防治采空区自燃发火设计方案及措施

防治采空区自燃发火设计方案及措施一、采面生产衔接情况：我矿正常生产时有1个回采工作面，4201综采工作面预计2014年7月初结束回采。4202综采工作面预计2014年7月上旬正式开始回采，预计2015年7月份底回采完毕。二、采空区发火重点预防区域工作面和下列地段有煤层自燃发火的可能：1、4202综采工作面2014年7月份投产，计划2015年7月份采完，如果采空区浮煤清理不干净，再者工作面推进速度缓慢，采空区封闭不严实，工作面采空区就有可能发送自燃发火。2、4201工作面采空区也存在有自燃发火的可能。三、防治采空区自燃发火设计方案（一）、概况：现我矿主采4#煤层，自燃等级Ⅱ级，属自燃煤层，矿井采煤工作面采空区采用以喷洒阻化剂、黄泥灌浆、注凝胶为防灭火方法，以及束管监测预报系统、传感器监测系统和人工检测的防灭火系统。（二）、黄泥灌浆防灭火灌浆防灭火技术已在我国有自燃发火危险的矿井中得到普遍应用，也取得了良好的效果。灌入的泥浆能够吸热降温，对煤体有包裹作用，起到隔氧降温目的，同时能胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力。1、灌浆防灭火特点灌浆就是将水和浆材按适当的比例混合，制成一定浓度的浆液，沿输浆管路借助于自然压差或泥浆泵输送到井下，然后通过钻孔或专门的灌浆引管向可能或已经发生自燃的区域灌注，以防止自燃火灾的发生或治理火区。其主要作用是（1）利用浆液的渗透作用和粘着力可使浆液覆盖在煤体表面，其中的固体物沉淀后可充填于浮煤缝隙之间，包裹浮煤，从而隔绝氧气与煤体的接触，防止氧化；（2）浆液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自热氧化的发展，同时有利于已经自热煤体的散热。灌浆防灭火技术在我国具有自燃发火危险的矿井得到了普遍应用，并取得了较好的防灭火效果，由于综放工作面开采的4-1号煤层为自燃煤层，设计采用灌浆防灭火技术。2、采用灌浆防灭火的适用条件1、煤层为自燃-容易自然煤层。2、煤层采用仰斜开采的方法。由于综放工作面煤层为自燃煤层，开采方式也是仰斜开采，故该方法适用于本矿。但由于这种方法具有以下缺点：(1)浆体只流向地势低处，不能向高处堆积，对高位火作用有限；(2)不能均匀覆盖浮煤，容易形成“拉沟”现象；(3)易跑浆和溃浆，恶化工作环境，影响煤质。故综放工作面在使用时应与其他防灭火方法配合使用。灌浆防灭火方法主要注重于“灭”，即煤层出现自燃发火征兆时而使用，若煤层无自燃发火征兆时，主要以喷洒阻化剂方法为主，但灌浆系统应每隔7-10运行一次，以保证该系统的可靠性。3、灌浆材料选择灌浆材料必须满足以下要求：1、不含可燃物或助燃物；2、粒径直径小于2mm，细小粒子（粒径直径小于1mm）占75%；3、主要物理性能指标：比重2.4～2.8，塑性指数9～14，胶体混合物25～30%，含砂量25～30%；4、易脱水，又具有一定的稳定性；5、具有能与较少的水混合成浆液的能力，运输时不堵塞管路或泥浆池；6、便于开采、运输和制备，来源广，成本低。目前煤矿常用的灌浆材料主要有：黄土、电厂粉煤灰、煤矸石粉、页岩、尾矿等。由于西易党新煤矿地表大面积黄土覆盖，取土较为方便，因此，灌浆材料选用黄土，就地取材，挖掘机运抵制浆站，能保证灌浆工作的连续性，水源利用处理后的井下排水。4、主要灌浆参数1）灌浆系数灌浆系数指泥浆的固体材料体积与需要灌浆的采空区空间容积之比，《煤矿注浆防灭火技术规范，MT/T702—1997》规定：对于预防性灌浆一般取3％～12％，灭火灌浆时系数相应加大。因此，综放工作面灌浆系数暂取5%，并根据实际灌浆效果实时调整。2）土水比浆液的土水比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中土与水的体积之比，土水比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。泥浆的土水比大，则泥浆浓度大，隔绝和包裹效果好，但流动性差，输送困难，泥浆输送的沿程阻力大，泥浆在管道中的流速降低，泥浆中的固体颗粒容易沉降，造成堵管事故。