神寧集團寧東礦區阻化劑防滅火的技術應用

甄立民(神華寧夏煤業集團公司生產指揮中心,寧夏銀川 750000)

神寧集團寧東礦區阻化劑防滅火的技術應用

甄立民(神華寧夏煤業集團公司生產指揮中心,寧夏銀川 750000)

為了更好的解決神寧集團寧東礦區采空區遺煤自然氧化的問題,本文就阻化劑防滅火系統在寧東礦區梅花井煤礦的應用進行了科學分析,提出了阻化劑防滅火系統的技術管理手段,解決了采空區遺煤自然氧化的問題,保證的煤礦的安全生產。

采空區遺煤氧化 阻化劑 防滅火 實踐

1 概況

梅花井煤礦為鴛鴦湖礦區五對特大型礦井之一。礦井地質儲量2510.54Mt,可采儲量為1229.79Mt,可采煤層17層,可采煤層平均總厚28.19m,傾角5～25°,均屬傾斜煤層,設計生產能力為1.2Mt/a。井田煤層煤種為低變質程度的長煙煤和不粘煤,煤層自燃等級均為容易自燃,均有自燃傾向性。

根據對礦井112203綜采工作面上隅角及其回風流的CO、O2濃度進行測定,發現采用注氮、灌漿等防滅火措施后,上隅角CO濃度仍不能得到有效的控制,經常出現上隅角、綜采支架架間的CO濃度超過24ppm,O2濃度低于18%,嚴重威脅綜采工作面作業人員的安全,為此該礦先后在112203綜采工作面、114202綜采工作面等安裝了遼寧華科生產的BZ4/15-G型阻化泵整套設備,在近4年的使用過程中,有效的解決了綜采工作面及其上隅角的CO濃度,確保了綜采工作面的安全生產。

2 阻化劑防滅火機理

在化學上,凡是能減小化學反應速度的物質皆稱為阻化劑(inhibitors)。

2.1 阻化劑的作用機理

(1)增加煤在低溫時的化學惰性,或提高煤氧化的活能;(2)形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面;(3)充填煤柱內部裂隙;(4)增加煤體的蓄水能力。

2.2 阻化劑的評價指標及其影響因素

我國目前采用阻化率和阻化壽命作為衡量阻化劑的兩個指標。

阻化率：含硫量小于2%的煤采用煤樣在阻化前后放出CO氣體的相對變化量作為評定指標;含硫量大于2%的煤(一般稱為高硫煤)采用煤樣在阻化前后放出SO2氣體的相對變化量,作為評定指標。此指標稱之為阻化率。測定阻化率時要準備兩種煤樣：一種經過阻化劑處理過的煤樣;另一種是原煤樣分裝在兩個試管中;其粒度為0.35～0.66mm,重量70g。實驗條件保持一定。測定反應試管釋放的CO或SO2氣體的濃度,按下式計算阻化率：

式中 E-煤的阻化率%，A、B分別為原煤樣和阻化煤樣在規定的實驗條件下氧化5小時放出的CO(ppm)或SO2(mg)。阻化率越大,說明阻化劑對煤氧化的阻止作用越大。

2.3 阻化劑防火工藝

應用阻化劑防火的主要方法是：表面噴灑、用鉆孔向煤體壓注以及利用專用設備向采空區送入霧化阻化劑。

根據實際情況,該礦采用的阻化劑是氯鹽類阻化劑,該阻化劑的阻化機理主要是阻化劑與煤分子發生取代作用和絡合作用生成穩定的鏈環,提高煤與氧化合的活化能,其反應方程式如下：

3 BZ4/15-G型阻化泵工作原理

3.1 BZ4/15-G型阻化泵的技術參數

BZ4/15-G型阻化泵整套設備由泵車、儲液攪拌車、霧化器、膠管組成。泵車由高壓柱塞泵、防爆電動機、真空磁力起動器、缺液斷電保護裝置、底盤車等組成。阻化泵主要技術參數見表1。

3.2 BZ4/15-G型阻化泵的工作原理

BZ4/15-G型阻化泵整套設備安放在綜采工作面機巷電氣列車處的平板車上。在工作面下隅角向采空區漏風點設置2～3個霧化器向采空區直接噴灑。阻化泵站主機和綜采工作面電氣列車放在一起,通過高壓膠管和霧化器連接。

