俯采綜放工作麵自燃危害的防治

概 述
葛亭 煤礦是2001年1月份投產的新礦井， 設計生產能力60萬t/a，礦井位於山東省濟寧市西北部，可采儲量4290萬t，礦井服務年限51a。現開采的3層煤平均厚度8.03m，屬特低硫、特低磷、低灰、高發熱量、結焦性能好的氣煤。首采工作麵為130采區的1301采區的工作麵，埋藏深度為240m，工作麵走向長150m，傾向長900m，煤層傾角平均8°，最大21°，回采方法為傾向長壁後退式俯采綜放采煤法。
礦井通風方式為中央並列抽出式，主立井為提升兼回風，副立井進風，礦井主要通風機為.22對旋式通風機，電機功率為110×2kW。礦井實際進風量為3800m3/min，礦井有效風量率為86％，通風阻力為810Pa。礦井相對瓦斯湧出量為0.825m3/t，鑒定等級為低瓦斯礦井；煤塵爆炸指數為40.54％，具有煤塵爆炸性；最短自然發火期為34d，屬自然發火礦井。
由於礦井煤炭自燃發火期短，地壓大，且回采方法為大傾角俯采，給防治煤炭自燃帶來極大的困難。在1301工作麵曆次因故推采速度放慢時，CO濃度增多出現持續上升現象。同時1301工作麵由於處於F2、3兩大斷層之間，受斷層的影響，煤層中瓦斯含量高，炮眼中瓦斯濃度達到25％左右，在回采過程中工作麵回風隅角易造成瓦斯積聚。瓦斯和煤炭自燃兩大隱患的同時存在，給礦井 安全生產帶來嚴重威脅。礦井現裝備KJ95 安全監測係統一套；MD—400型井下移動膜分離製氮係統一套；KSS—200束管色譜微機監測係統一套；地麵灌漿係統一套。
俯采綜放麵防治自燃危害的難點 03manbetx
(1)采空區丟煤自燃供氧條件好，俯采工作麵由於其回采方向是由高向低處推采，采空區位於工作麵上部。在回采過程中，進入采空區的漏風風流在進風順槽風流速壓、礦井負壓和空氣的自身升騰力作用下，空氣進入采空區的深度較仰采麵要大，且俯采工作麵的采空區不宜積水，空氣幹燥，使采空區內的丟煤容易進行氧化反應。
(2)采空區丟煤自燃積聚熱量條件好，俯采工作麵空區的丟煤在氧化過程中生成的熱量在其熱膨脹和上升力的作用下，易於積存在采空區，為煤炭自燃創造了條件。
(3)采空區灌漿 措施不易實施，在進行采空區灌漿時，其灌漿量一旦大於采空區承受能力，就會發生泥漿淹麵 02manbetx.com 。即使進行采空區灌漿，其泥漿也是隻覆蓋采空區底板小範圍的丟煤，采空區大量的頂板落煤得不到泥漿覆蓋。
俯采綜放麵防止自燃危害的綜合治理 措施
俯采綜放麵防止煤炭自燃是當前擺在“一通三防”工作的難點，如果 措施不利就會在回采過程中出現煤炭自然或自燃征兆，給礦井正常生產帶來極大威脅，特別是在煤層中瓦斯含量大，采空區瓦斯濃度高(達7％左右)，積存量大，一旦采空區出現高溫點或自然發火點，將可能引起瓦斯爆炸 02manbetx.com ，給礦井 安全造成不可估量的經濟損失和人員傷亡。因此在既有煤炭自燃傾向性，又有瓦斯大量存在的情況下，采取綜合治理 措施顯得尤為重要。