土水比小，则输送相同体积的土所用的水量大，包裹和隔绝效果不好。《煤矿注浆防灭火技术规范》（MT/T702—1997）规定：矿井防灭火注浆浆液的土水比应为1:2～1:5。在回采工作面洒浆防火时，土水比应为1:2～1:3。根据综放工作面灌浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料，综放工作面泥浆土水比暂定为1:5，并在此基础上根据实际效果进行调整。5、灌浆方法我国煤矿现在使用的预防性灌浆方法有：采前预灌、随采随灌和采后灌浆三种。采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆，适用于老空区过多、自燃发火严重的矿井；随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理，防火效果较好；采后灌浆是等回采结束后，将整个采空区封闭起来后进行灌浆。根据综放工作面自燃发火的实际情况，设计采用埋管灌浆、洒浆结合的采后灌浆方法。1）埋管灌浆采用埋管灌浆法，即在放顶前沿回风巷在采空区预先铺好预埋灌浆管(10～20m的钢丝缠绕管)，预埋管一端通采空区，一端接高压胶管（长20～30m），胶管与灌浆支管相连，每天按放顶步距利用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，从而使预埋管始终保持在采空区15m左右，牵引一定距离灌一次浆，以免灌浆影响回采工作，如下图所示。为防止冒落岩石砸坏注浆管，埋管时应采取防护措施（如架设临时木垛）埋管灌浆示意图1-预埋灌浆管（钢丝缠绕管φ89）；2-高压胶管（φ89）；3-灌浆管（铸铁管φ89）；4-回柱绞车；5-钢丝绳；6-采空区；7-回风顺槽；8-进风顺槽2）洒浆当远离管口的地方灌浆效果不佳时，可采用洒浆方法，作为埋管灌浆的一种补充措施，即在回采工作面由输浆管路上接出耐压胶管，沿工作面方向向采空区均匀地洒上一层浆液。洒浆时，洒浆量要充足，能均压将采空区遗煤包裹。3）采后封闭灌浆工作面回采结束永久封闭后，采用密闭墙上插管灌浆法，即在工作面两端的密闭墙上分别预设的措施孔，实行“连续足量，充分灌注”，大量向闭后灌注浆液，灌浆量按充填20m采空区计算，防治最易自燃的停采线自燃和密闭漏风。此时，密闭墙的强度应满足注浆的要求，注浆时应派专人监护，一旦发现有溃浆征兆时，应立即停止注浆。6、灌浆时间由于综放工作面开采的4-1号煤层属自燃煤层，且为厚煤层，采空区“两道两线”会自燃发火，工作面推进30~40米灌浆一次，灌浆时间5小时，或当工作面无法正常推进、出现自燃发火隐患时延长灌浆时间，加大灌浆量，直至工作面恢复正常回采、自燃发火征兆消失53214678并持续稳定在3天以上后恢复正常灌浆。7、输浆管路4.10.1输浆管路布置由于综放工作面采空区是自燃发火最危险的区域，因此，灌浆主管路主要针对工作面采空区进行铺设。灌浆管路铺设为：地面灌浆站→主斜井→4号煤集中轨道巷→4号煤轨道大巷→工作面回风顺槽→工作面。线路总长度约2800m。管路铺设时应避免“两头高中间低”的布置方式，并尽量减少拐弯，井下输浆管路应紧靠底部铺设，固定牢固，并涂以防锈漆。8、灌浆管理为了使灌浆防灭火工作取得预期的效果，加强管理是不可缺少的重要环节。1、灌浆防灭火效果考察1、灌浆区温度检测派专人定期检测灌浆灭火区、灌浆防火工作面及其采空区内的气温、煤温和出水温度。当高于该区的日常温度时应分析原因，并采取相应的措施。2、灌浆区气体检测利用安全监控系统、束管监测系统和人工检测定期对灌浆防火区域进行气体成分的监测。气体分析成份主要有：氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯。采集气体的地点为：回采工作面的采空区束管监测点、回风巷、上隅角。2、预防堵管为了防止注浆时浆液堵管，除严格控制大颗粒浆材进入输浆管路中，注浆结束后必须用清水冲洗，冲洗时间不少于30min，以免泥浆在管内沉淀。同时，在灌浆管路的最低点设置放水阀门，每次冲洗后，应将管内的泥水放掉，以免沉积阻塞管路。