某煤礦主采煤層自燃監(jiān)測與防滅火技術(shù)研究

楊 燕

某煤礦主采煤層自燃監(jiān)測與防滅火技術(shù)研究

楊 燕

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中市 030600)

某煤礦4?1號煤層工作面中頂板出現(xiàn)自燃征兆，因此，對該煤層進(jìn)行自燃傾向性研究，結(jié)果表明，4?1號煤層煤樣臨界溫度為108.2℃，煤層最短自燃發(fā)火期為39 d，自燃傾向性等級屬Ⅰ類。并對煤礦主采煤層采用防羅克休泡沫防滅火技術(shù)，可消除4-23102風(fēng)巷高溫點(diǎn)的自燃隱患。

煤礦開采;自燃傾向性;防滅火

0 引 言

某煤礦4-23102采面設(shè)計走向長度915 m，切眼長度122 m，儲量27萬t。在過23101停采線前采取鉆底，噴漿等措施，風(fēng)巷在過4-23101停采線后，因4-23081機(jī)巷出煤道閉漏風(fēng)，造成4-23102風(fēng)巷在停采線附近的頂板出現(xiàn)自燃征兆，隨即對4-23102風(fēng)巷實(shí)施全面噴漿及打鉆注漿措施，但一直未消除CO，且CO濃度呈上升趨勢，為此對該巷道實(shí)施永久封閉，并對閉內(nèi)羅克休泡沫防滅火措施，同時在閉前51號測點(diǎn)設(shè)計3個鉆孔，向4-23081機(jī)巷出煤道打鉆注漿，實(shí)施堵漏。

1 主采煤層概況

井田內(nèi)主要含煤地層為太原組，含煤7層，自上而下依次為4?1號、4?2號、8號、9號、10號、11號及12號，其中4?1號、4?2號、8號、9號、11號為可采煤層，10號、12號煤層屬不可采煤層。煤層平均總厚25.34 m，含煤系數(shù)為24.7%。可采煤層總厚24.56 m，可采含煤系數(shù)為24.0%。

4?1號煤層位于太原組上部，上距K3砂巖0～33.31 m，平均9.44 m，煤厚3.40～13.15 m，平均8.56 m，含夾矸0～3層，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，煤類為長焰煤，屬穩(wěn)定煤層。夾矸巖性為泥巖或炭質(zhì)泥巖。4?1號煤層在井田內(nèi)東北部遭受剝蝕，南部及東南部被風(fēng)氧化，可采區(qū)位于井田內(nèi)北部及西部。煤層直接頂板為泥巖，老頂為中粗粒砂巖，底板為炭質(zhì)泥巖、泥巖等。

2 煤層火災(zāi)監(jiān)測及自燃傾向性

根據(jù)該礦煤層賦存和開拓等特點(diǎn)，主要配置礦井氣體自燃火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)、礦井氣體多點(diǎn)參數(shù)色譜自動分析儀系統(tǒng)對煤層自燃發(fā)火進(jìn)行采樣監(jiān)測，設(shè)計選用JSG9型煤礦自燃發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)和GC7980A煤礦專用氣相色譜儀。

JSG9型煤礦自燃發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)能夠一次進(jìn)樣檢測分析O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2、H2九種氣體，自動控制24 h連續(xù)循環(huán)監(jiān)測，分析時間不大于7 mim，從而對煤炭自燃發(fā)火標(biāo)志氣體C2H4、C2H6、C2H2及滅火標(biāo)志氣體N2提前進(jìn)行預(yù)報，尤其氫氣這一重要火災(zāi)氣體，對于指導(dǎo)礦井火災(zāi)的治理具有重要的參考價值。該系統(tǒng)廣泛適用于煤礦井下采空區(qū)、密閉區(qū)以及巷道高頂、封閉火區(qū)地點(diǎn)的監(jiān)測，為火區(qū)啟封提供依據(jù)。

將近似絕熱條件下煤從常溫緩慢氧化、自熱升溫到該煤種的燃點(diǎn)所需的時間計為煤層最短自燃發(fā)火期。通過氣相色譜儀對產(chǎn)生氣體成分和濃度的分析、來確認(rèn)煤樣自燃著火的臨界溫度，及其最短自燃發(fā)火期。

為了準(zhǔn)確檢測爐體內(nèi)的溫度，采用了10根SBW-pt100的溫度傳感器檢測爐溫和1根SBW- pt100的溫度傳感器檢測水溫，爐體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

各傳感器溫度隨時間的變化曲線如圖2所示，從圖2可以得出，在100℃之前煤體產(chǎn)生的熱量一般都集中在中上部，且各點(diǎn)傳感器的溫差相差不大；隨著氧化反應(yīng)的發(fā)生，耗氧量增加，產(chǎn)生的熱量逐漸向底部傳播，使底部溫度急劇上升，各傳感器的溫差變大，溫度最高點(diǎn)和最低點(diǎn)能相差100℃以上。