(1)無腐蝕性矽酸鎂凝膠阻化劑的研製與應用。葛亭 煤礦自行研製的白色無腐蝕性矽酸鎂凝膠阻化劑主要用於采煤工作麵開切眼、回采巷道、風量小的人行巷道、采空區煤柱巷道等地點，暴露煤炭的覆蓋阻化和臨近采空區煤柱裂隙的漏風封堵，主要防止暴露在空氣中的煤炭在風量小，而供氧充足的情況下煤炭氧化產生熱量積聚，造成煤炭自燃 02manbetx.com 。矽酸鹽膠狀阻化劑是由矽酸鹽主劑+矽酸鎂+促凝劑+水膠狀阻化劑組成。主要功能和作用為：①有色，在噴灑過程中易於控製噴灑的範圍和均勻度。②成膠速度可根據噴灑設備的流量和壓力自行配置，使從噴灑設備中噴出的阻化劑在噴到煤炭表麵上時成膠。③膠狀體均勻、無腐蝕性、無毒、味小。④固水時間長：由於膠狀阻化劑內部90％左右為水分，在主劑和輔助保水劑的作用下水分不宜脫水，通過實驗，膠狀阻化劑的固水時間在35～60d之間。⑤吸熱降溫好：膠狀阻化劑在成膠過程中伴有吸熱效應，噴灑到煤炭上後能吸收熱量，特別是噴灑到開切眼和采空區時，能大量吸收煤炭氧化而產生的熱量，使采空區溫度降低，杜絕熱量積聚。⑥封堵漏風作用好：在回采臨近采空區采煤工作麵時，當工作麵壓力增大時，沿空煤柱勢必出現裂隙漏風，此時將膠狀阻化劑噴灑到煤柱頂幫上，由於膠狀阻力劑為可流動的膠狀體，在漏風壓力下會封堵到這些裂隙上，起到封堵漏風的作用。
(2)構築防止采空區漏風的阻燃牆。采空區發生煤炭自燃是由於采空區丟煤在有連續供氧的條件、持續的儲熱環境下造成的。通過在工作麵進回風隅角同時構築阻燃牆，減少采空區漏風，改變“三帶”的範圍和供氧條件，使氧化帶提前進入窒息帶。
(3)俯采工作麵采空區黃泥灌漿措施的實施。采空區灌漿也是一種行之有效的防滅火措施。礦井現建有泥漿站1座，泥漿池2個，泥漿池容量為2×40m3。我們針對俯采工作麵灌漿，采空區無法存留泥漿的困難，采取了予埋管灌漿方法，即在采空區順麵埋設灌漿管路，灌漿管路與工作麵等長，管路每15m設1個出漿口，出漿口按漿體流動方向由小變大，直徑從50～108mm不等，利用地麵灌漿池靜壓灌注泥漿。為提高灌注泥漿的效果，結合大傾角俯采麵的實際情況，泥漿水土比配製為5：1，同時在泥漿中加入15％～20％左右的阻化劑，使泥漿在灌入采空區後，部分水份分離出以後，而混有阻化劑的黃泥漿保存在采空區，覆蓋在采空區遺煤上，起到阻化、覆蓋和增加采空區濕度作用。為防止灌漿管路內的空氣在灌漿過程中被漿體擠壓衝入采空區，形成采空區丟煤自燃的供氧來源，通過研究改造，在工作麵超前控製範圍內設置了1個三通放氣閥，三通放氣閥後部設置1個截止閥門，在灌漿時，先關閉截止閥，打開三通放氣閥，漿體由地麵灌漿池通過灌漿管路向工作麵流動過程中，灌漿管路中的空氣從三通放氣閥被放出，三通放氣閥見泥漿後立即關閉，並立即打開截止閥，工作麵開始正式灌漿。
(4)均壓通風。均壓通風是采煤工作麵防滅火技術的一項重要措施，采取均壓措施，可以改變通風係統中的壓力分布，降低漏風風路兩端的風壓差，減少采空區漏風，達到抑製煤炭自燃的目的。為了保證采煤工作麵風流穩定和均壓效果，我們主要采取了風窗調壓原理：即在工作麵回風順槽中設置了一道控製風量的風窗，提高工作麵的通風壓力。根據1301工作麵實施均壓通風研究與應用，工作麵配風在450m ³/ min左右，工作麵通風阻力在29Pa時，對工作麵防滅火最有利；工作麵配風在600m3/min左右，通風阻力在35Pa左右時，對工作麵防止隅角瓦斯超限最有利，為此，將工作麵配風控製在500m3/min左右。為保證均壓通風的效果，實現通風係統穩定，我們在礦井所有風門上設置了閉鎖裝置，並在工作麵附近的主要風門上設置了風門開停顯示，特別是在巷道貫通期間，提前建好通風設施，三班專人看守，貫通後及時調整通風係統等，保證礦井通風係統穩定和風量充足。
