官地礦28412工作面拆架期間的防滅火技術措施的應用研究

王 瑞

(山西焦煤集團有限公司 官地礦,太原 030022)

官地礦28412工作面拆架期間的防滅火技術措施的應用研究

王 瑞

(山西焦煤集團有限公司 官地礦,太原 030022)

官地礦28412工作面拆架的擴循環時間過長,采煤工作面發現CO涌出超限及溫度異常,28412工作面具有發火危險。采取了采空區注氮-注漿-注水的聯合噴注系統,同時在進風上隅角噴灑阻化劑,實行人機協同監測監控,在采取綜合防滅火措施后,回風流CO濃度降低到15 ppm,支架后方溫度在25 ℃左右,取得了良好的效果,保證了拆架工作順利安全的進行。

拆架;異常;采空區;綜合防滅火

礦井下的綜放工作面在回采結束后的撤架期間,往往由于停采周期長,煤體破碎范圍大,同時工作面機械設備的拆卸運輸、頂板垮落,使得撤架期間通風不穩定,漏風復雜,大幅增加了撤架工作面的煤炭自燃危險性[1-3]。此外,隨著井下機械化采掘設備的普及,拆架過程持續時間較長,對于易自燃煤層而言,多數拆架工作持續時間超過了自燃煤層的自然發火期,這就造成了煤層自燃危險增大[4-6],西山官地礦的28412工作面在拆架期間發現,CO涌出超限,同時支架后區域溫度異常,溫度最高可達41 ℃,嚴重威脅了工作面的安全生產,因此需要采取相應防滅火措施對拆架工作面進行治理,保證人員安全及設備的及時拆移。

1 工作面概況

官地礦中四采區28412綜放工作面開采8#、9#煤層,其中8#煤層自燃發火傾向性為Ⅱ類自燃煤層,9#煤為Ⅲ類不易自燃煤層。28412綜放工作面采用綜合機械化放頂煤開采,具體方式為“采9放8”。該工作面由正巷(1520 m)、副巷(1660 mm)和切眼(197 m)構成,工作面總支架數為132個,采用副巷進風,正巷回風的U型通風系統。在回采結束后,擴循環進行了29 d,之后拆除采機及刮板運輸機期間,發現回風風流中CO含量達到129 ppm,并在50#支架后方發現熱異常區域,采空區著火危險大,對礦井的安全生產造成了隱患,為此針對28412綜放工作面的自燃區域,制定了“保證供風,全面防治,重點監控”的綜合防滅火措施。

2 拆架期間的穩定供風

2.1拆架期間的風流(量)控制

由于拆架期間出現了CO涌出異常及熱異常區域,加之擴循環持續將近一個月,表明拆架區域內的煤層(包括工作面煤壁,支架上方、后方,采空區)均有著火危險。煤炭的自燃需要充足的氧氣,隔絕空氣有助于滅火,但同時拆架過程需要通過通風而保證人員的呼吸,這就造成了風量供給的矛盾,同時拆架過程中頂板垮落,有減少回風風流及堵塞回風風道的危險[7-8]。因此,在基于足夠風流保證工作面人員呼吸的前提下,減少采空區漏風,將風量調控在合理范圍內。具體措施如下:

1)進風上隅角用黃泥裝袋構筑隔離墻堵實,厚度與支架后方齊平,防止采空區的進一步漏風造成著火加劇。

2)支架前方至煤壁范圍內用木垛及單體支架支撐,防止拆架后頂板垮落堵塞回風風道。

3)進風巷道口及回風巷道實時測風,保證拆架區域內新鮮風流的供給。

4)進入拆架工作面的人員數量嚴格控制,拆架、打鉆、瓦檢、注漿人員及各工種帶班管理人員必須上報,進而確定區域內人員數量,從而確定最低供風風量。同時,隨著拆架的進行和防滅火工作的持續,逐漸降低供風風量。在拆架開始時工作面需配風量為300 m3/min。

2.2拆架期間供風應急措施

拆架期間頂板會有垮落的危險,首先木垛及單體支撐部分空間防止回風風道的堵塞,同時,在進風巷道口附件安設2X kW的局部通風機,風筒(mm)延至拆架處,隨著拆架的進行,拆卸風筒,并保持局部通風機始終處于待開啟的狀態。

3 拆架期間的防滅火措施與操作

3.1瓦斯、溫度及CO的監測監控

28412綜放工作面的拆架初期,CO涌出異常并出現熱異常區域,需要加強對該區域的溫度、瓦斯和CO進行監測監控,首先用紅外熱成像儀全面監測撤架工作面區域內(包括支架上方,煤壁,支架后方)的溫度分布及最高溫度,每6 h 1次,圖1是發現異常當天90#支架后方區域的溫度熱成像,可以看到該區域總體溫度處于18 ℃～25 ℃,但也存在40 ℃左右的高溫熱點,這些熱點對于煤的氧化自燃是個隱患。同時,用瓦斯檢測儀及CO檢測儀器測定拆架工作面區域內及回風風流中的瓦斯及CO濃度,依然每6 h 1次。回風風道內吊掛CO、瓦斯及溫度監測儀器,實時傳輸數據至地面監控機房。監測監控時期,保證每天瓦檢員早晚2班倒,并及時匯報監測數據,同時有科隊領導實時跟班。

