采煤工作面自然发火风险管控技术方案

1采煤工作面自燃发火风险管控技术方案综采工作面所采4-1煤层经内蒙古安科安全生产检测检验有限公司鉴定属于I级容易自燃煤层，经公司安全风险管控辨识会议确定采煤工作面自燃发火为火灾重大风险，为做好工作面防灭火工作，防范遏制工作面自燃发火事故的发生，特编制了《采煤工作面综采工作面自燃发火风险管控技术方案》，科学合理地制定有效的防灭火措施，以保障矿井防灭火工作的顺利进行。一、方案说明严格遵循国家相关规程、规范、规定，认真分析工作面生产各环节过程中可能引起火灾的各种因素，针对现有防灭火系统及设施等进行综合评估，建立健全工作面的防灭火系统，完善工作面火灾防治技术措施及装备，从而保证矿井的安全生产，防止矿井火灾事故的发生。二、工作面防灭火技术方案（一）工作面回采期间防灭火措施工作面正常生产期间，采用综采一次采全高采煤工艺，倾向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。严格按设计和工艺要求采煤，提高回采率，减少人为丢煤量；加快工作面推进度，并采取以预防性灌浆、注氮和注液态二氧化碳为主的防灭火措施。2（二）工作面回撤期间防灭火措施工作面回撤期间，由于工作面停止不前，并且风量和通风方式发生改变，采空区浮煤发火可能性增大，主要采取以下防灭火措施：1.工作面停采后，控制工作面风量，保持工作面温度不超过25℃，风速不低于0.4m/s，减少工作面向采空区漏风。2.工作面推至停采线后，及时在进回隅角建立封堵墙，减少向采空区漏风。3.加强自燃发火隐患检测力度，每班由专职人员进行气体浓度和温度全面测定，及时预报自燃情况。4.实行连续足量灌浆，以出现浆液堆积为止。对远离灌浆管口的地方灌浆效果不佳时，可采用洒浆的方法从工作面向采空区喷洒泥浆。5.加强机电设备维护，集中力量，优化劳动组织，在45天内全部撤除。（三）工作面停采期间防灭火措施工作面因故停采或推进速度缓慢时，采空区浮煤发火可能性增大，主要采取以下防灭火措施：1.及时在进回隅角挂设风障或封堵墙，减少向采空区漏风；封堵墙在构筑时按照以下原则：（1）用编织袋装黄土或粉煤灰等不燃性材料砌筑；（2）墙体厚度1.5～3m，四周与顺槽顶、帮和冒落的矸石3结实；（3）封堵墙间隔30m左右。2.启动灌浆系统，实施连续性灌浆；3.加强对采空区浮煤的监测监控，做好自燃发火的预测预报工作。三、火灾预报束管监测系统1、设计方案矿井配备KSS-200型(30路）矿井束管监测系统，进行人工巡回检测与集中自动连续检测双保险检查。各掘进工作面、回采工作面及各硐室按规定安装甲烷、温度、CO传感器，实现24小时监对井下任意地点的O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2等气体含量实现24小时连续监测，经过对自燃火灾标志气体的确定和分析，及时预测报发火点的温度变化，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治工作提供科学依据。2、监测路线地面监测室→抽气泵站→主斜井→2-2上煤层胶带运输大巷→2-2上煤层回风大巷→4-1煤层回风暗斜井→4-1煤层回风大巷→工作面胶带运输顺槽→工作面回风隅角和回风流过滤器，对工作面回风隅角和回风流的瓦斯、CO及其它有害气体浓度进行24小时连续监测，加强对煤层自燃发火的预测、预报。在工作面回风隅角和回风流分别设置过滤器。3、施工技术及注意事项4KSS-200型束管色谱微机监测系统对工作面回风隅角、回风顺槽、封闭后的采空区等容易自燃发火地点气体进行连续采样分析。每班一次在采煤工作面回风隅角进行人工取样化验分析。瓦斯检查工每班对回风隅角和回风流用CO检测仪至少检查一次CO浓度。对高冒区等其它易发火地点报总工程师后，进行人工取样化验分析。采煤工作面回采结束后要每天对采空区进行循环检测分析，每周对密闭内的空气温度、出水温度进行检查。当预留在采空区的束管被堵时，应通过密闭上预留的观测孔对密闭内气体取出分析。