)境。
(4) 停采前20 m必須密切監(jiān)測(cè)綜放面的氣體變化情況，除瓦斯檢查員每班檢查2次瓦斯、二氧化碳和一氧化碳外，測(cè)風(fēng)員每天對(duì)工作面回風(fēng)隅角、架間、回風(fēng)流進(jìn)行檢測(cè)和取樣化驗(yàn)分析一次。
(5) 在工作面回風(fēng)順槽，停采線(xiàn)后部30 m、10 m分別留設(shè)一路束管，停采線(xiàn)后部30 m留設(shè)的束管用泵抽氣化驗(yàn)分析。在工作面進(jìn)風(fēng)順槽，停采線(xiàn)后部50 m分別留設(shè)一**工測(cè)氣管。上述束管均位于底板以上1.5 m處，安設(shè)牢固整齊。
(6) 停采前通風(fēng)部門(mén)把各種防火材料和設(shè)備備足備好。
(7) 停采前，采煤隊(duì)把液壓支架的側(cè)護(hù)板盡量收回，同時(shí)要保證支架的初撐力，防止頂板破碎，為支架間防火鉆孔的施工創(chuàng)造條件。 5.2 綜放面停采期間的通風(fēng)與防火方案
5.2.1 通風(fēng)方式選擇、風(fēng)量設(shè)計(jì)及瓦斯檢查
綜放面設(shè)備主要從進(jìn)風(fēng)路線(xiàn)撤出，工作面停采后要盡可能減少風(fēng)量，即減少向采空區(qū)漏風(fēng)，停采后工作面供風(fēng)量由800～1 000 m3/min減少為500～600 m3/min。
隨著支架的撤出，工作面的風(fēng)量將會(huì)逐步減少，為了避免開(kāi)啟局部通風(fēng)機(jī)與撤出液壓支架之間相互干擾，在撤出支架過(guò)程中把廢舊水泥枕木和其他廢舊老料間隔堆積在停采線(xiàn)，盡量利用全風(fēng)壓通風(fēng)，不開(kāi)啟局部通風(fēng)機(jī)。當(dāng)全風(fēng)壓風(fēng)量減少到200 m3/min時(shí)，開(kāi)啟上、下頭局部通風(fēng)機(jī)。工作面風(fēng)量測(cè)風(fēng)員每天至少測(cè)定一次。
開(kāi)始撤出支架后，在工作面上、下頭兩側(cè)均設(shè)點(diǎn)檢查瓦斯，瓦斯檢查員在檢查完其他地點(diǎn)后在撤支架處盯點(diǎn)檢查，在掩護(hù)支架處懸掛甲烷、氧氣兩用檢測(cè)報(bào)警儀。
5.2.2 煤炭自燃的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)
（1）紅外探測(cè)。停采線(xiàn)探測(cè)采用ST6紅外探測(cè)儀，1組支架的上側(cè)架間為1個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每3 d測(cè)1個(gè)循環(huán)。測(cè)定數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，繪制出場(chǎng)強(qiáng)變化趨勢(shì)圖，為煤層自燃的早期預(yù)報(bào)提供依據(jù)。
（2）溫度監(jiān)測(cè)。工作面每組支架設(shè)1個(gè)點(diǎn)，利用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)量工作面架間及鉆孔中的*高溫度，每天測(cè)一次。
（3）取樣化驗(yàn)分析與人工監(jiān)測(cè)。每間隔5組支架選1個(gè)鉆孔（包括回風(fēng)隅角和工作面回風(fēng)流）進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)和取樣化驗(yàn)分析，兩天1個(gè)循環(huán)，如果出現(xiàn)隱患必須縮短測(cè)點(diǎn)間距和檢查周期。
（4）束管與環(huán)境監(jiān)測(cè)。束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每天至少測(cè)定2組數(shù)據(jù)，每天運(yùn)行時(shí)間不少于12 h，束管正常可靠運(yùn)行。