3、防止跑浆注浆期间要对管路接头及密闭附近的煤岩进行细致的检查，避免跑浆。当采用随采随注的预防性注浆方法时，特别是对于俯采工作面，如果管理不当则常常会出现泥浆漫溢到工作面而恶化工作面环境的情况。为此，注浆地点应距工作面有一定安全距离，一般为15～20m。也可将工作面用木板作成挡浆隔板。4、观察水情注入采空区的水量和排出的水量均应详细记录和计算。如排出的水量很少，则说明注浆区内有泥浆水积聚，这对于开采下分层或下部煤层具有一定的危险性。如从注浆区中排出水的含泥量增多，说明在采空区内形成了浆沟，泥浆未均匀分布于采空区，而是直接从采空区流出，这势必要降低注浆效果，处理方法有：A、采用间断灌浆；B、在泥浆中加入砂子填塞通路；C、提高泥浆浓度；D、移动灌浆管口位置，改变浆液流动路线。5、建立健全灌浆记录台账灌浆记录台账是灌浆管理工作中关键的原始资料，是分析灌浆工作的基础。（三）、阻化剂防灭火系统考虑到阻化剂防火效果较好，来源广泛，使用方便，防火成本低等因素，设计采用阻化剂作为综放工作面日常防灭火技术。1、阻化剂防灭火特点阻化剂防灭火是近年来逐渐推广并得到广泛应用的矿井防灭火技术。它是将阻止煤炭氧化自燃的化学药剂制成溶液喷洒在煤壁、采空区浮煤上或压注入煤体之内，吸收空气中的水分，在煤的表面形成含水液膜，从而阻止了煤与氧的接触，起到了隔氧阻化作用。同时，这些吸水性能很强的盐类能降低煤中水分的蒸发速度，使煤体长期处于含水潮湿状态，当水在蒸发时的吸热降温作用使煤体在低温氧化过程中温度不能升高，起到了抑制煤炭自燃、延长自燃发火期的作用。但当煤中水分蒸发减少到一定量后，阻化剂就无阻化作用，因为此时在煤上的液膜由于水的蒸发而破裂，起不到隔氧降温作用，唯有吸了一定量水的阻化剂溶液在煤体上形成液膜才是煤的阻化剂。喷洒阻化剂防灭火方法主要注重于“防”。即这种方法主要是预防煤层自燃的一种手段。由于阻化剂防火具有效果较好，来源广泛，使用方便，防火成本低等优点，再加上本矿煤层具有自燃发火性，因此，综放工作面设计采用阻化剂作为日常防灭火技术。2、阻化剂防灭火系统的基本要求1、选用的阻化剂材料不得污染井下空气和危害人体健康。2、必须在设计中对阻化剂的种类和数量、阻化效果等主要参数作出明确规定。3、应采取防止阻化剂腐蚀机械设备、支架等金属构件的措施。3、阻化剂的选择在实际应用中，阻化剂还应该满足以下要求：1、原料来源广泛，价格便宜，制备、使用方便，不会大幅增加采煤成本；2、对人、设备及正常生产无影响；3、具有较好的渗透性和附着性；4、阻化率高，阻化寿命长。目前，我国常使用的阻化剂有水玻璃（Na2O·nSiO2）、氢氧化钙Ca(OH)2、CaCl2等。其中水玻璃模数n严格要求在1～2之间，且其成本较高，吨煤成本高；氢氧化钙成本较低，阻化率较高，但其溶解度较小，和水混合后易形成固液混浊液，固体颗粒可对泵等产生破坏作用，且易出现堵塞现象，影响注液效果，另外，氢氧化钙碱性强，具有很强的腐蚀性，对注液设备的防腐蚀性要求高；而工业CaCl2具有来源广、供应稳定、成本低，对井下设备和金属构件腐蚀性小，对人体无害等优点，故选用工业CaCl2作为矿井防灭火阻化剂。4、阻化剂浓度的确定阻化剂的浓度既决定防火效果，又影响吨煤成本。阻化剂浓度越大，阻化效果越好，但吨煤防火成本也随着增大；阻化剂浓度过小，虽降低了吨煤防火成本，但防火效果较差。根据国内矿井使用效果来看，20%的溶液阻化率较高，阻化效果较好；10%的阻化液也能防火，但阻化率有所下降，因此，阻化剂浓度控制在10%～20%之间，可暂定把浓度控制在15%，以后根据实际的阻化效果进行适当调整。5、阻化剂防火系统选择目前我国煤矿常用永久式、半永久式和移动式三种防火系统。1、永久式：在地面建立永久性的贮液池，从贮液池铺设一趟管道到采煤工作面上下口。利用静压(或泵加压)进行喷洒或压注。这种系统适用于井下范围小，采煤工作面距地面较浅的矿井。2、半永久式：在采区上下山或硐室内设置贮液池和注液泵，从注液泵出口到采煤工作面上、下口铺设管道。阻化液从贮液池经加压泵输送到工作面顺槽，经喷洒软管和喷枪，喷洒在采空区浮煤上；或经软管，注液钻孔，压注于煤体或发热区。半永久式压注喷洒系统为一个采区或一个区域服务。3、移动式：储液箱和阻化泵放置