当因采空区内注满浆液导致无法取出气样时，可不从密闭内取样，在同时具备下列条件时，可不必再对采空区气体取出分析：（1）密闭内空气温度下降到30℃以下；（2）密闭内空气中的氧气浓度降到5%以下；（3）密闭内的空气不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间逐渐下降，并稳定在0.001%以下；（4）出水温度低于30℃；（5）上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。四、注浆防火1、注浆地点：采煤工作面采空区。52、注浆方式采空区防灭火采用黄土灌浆为主，地面风井口附近建有灌浆站。制浆系统由存土棚、皮带输送机、耙装机、制浆机、供水泵、粗浆池搅拌机、灌浆泵和土水跟踪控制系统组成。由于采煤工作面工作面的回采时间较长，为防止煤的氧化发火，保证采空区防火效果，在回采过程中对工作面采用随采随灌方式。3、浆液制备采用黄泥作浆材，灌浆站设在风井口。制浆系统配置了土水跟踪控制系统。存土棚内的粘土经扒装机装上皮带输送机（皮带输送机的末端设有电子皮带称和三只拉力传感器），经过的粘土经电子皮带称称量，由三只拉力传感器转换为电信号，根据粘土的进料量，通过微机集中控制，调节变频水泵的进水水量，控制泥浆土水比为1﹕5，同时在浆液中加入6‰-10‰MgCl2阻化剂，确保浆液的质量。4、注浆管路的选择注浆管选用1594.5矿用钢丝网骨架复合注浆管，沿风井、总回风巷、4-1煤层回风暗斜井、4-1煤层回风大巷、工作面胶带运输顺槽敷设。5、输送路线地面制浆站→风井→风井井筒→总回风巷→4-1煤层回风暗斜井→4-1煤层回风大巷→采煤工作面胶带运输顺槽→采煤工作面采空区。66、综合灌浆防火措施（1）采用灌浆防火，必须遵守下列规定：①安排生产计划时，必须同时安排防火灌浆计划，落实灌浆地点、时间、进度和灌浆量。②对工作面开采线、停采线、上下煤柱线内的采空区应加强防火灌浆。③现场具备注浆条件时进行注浆，如现场俯采时不具备注浆条件则不必进行注浆。（2）工作面注浆①注浆方式：工作面回采时采用随采随灌方式。②浆液制备：主要以黄土为浆材，土水比控制在1﹕1.5～2，注浆站设在主井口地面，搅拌机机械制浆。③注浆量：注浆量每生产万吨煤不少于100m3黄土。④注浆管滞后工作面30-50m，交替埋管，通过注浆管路向采空区注浆，注浆管尽量布置在巷道顶板附近，提高注浆防灭火效果。（3）停采线注浆工作面推进至停采线，工作面所有电气、机械设备撤离完毕，在停采线处留设一路114mm钢管，出口处钢管要留设两个以上三通阀门，并用锚网等物挡好，防止顶板跨落压坏。在上、下顺槽设置两道密闭墙，密闭墙靠近上部预留注浆孔进行注浆，当注到注浆管的浆液不流动时，停止注浆，打开放水管阀门放7水，再进行注浆，这样多次注浆后，密闭内注浆以注不进为止。（4）大面积采空区注浆随着采空区扩大，形成大面积采空区时，采取阶梯形式注浆，先从大面积采空区的高处巷道注浆，再依次向大面积采空区低处巷道注浆；两处注浆间隔距离不大于100m；每处注浆以注不进为准。7、灌浆时机灌浆防灭火系统主要用于以下情况，直至工作面恢复正常回采、自燃发火征兆消失并持续稳定在3天以上后停止灌浆。①工作面初采距开切眼30m、撤架期间距停采线30m时，启动灌浆防灭火措施，以防止开切眼和停采线遗煤自燃。②工作面无法正常推进时或日推进度小于2m时；③工作面回采结束永久封闭后；④出现自燃发火隐患，检测到自燃发火的标志气体且呈持续上升趋势时；8、注意事项①注浆站要保证浆池中浆液浸泡时间并搅拌均匀，浸泡搅拌时间应不低于15min，浆液要保证浓度。②每次注浆前注浆工要检查管路，发现漏液、闸门失效等问题要及时处理。③要浆前必须明确注浆地点，然后将通往该地点的各级闸门打开，并根据实际情况要浆。8④工作面溃浆、堵管、爆管、闸阀漏浆时，要首先通知井上停止下浆，并派人关闭上一级闸门，然后进行处理。处理时严禁管口对人，处理不了时，要及时汇报，据实际情况另行研究措施处理。⑤中途堵管时，应先通知井上停止下浆，然后逐级打开卸浆阀，初步判定堵管的大概位置，将堵管附近闸阀打开放浆，此后拆开管路将堵塞物取出。