在工作面回風(fēng)流中安裝一氧化碳傳感器和甲烷傳感器。
5.2.3 特厚煤層綜放面自然發(fā)火防治技術(shù)防治措施
（1）灌漿。停采期間利用在工作面上、下順槽埋設(shè)的注漿管對(duì)采空區(qū)壓注膠體泥漿。
（2）堵漏風(fēng)防火。停采后由采煤隊(duì)在停采線(xiàn)上、下隅角分別建一道隔離垛墻，隔離垛可用袋裝碎煤或袋裝黃土施工，垛墻厚度不低于3 m，垛外建板閉，墻面用水泥抹嚴(yán)，然后在板閉和垛墻之間壓注羅克修封堵材料，在閉墻上預(yù)留注漿管路，向隔離垛墻后壓注膠體泥漿，注膠量不少于300 m3，減少采空區(qū)漏風(fēng)。
（3）工作面支架頂部和后部破碎煤體的防火措施。
① 在工作面煤壁前敷設(shè)一路2寸水管，每30 m出一個(gè)三通閥門(mén)。
② 在工作面每個(gè)支架的間隙按前、中、后方式施工3個(gè)防火孔，后部孔是在后部輸送機(jī)道向后尾梁架間及放煤口施工的鉆孔，傾角40°～45°，深度2.5～3 m；中間孔從支架頂梁中間打到頂梁上部及支架后浮煤的鉆孔，傾角30°左右，深度6～8 m；前部孔是從支架前梁架間打到支架后浮煤的鉆孔，傾角20°～25°，深度10 m左右，均下1寸套管，用快速水泥封孔，并用堵頭封堵孔口。在上下頭端頭支架以外向后部各打5個(gè)防火鉆孔，鉆孔采用扇形布置，鉆孔傾角30°～35°，鉆孔長(zhǎng)度10～12 m
③ 選擇堵漏材料的要求：無(wú)毒、無(wú)異味、無(wú)腐蝕、性能好、穩(wěn)定性高、施工方便、使用成本低等。基于上述原則，選用MEA系列煤礦防滅火劑，利用黃泥漿或粉煤灰注漿系統(tǒng)對(duì)所有鉆孔壓注MEA防火劑，濃度控制在0.8%~1%左右，壓注MEA時(shí)停采線(xiàn)鉆孔至少同時(shí)連接15個(gè)孔，其中5個(gè)孔為備用孔，設(shè)計(jì)每孔壓注1～2 m3
（4）組織管理。
① 采煤隊(duì)和裝修隊(duì)等單位要協(xié)助維護(hù)好工作面安裝的注漿管路、束管、各種傳感器、注膠泵、煤電鉆、鉆機(jī)及其開(kāi)關(guān)等，綜放面周邊的風(fēng)門(mén)全部安裝風(fēng)門(mén)閉鎖，嚴(yán)禁隨意敞風(fēng)門(mén)和放空溜煤眼，保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。
② 精心組織，合理安排，保障工作面快速撤出，采煤結(jié)束后，確保在40 d內(nèi)回撤完畢，工作面回撤結(jié)束后在5 d內(nèi)完成封閉。
③ 在通防科設(shè)防火調(diào)度辦公室，人員由通防科和調(diào)度室人員組成，各生產(chǎn)單位必須服從防火辦公室的調(diào)度指揮，除對(duì)**影響較大的工作外，其他工作盡量為綜放面讓路。
④ 通防科和綜機(jī)管理中心要對(duì)綜放面撤出和防火編制周密的工作計(jì)劃，嚴(yán)格落實(shí)工期和施工單位。通防隊(duì)和裝修隊(duì)編寫(xiě)詳細(xì)的**施工措施。
5.3 特厚煤層綜放面自然發(fā)火防治技術(shù)停采線(xiàn)封閉
(1) 在停采線(xiàn)上、下兩頭施工5 m沙袋垛，貼沙袋垛施工0.5～1.0 m密閉，然后在上、下順槽門(mén)口建0.38 m厚的密閉。上、下頭的密閉要接出注漿管和監(jiān)測(cè)束管，封閉結(jié)束后對(duì)停采線(xiàn)大量壓注黃泥漿或粉煤灰漿，壓注量不低于3 000 m3。
(2) 停采線(xiàn)上、下頭封閉結(jié)束后對(duì)停采線(xiàn)進(jìn)行均壓調(diào)風(fēng)，減少停采線(xiàn)上、下兩頭的壓差。

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