圖1 90#支架后方某日溫度熱成像結果Fig.1 Thermal Imaging of one day temperature at the rear of No.90 support

3.2拆架期間的防滅火措施

針對28412拆架工作面CO涌出異常及熱異常區域,基于煤自燃機理理論,選擇對整個拆架工作面的支架間及支架上方注漿,在支架后方打鉆注氮,在進風上隅角區域內噴化劑的聯合治理措施,同時對已經發現的熱異常區域實施“區別對待,重點治理”的放滅火措施。

1)由于注漿需要及場地條件限制,在28412正巷設置注漿水池,通過普遍性注漿,可以濕潤煤體,降低煤體溫度,同時通過高濃度漿液的灌注也可以達到封堵煤體裂隙的效果,要求每班注漿前對每個注漿孔先注水后注漿,防止鉆孔堵塞,并對出水溫度進行監測,水溫只要高于注漿池內漿液溫度就表明該注漿孔為有效注漿孔。注漿鉆孔一般打到15 m左右,同時采取加裝有孔套管的方式,增加漿液灌注面積。圖2為28415工作面注漿、注氮示意圖。

圖2 28415工作面注漿、注氮示意圖Fig.2 Diagram of grouting and nitrogen injection of No.28415 working face

2)通過在拆架工作面中心位置打鉆,打鉆套管。圖3為打鉆套管圖。并利用原有注氮泵站對支架后方實施注氮處理,通過注氮可以有效地降低支架后方采空區內的氧氣濃度,抑制自燃發火,在拆架進行期間持續注氮,每拆30個支架更改新的注氮位置,每小時注氮400 m3。

圖3 打鉆套管圖Fig.3 Drilling sleeves

3)鑒于進風上隅角區域瓦斯容易積聚,是自然發火的危險區域,因此對進風上隅角噴撒阻化劑,可以減少氧氣與煤體表面的接觸面積,進而使進風上隅角區域內的煤體自燃危險性降低。

4)由于部分支架后方出現了熱異常區域,高溫點溫度甚至超過了50 ℃,因此,首先通過拆除熱異常區域的支架并打單體支護該區域的方法,使熱量更容易散失,方便熱異常區域的監控和治理,同時對熱異常區域表面噴水,內部打鉆注漿,進一步對熱異常區域煤體直接進行部分剝離的措施,以期迅速降低煤體溫度。

3.3治理效果與分析

礦井火災具有一定隱蔽性,一般通過煤炭自燃伴隨著的溫度和CO濃度的變化來判定放滅火措施執行后的效果。圖1支架后方煤體溫度變化趨勢,可以看出,通過表面噴水,內部打鉆注漿等措施治理30天后,熱異常區域從50 ℃逐漸降低到常溫的25 ℃,并在治理后期保持穩定,說明漿液抵達了采空區高溫帶,起到了良好效果,熱異常區域基本已經消除。同時圖1為28412工作面回風流CO濃度,圖1顯示,回風流中地CO濃度呈現先上升后下降的狀態,在初期對溫度異常區域灌漿處理時,一方面可能由于可能治理時間較短,漿液未明顯控制高溫區域,使得煤自燃趨勢依舊存在,另一方面,也可能是水和高溫煤體在缺氧環境中接觸,基于水煤氣原理,進一步產生CO,增加了回風流中的CO濃度[9]。而隨著治理工程的推進,煤氧反應逐漸得到抑制,CO濃度會迅速降低,在治理45 d后,降低為15 ppm左右,符合安全規程中的要求,保證了礦井安全生產。

圖4 支架后方煤體溫度變化趨勢Fig.4 Temperature variation of coal body at the rear of the support

圖5 工作面回風流CO濃度Fig.5 CO concentration in return current of the working face

4 結論

針對官地礦28412工作面拆架期間的CO涌出超限及溫度異常現象,采取了采空區注氮——注漿——注水的聯合噴注系統,同時在進風上隅角噴灑阻化劑,實行人機協同監測監控,在采取綜合防滅火措施45 d后,回風流CO濃度降低到15 ppm,支架后方溫度在25 ℃左右,取得了較好的效果,保證了拆架工作順利安全的進行。本方法使滅火的隱蔽工程變得極具顯現化,對礦井火災的治理有著顯著的效果,在相近條件下具有一定的推廣應用。

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(編輯:劉新光)

ApplicationofFirePreventionandControlwhenDismantlinginNo.28412WorkingFaceofGuandiMing

WANGRui
(GuandiMine,ShanxiCokingCoalGroup,Taiyuan030022,China)

The cycle time of the dismantling is so long that the CO emission overrunning and the temperature anomaly occur in No.28412 working face of the Guandi Mine. Therefore, the No.28412 working face is threatened by combustion hazards. In view of safe production, Guandi Mine adopted a combined system of nitrogen-grouting-water injection, spraying resistance agents in the upper corner and implementing man-machine coordination monitoring at the same time. With the comprehensive fire prevention measures, the CO concentration in return air flow has dropped to 15ppm and the temperature at the rear of the support has been around 25 ℃, which is effective to ensure the smooth and safe dismantling.

dismantling; anomaly; goaf; comprehensive fire prevention and control

TD752

A

1672-5050(2017)03-0060-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.017

2017-03-15

王 瑞(1987-),男,山西忻州人,碩士,助理工程師,從事礦山通風工作。