圖1 爐體結(jié)構(gòu)圖

各氣體濃度隨溫度變化的曲線如圖3所示，從圖3（a）和（b）可看出，煤從裝爐測試時，CO濃度值為12.32×10?6；該煤樣實(shí)驗(yàn)溫度＜108.2℃時，濃度變化比較小，CO、O2的濃度變化緩慢；當(dāng)實(shí)驗(yàn)煤樣溫度達(dá)108.2℃時，CO的濃度開始增加，O2的濃度開始減少，這說明108.2℃是臨界溫度，當(dāng)溫度超過108.2℃時。CO、O2濃度急劇變化。

圖2 各傳感器溫度隨時間的變化曲線圖

（a）O2濃度隨溫度的變化曲線（b）CO濃度隨溫度的變化曲線 （c）CO2濃度隨溫度的變化曲線（d）C2H4濃度隨溫度的變化曲線 （e）C2H6濃度隨溫度的變化曲線（f）C3H8濃度隨溫度的變化曲線

從圖3（d）可以看出，該煤樣從108.2℃開始出現(xiàn)C2H4氣體，且隨著實(shí)驗(yàn)溫度的增加，其濃度上升較快。

從圖3（e）和（f）可以得出，溫度為108.2℃時出現(xiàn)C2H6和C3H8，C2H6和C3H8開始出現(xiàn)時，濃度增加比較緩慢，但隨著煤樣溫度逐漸升高，濃度也顯著增加。

由升溫氧化檢測結(jié)果可以看出：煤升溫氧化氣體產(chǎn)物的生成規(guī)律是一氧化碳（CO）出現(xiàn)的最早，煤溫在20.2℃時，CO測定濃度為12.32 ppm。CO是煤在氧化過程中出現(xiàn)最早的氧化氣體產(chǎn)物，并貫穿于整個氧化過程。隨著升溫速率的增大，溫度超過臨界溫度=108.2℃時，氧化加劇，煤開始出現(xiàn)矸餾，生成碳?xì)浠衔铮缫蚁–2H4）、乙烷（C2H6）等表征煤已進(jìn)入了加速氧化階段。因此C2H4的出現(xiàn)可以做為礦井的標(biāo)志性氣體，用于監(jiān)控煤層的自燃程度。由于此煤種在整個氧化過程中，沒有C2H2氣體的出現(xiàn)，因此C2H2氣體不能作為本檢測的標(biāo)志氣體。

從常溫緩慢氧化、自熱升溫到該煤種的燃點(diǎn)，相對應(yīng)的時間就是該煤的最短自燃發(fā)火期。所以4?1號煤層對應(yīng)的自然發(fā)火期為39 d。自燃傾向性等級屬I類，吸氧量為0.76 cm3/g。

3 羅克休泡沫防滅火技術(shù)

3.1 羅克休泡沫灌注工藝

在漏風(fēng)的料石密閉墻外側(cè)1 m處做一道臨時板閉，板閉與料石密閉之間注入羅克休樹脂和催化劑，羅克休泡沫材料高度膨脹將料石密閉周圍縫隙封堵，同時在料石密閉外形成一道新的羅克休密閉墻，達(dá)到處理漏風(fēng)的目的。其工藝流程見圖4，技術(shù)參數(shù)見表1和表2。

圖4 羅克休泡沫灌注工藝流程

表1 羅休克泡沫基本成分技術(shù)參數(shù)閉

表2 羅休克泡沫聚合產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

3.2 羅克休泡沫灌注情況

對4-23102風(fēng)巷密閉、4-23081機(jī)巷出煤道閉注羅克休泡沫進(jìn)行封堵，共注羅克休泡沫材料5 t，4-23102風(fēng)巷閉內(nèi)、閉前CO開始呈下降趨勢，1 d后閉內(nèi)降至80 ppm，閉前CO消失，1月后閉內(nèi)閉外CO完全消失。

4 效果分析

經(jīng)過治理閉內(nèi)CO時大時小，CO濃度變化趨勢如圖5所示，通過對4-23102風(fēng)巷密閉內(nèi)、閉前及4-23081機(jī)巷出煤道閉進(jìn)行羅克休泡沫封堵實(shí)驗(yàn)，有效降低了CO濃度，消除4-23102風(fēng)巷高溫點(diǎn)的自燃隱患，從而杜絕該高溫點(diǎn)出現(xiàn)自燃，真正起到防滅火效果，為煤礦的安全生產(chǎn)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

圖5 CO濃度變化趨勢圖

5 結(jié) 語

實(shí)踐證明該項新技術(shù)切實(shí)可行，對封閉漏風(fēng)及充填密閉空間的防滅火起著決定性的作用，對礦井防滅火有著十分重要的意義，是煤礦比較有效的防滅火手段之一，能夠減少或杜絕礦井的自燃發(fā)火，為“一通三防”工作奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

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(2018-10-26)

楊 燕(1975—),女,山西黎城人,講師，碩士學(xué)位,從事安全技術(shù)與管理，Email:yysxnd@ 126.com。