博勝煤礦自燃發火綜合防治技術研究

摘 要：本文根據博勝煤礦易自燃煤層特點，取了以黃泥灌漿和氮氣防滅火為主，噴灑阻化劑為輔的綜合防滅火措施。經現場實踐，效果顯著，可供類似礦井借鑒。

關鍵詞：自燃發火；灌漿防滅火；注氮；噴灑阻化劑

一、礦井概況

博勝煤礦設計生產能力0.90Mt/a，礦井采用主、副斜井開拓，全井田劃分為二個水平4個采區上山開采，采煤工藝為采用綜合機械化一次采全高開采。根據礦井開拓方式，礦井通風方式為機械抽出式，通風系統為分列式通風，由主、副斜井進風，斜風井回風。井田內可采煤層7層，根據勘探報告提供的煤的燃點及自燃趨勢等級鑒定成果，各煤層均屬易自燃煤層。

二、博勝煤礦自燃發火綜合防治技術方案

1、灌漿防滅火

本礦井開采煤層有自然發火傾向，為預防采空區自然發火，確保安全生產，設計采用預防性灌漿，灌漿采用隨采隨灌的方式。由于礦井產量較大，灌漿量大，為便于管理和提高效率，確定采用集中灌漿系統。

1.1灌漿系統的選擇

隨著采煤工作面向前推進，在采空區隨采隨灌漿。設計采用集中灌漿系統，管路從斜風井敷設，在工業場地內設有制漿站及儲土場，通過自卸汽車將黃土運至儲土場備用，采用制漿機制漿，制成的泥漿自流至泥漿池攪拌，再自流至井下進行灌漿作業。

1.2灌漿方法的選擇

由于一個工作面的回采時間較長，為防止煤的氧化發火，宜采用隨采隨灌的工作模式，埋管灌漿的方法。從回風順槽向工作面采空區灌漿。在灌漿前應將灌漿區積水排出，以保證泥漿有很好的附著力，并保留足夠的隔離煤柱以防止潰漿、透水。

1.3灌漿參數計算及選擇

灌漿站工作制度與煤礦工作制度一致。采用預防性灌漿措施，井下灌漿有關參數計算如下：

（1）日灌漿所需土量：Q±1=K（G/r）=206.59m3/d，式中：G—礦井日產量，G=2727t；K—灌漿取土系數，K=0.1；r—煤的容重，r=1.32t/m3。

（2）日灌漿實際開采土量：Q±2=α？Q±1=1.1×206.59=227.25m3/d，式中：α—取土系數。

（3）灌漿泥水的確定：根據國內類似礦井的經驗數據，取為1：4。但是，根據該礦井實際情況調整灌漿泥水的比例。

（4）每日制漿用水量：Q水1=Q±2？δ=227.25×4=909.00m3/d，式中：δ—灌漿泥水比的倒數，δ=4。

（5）每日灌漿實際用水量：Q水2=Q水1×K水=909.00×1.2=1090.80m3/d，

式中：K水—用于沖洗管路防止堵塞的水量備用系數。

（6）每日灌漿量：Q漿=（Q水1+Q±2）×M=（909.00+227.25）×0.91=1033.99m3/d，式中：M—泥漿制成率，M=0.91。

（7）灌漿材料要求：顆粒小于2mm，粘土占60%～70%，塑性指數為9～11，含砂量為25%～30%（粒徑為0.5～0.25mm以下），容易脫水和具有一定的穩定性。

（8）灌漿介質及灌漿量：設計就近選用黃土作為井下防火灌漿的介質。防火灌漿年工作日330天，采取隨采隨灌的措施。灌漿站每日灌漿用水量：1090.80m3/d；日灌漿所需黃土量：227.25m3/d；每日灌漿量：1033.99m3/d。

（9）制漿工藝

本設計采用地面固定式灌漿注膠防滅火系統，由漿料儲存場地、漿料輸送、連續式定量制漿、過濾攪拌、計量、輸漿及管網系統和外加劑添加等部分組成。

設計在工業場地建設一座多功能膠體防滅火制漿站，制漿量2×60m3/h，制漿用水以處理后的礦井水作為水源，由兩臺灌漿給水泵（Q=120m3/h、H=17m、N=11kW）壓力供水至制漿設備，泥漿依靠重力向井下灌漿。