表1 阻化泵主要技術參數參數

表2 阻化劑使用前后工作面上隅角CO濃度對比

阻化泵電動機帶動柱塞泵吸取低壓阻化液通過高壓膠管在采煤工作面下隅角處及其支架的霧化器,向采空區直接噴灑,排出高壓液體到霧化器形成直徑10～30μs,利用采空區漏風將霧狀、細小的阻化劑溶液帶入采空區,在采空區煤矸表面形成阻化液膜,降低采空區遺煤氧化速度,延長自然發火期,從而達到防火的目的。目前該礦采用阻化泵所采用的阻化劑為鹵塊、鹵片、鹵粒,其水料比3：1,濃度為25%。

3.3 BZ4/15-G型阻化泵的優點

(1)無動力自動攪拌裝置例用泵站自身動力采用液力攪拌,無需再增加電動攪拌或者人工攪拌的螺旋槳裝置。采用的液力攪拌能使阻化劑溶劑在水里更好的溶解,更好的發揮防火的作用。(2)為了適應礦里的高壓要求,而系統不發熱。高壓泵的壓力調節閥采用YF-0型,壓力可以隨時調節。(3)缺液斷電保護裝置,當儲液箱內的阻化溶液噴灑完時,該裝置能控制真空磁力起動器,使電機斷電停泵。避免設備干轉發生危險和破損。(4)該套設備所有接頭都采用礦用K型接頭方便快捷不泄露。

4 阻化劑防滅火系統使用前后綜采工作面的防滅火效果

阻化劑防滅火系統在該礦中的實際應用：根據該礦的實際情況,先后在112201綜采工作面、112203綜采工作面、116101綜采工作面及116103綜采工作面安裝了阻化劑防滅火系統,通過對這四個綜采工作面安裝阻化劑防滅火系統前后上隅角CO濃度的觀察,發現安裝后綜采工作面上隅角CO濃度明顯下降。

(1)116101綜采工作面使用阻化劑后上隅角CO濃度在割煤過程中基本上不超過20ppm,檢修過程中基本控制在10ppm以下,阻化劑防滅火效果顯著。(2)114202綜采工作面使用阻化劑后上隅角CO濃度在割煤過程中基本上不超過80ppm,檢修過程中基本控制在30ppm以下。(3)112203綜采工作面從開始噴灑阻化劑后,上隅角CO濃度呈下降趨勢,但是因噴灑量不足、地表裂隙填充不到位等原因,上隅角CO濃度變化不大,防滅火效果不太明顯。(4)116103綜采工作面使用阻化劑后上隅角C O濃度在割煤過程中基本上不超過24ppm,檢修過程中基本控制在15ppm以下。

5 阻化劑防滅火系統在使用過程中存在的問題及說明

5.1 使用過程中存在的問題

(1)因阻化劑腐蝕機械設備、支架,綜采隊對機械設備、支架等金屬構件需不定期的噴灑防腐蝕漆,增加了綜采隊員工的勞動強度。(2)采煤工作面操作員工在配制漿液的過程中,阻化劑與水的配比不夠,導致溶液濃度低于25%,造成部分綜采工作面阻化劑防滅火效果不明顯。(3)在使用過程中,缺水保護系統容易損壞。

5.2 解決措施

(1)為采掘面崗位工種增發多套工作服和勞保用品,進行倒替使用,并督促礦洗衣房增加烘干、洗衣設備,及時解決下一班次工人能穿干燥、干凈的工作服上班,以增強職工使用阻化泵裝置的積極性。(2)要求各個綜采隊必須編制相關安全技術措施,阻化泵的使用,阻化劑的噴灑必須按照措施要求進行。

6 結語

梅花井煤礦通過采用阻化劑防滅火系統,BZ4/15-G型阻化泵整套設備明顯延長了采煤工作面采空區的自然發火期,防滅火效果顯著。從根本上解決了綜采工作面上隅角CO濃度過高的問題,同時優化了梅花井煤礦防滅火系統,徹底解決了遺煤自然氧化所產生的安全隱患,使作業地點的CO濃度滿足《煤礦安全規程》對工作面有害氣體濃度的要求標準,為礦井高產高效提供了強有力的保證。

甄立民(1967.1-)男,大學學歷,通風與安全工程師,曾在《寧夏科技》、《西北煤炭》等刊物上發表論文數篇,歷任石嘴山礦務局技術員、副科長、科長等職,現任神華寧夏煤業集團公司生產指揮中心主管。