(5)艾格勞尼新型防火材料的應用。艾格勞尼是由2種成分組成的可膨脹阻燃堵漏風的泡沫材料，用於密閉空氣和瓦斯及充填沒有機械阻力的空隙。該產品使用1台泵和1支混合槍。樹脂和發泡劑2種成分以20：15或1：1的體積相混合，在槍內由壓縮空氣來自動激活發泡。優點是可快速生成泡沫、良好的膨脹能力、充填時用量少、使用簡單經濟、快速消除漏風、抗靜電泡沫可大麵積使用、不蔓延火焰。通過將艾格勞尼新型防火材料在1301綜放工作麵撤麵前後使用，采空區漏風得到明顯控製，用微風管測試，牆體漏風基本杜絕，回風隅角CO濃度明顯下降，特別是工作麵停采後，通過利用艾格勞尼材料進行封堵，回風隅角阻燃牆內側的CO濃度連續下降，由剛停采時的150×10 ^－6，下降到110×10－6，距停采線25m處的采空區在停采15 d後進入窒息帶。工作麵撤出封閉後，由於利用了艾格勞尼材料進行封堵，采空區在20dO ₂含量降到6％以下，這充分說明艾格勞尼材料的堵漏風效果顯著。
(6)監測係統的應用。為搞好瓦斯 管理和防止煤炭自燃預測預報工作，我們主要利用KSS—200礦井 安全束管監測係統和KJ95安全監測監控係統，采取自動取樣和人工取樣相結合，安全監測和人工檢測相結合的方法，積極開展預測預報工作。KSS—200礦井安全束管監測係統實現對CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、O2、N2等氣體含量的在線監測，其 03manbetx 結果在實時監測報告、 03manbetx 日報兩種方式提供數據的同時，自動存入數據庫中，以便今後對某種氣體含量的變化趨熱進行 03manbetx ；對於個別地點需進行取樣分析時，可人工進行氣體取樣，上井後利用色譜儀進行氣體分析，並同時實現數據打印和儲存。本係統對常量分析和微量分析可同時進行，監測氣體種類多、線性範圍大、精確度高、24h在線監測。為礦井防滅火 工作 總結全麵準確的技術資料奠定了基礎。KJ95安全監測監控係統的使用和進一步改造完善，無論在礦井瓦斯 管理還是在礦井防止煤炭自燃 管理中，均起到積極的作用，收到了顯著的效果。實現了井上下電源停電2h內安全監測係統正常工作，保證了CH4、風速、溫度、CO、設備開停、風門開關等微機監控；實現了主要通風機電流、電壓、軸承溫度、風量、負壓等參數的微機監控；完成了通防、調度、總 工程師、礦長等辦公地點的微機聯網和信息共享。
俯采綜放工作麵防止自然發火治理的效果
俯采綜放工作麵防止煤炭自燃技術是一項複雜的係統工程。葛亭 煤礦通過對礦井俯采綜放工作麵防止煤炭自燃技術研究、應用和完善，取得了顯著的效果。
(1)杜絕了綜放工作麵過大斷層，推采進度慢時不發生煤炭自燃 02manbetx.com ；
(2)工作麵撤除期間，由於措施得力，杜絕了撤麵期間的煤炭自燃事故，保證了工作麵安全撤出；
(3)該項技術的研究應用，為葛亭 煤礦大傾角俯采工作麵防止煤炭自燃治理提供了科學的實踐經驗和理論依據。使葛亭礦防治煤炭自燃技術已初步形成了一套有效地綜合治理技術，杜絕了煤炭自燃事故的發生，實現了安全生產。