⑥井上、井下注浆人员要密切配合，加强联系，严禁工作人员脱岗。井下人员要不停的巡视管路，地面注浆站接到停止注浆的通知后，应立即停止注浆。⑦煤层变厚、或过断层时，要根据实际情况，加大注浆量。⑧灌浆区下部进行采掘前，必须查明灌浆区内的浆水积存情况。发现积存浆水，必须在采掘之前放出；在未放出前，严禁在灌浆区下部进行采掘工作。⑨如现场俯采时等现场不具备注浆条件则不必进行注浆。五、注氮防火1、在41采区注氮硐室安设DM-600/10型井下移动式防爆型膜分离制氮装置2台/套，每台制氮能力600m3/h,敷设注氮管路。根据采空区温度及有害气体的浓度，连续或间歇地往采空区注入氮气。要求制备的氮气浓度在97%以上，当井下其它地点发火或出现着火征兆时，可根据着火点位置选择铺设管路的方法扑灭火点或消灭火灾隐情。当回风隅角CO浓度达到80ppm以9上或采空区CO浓度达到300ppm以上并有持续上升趋势时及时采取对采空区注氮降低氧气浓度的措施。2、注氮工艺注氮工艺采用“动态监测，适时注氮”新型工艺。该工艺为：以工作面回风隅角检测出的CO及C2H4含量为依据，连续或间歇地往采空区注入氮气。注氮时，在工作面的进风顺槽（进风隅角）埋设管路，与进风顺槽平时正常安装的注氮管路连接，开动制氮设备，对采空区进行注氮。其间，要配合其它防火措施，并加强对采空区气体的检测分析，当隐患消除后可停止注氮。3、制氮指标：（1）氮气浓度不小于97%。（2）氧气浓度不得超过5%。4、注意事项(1)工作面胶带运输顺槽安装专用注氮管路，每月检查一次管路的气密性，发现问题及时处理。(2)在平常不需注氮时，必须保证每月开动两次制氮机，每次开动时间不少于3h，并取样上井后用色谱仪分析化验，如氮气浓度低于97%，立即进行维修，确保制氮设备时刻保持良好状态，以便在出现灾情时能够迅速投入使用。(3)在采煤工作面进风顺槽或封闭的采空区进风侧密闭内要保留足够长的注氮专用管路，并装有截止阀门，要经常检查10管路的气密性，发现问题及时处理。(4)使用时要不断用氧气便携仪对氮气源进行检测，发现氧气高于3%，立即停止注氮，马上维修，要保证注入的氮气浓度不小于97%。六、注液态二氧化碳防火1、使用条件：当回风隅角CO浓度达到80ppm以上或采空区CO浓度达到300ppm以上并有持续上升趋势时及时采取对采空区注液态二氧化碳进行快速降温的措施；工作面停采后，进行注液态二氧化碳灭火。二氧化碳是一种窒息性气体，注入采空区后可降低氧气含量，使采空区遗煤缺氧而窒息，费用低、使用方便、灭火性能好，是一种新型高效适用的防灭火技术。液态CO2汽化和升华时吸热137kcal/kg，在温度15℃、1个大气压下，1吨液态二氧化碳体积膨胀约640倍（见表）。表液态CO2的基本特性分子质量密度（g/l）汽化热(kJ/kg)汽化后体积(m3/t)相对体积质量液体密度（kg/m3）441.9761376400.967980液态CO2用于煤层火灾防治具有下述特点：①CO2比空气密度大，在熄灭底部火灾时，可快速沉入底部而挤出氧气，并在采空区内扩散充满其空间，使采空区内氧气浓度急速下降。11②液态CO2内没有氧气，向煤层自燃高温采空区内灌注时，可完全避免由于注入惰气时，可能带入氧气而造成的不利影响。③液态CO2汽化吸收大量的热，注入高温采空区的CO2气体温度低，可以吸收大量的热，从而降低采空区温度。七、均压防火1、使用地点：停采工作面采空区2、实施技术：通过调整优化采工作面和大面积采空区通风系统，降低采空区两端的压差，降低采空区的漏风量。八、其它防火要求1、针对不同情况选择适宜的防火措施。2、提高回采率，减少采空区丢煤，工作面采完后抓紧工作面的撤出工作。3、工作面在停采期间，根据现场实际情况，工作面的风量应按照巷道的最低风速进行配备。4、工作面密闭后，及时调整轨道、皮带道的通风系统，实现均压通风，并及时进行注浆，同时加强监测。5、对于多种防止煤层自燃发火的措施，可根据现场实际灵活运用和及时补充。6、回采工作面3个月不能回采完毕的，分别在所有的进回风巷道内构筑防火门，防火门附近20m内，储备足够的数量的封