（10）灌漿管路

井下黃泥灌漿管路自成體系，采用常高壓灌漿系統，從斜風井引入井下工作面。井下黃泥灌漿管道采用φ219×6.0無縫鋼管，管道外壁做相應的防腐措施，連接方式為卡箍連接，便于在回采工作面裝配。

2、氮氣防滅火

2.1注氮量計算

本礦井為瓦斯礦井，煤塵有爆炸性危險且煤層屬很易自然性煤。本著預防為主的方針，根據《煤礦安全規程》的要求，將拖管、間歇式注氮系統作為礦井防滅火的一種重要措施，并在井上下建立相應的防滅火安全監測、監控系統。本礦井注氮量主要考慮防火和礦井滅火，防火按下列方法計算，取其最大值。注氮量計算按以下3種方法計算，并取其中最大值：

（1）按產量計算：QN=[A/（1440ρtn1n2）]×（C1/C2-1）=3.93m3/min，式中：QN—注氮流量，m3/min；A—礦井年產量，0.9Mt/a；t—礦井年工作日，330d；ρ—煤的密度，1.32t/m3；n1—管路輸氮效率，取80%；n2—采空區注氮效率，取90%；C1—空氣中的氧濃度，取20.8%；C2—采空區防火惰化指標，取7%。

（2）按噸煤注氮量計算：QN=5AK/300×60×24=8.52m3/min，式中：A—礦井年產量，900000t；K—工作面回采率，取0.9。

（3）按瓦斯涌出量計算：QN=QcC/（10-C）=1.50m3/min；式中：QC—工作面通風量，設計工作面配風量為1500m3/min；C—工作面回風流中的瓦斯濃度，1%。

按以上三種方法計算后取最大值：QN=8.52m3/min，考慮1.3的安全備用系數8.52×1.3=11.08m3/min=664.80m3/h。

2.2制氮系統方案比選

鑒于本礦井各煤層特點。設計推薦選用地面制氮系統。根據礦井開拓和工作面布置，確定制氮站布置在礦井工業場地內斜風井附近。選用變壓吸附式制氮系統。

2.3設備選型

礦井為低瓦斯礦井。本著預防為主的方針，根據《煤礦安全規程》的要求，設計考慮對煤層自然發火進行綜合防治，將拖管、間歇式注氮系統作為礦井防滅火的一種重要措施，并在井上下建立相應的防滅火安全監測、監控系統。

礦井所需防滅火注氮總量為664.8m3/h。根據本礦井所需防滅火注氮總量，設計確定選用1套QTD-800型碳分子篩地面固定式制氮機組。

3、阻化劑防滅火

3.1阻化劑選擇

設計選用阻化率較高的氯化鈣（CaCl2），設計選用CaCl2的濃度為20%。

3.2噴灑工藝系統

設計采用半永久性噴灑壓注系統，在工作面運輸順槽附近布置一個儲液池硐室，用砂漿砌成容積為4m3的儲液池，選用1臺WJ—24型阻化劑噴射泵，流量2.4m3/h，壓力2～3MPa。將溶液用膠管送到回采工作面進行噴灑。

3.3參數計算

工作面一次噴灑量計算：V=K1×K2×L×B×h×A×γ-1=0.95m3，式中：K1—一次噴灑加量系數，取1.2；K2—松散煤（浮煤）容重，取0.9t/m3；L—工作面長度，160m；B—一次噴灑寬度，0.6m；h—底板浮煤厚度，0.15m；A—原煤（浮煤）的吸液量，0.058t/t；γ—阻化劑水溶液的容重，1.05t/m3。

三、結束語

該煤礦在開采過程中，采取了以黃泥灌漿和氮氣防滅火為主，噴灑阻化劑為輔的綜合防滅火措施。另外，三相泡沫防滅火、凝膠防滅火等方法方便快捷，投入小，對防治小范圍的煤層自燃發火效果較好，建議在本礦進行試驗。

作者簡介：

劉濤（1984），男，本科，新疆烏魯木齊，工程師，現就職于新疆煤炭設計研究院有限責任公司，主要從事煤礦開采設計工作。