運用綜合防火技術防治厚煤層分層開采自然發火

李劍虹(遼寧石油化工大學職業技術學院,遼寧撫順113001)
摘　要:綜合應用開采、掘進、通風、防滅火技術,解決大明一礦厚煤層分層開采煤炭自然發火問題。
關鍵詞:分層開采;包頂;包幫;注白泥;注漿;均壓通風
中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)01-0007-02
　　厚煤層分層開采,一般多采用金屬網假頂,當開采下分層時,上分層采空區遺煤極易造成煤炭的自燃,對開采層帶來較大危害。嚴重時,需封閉采區,凍結煤炭,造成煤炭資源的損失,更為嚴重的是,對現場作業人員的人身安全造成極大的威脅。
1　問題提出
鐵法煤業集團大明一礦共有可采煤層9層,即4-1、4-2、7-1、7-12、15-1、15-2、16-1、17-1、17-2層。其中15-、15-2、16-1層在淺部合為一層,厚度達12.75 m,深部逐漸分叉變薄。經鑒定,所有煤層均為長焰煤,均有自燃傾向,屬Ⅱ類自燃煤層,自然發火期為3~6個月。煤層傾角10°~15°,較穩定,煤層厚度0.7~12.75 m,采用長壁式采煤方法。其中15-1、15-2、16-1層采用分層開采的方法,頂板管理為全部垮落法。采後頂板冒落,壓實6個月以上,開始掘采下分層工作麵。下分層工作麵采用內錯式分布。運、回順槽與上分層運、回順槽水平間距2~5 m,一般分2~4層回采。在回采第二、三層時,由於各種原因,會引起自然發火。嚴重時,在掘進過程中即發生煤炭自燃而被迫采取停掘處理。開采下分層工作麵的自然發火率高達94.4%,其中一工作麵設備被迫封閉在火區內,給回采、準備及工作麵接續造成嚴重的問題。因此,分層開采煤層的防火問題作為一項重要課題被提出來。
2　煤炭自然發火原因03manbetx
2.1　煤炭易自燃的地點
采空區易產生自然發火的地點為“兩道一線”,即運、回順巷道和停采線位置。統計數據表明,全礦近20年來共發生煤炭自燃39次,其中發生於采空區計32次。而發生於下分層的采空區計28次,占采空區煤炭自燃總數的87.5%,其中發生於上分層采空區采止線位置上的有19次,占67.9%,運輸順槽7次,占25.0%,回風順槽2次,占7.1%。
2.2　煤炭自燃的原因
煤炭發生自燃必須具備以下幾個條件:①具有自燃傾向性的煤層碎裂狀態堆積存在;②有良好的供氧條件,維持煤氧化過程不斷地發展;③煤氧化過程中生成的熱量能夠蓄積;④上述條件要維持足夠長的時間。
由於采煤工作麵采用U型通風後退式開采方法,為了維護采區運輸、回風上山巷道,在采區上山巷道兩側留保護煤柱。因此,各分層工作麵停采線始終處於回采工作麵進風巷道始端與回風巷末端,即處於采場風流係統的始末端,此處由於通風壓力較大,持續漏風時間較長(見圖1)。

圖1　上分層停采線通風狀況示意圖
　　另外,由於采區上山保護煤柱處於集中壓力帶內,在采區支承壓力的作用下,容易出現片幫壓裂。因此,此處易造成浮煤堆積即可燃物。

從圖1可以看出,靠上分層停采線一側的流線,風壓等值線密度大。這說明,此處漏風量較多,漏風壓差大。當漏風量適度時,停采線附近的浮煤就開始氧化、聚熱,達到一定時間就會發生煤炭自燃。
從以上03manbetx 看,分層開采上分層采空區停采線位置既有可燃物(碎裂的煤炭)存在,又有漏風供氧和聚熱的條件,當持續一定時間後,就會發生煤炭自燃。
3　綜合防火技術的應用
根據大明一礦厚煤層開采工作麵自燃特點及原因03manbetx ,在6個工作麵采取針對性的預防措施。
(1)上分層停采線位置包頂、包幫並噴漿,注白泥,封堵漏風通道。在掘進第二分層時,運、回順通上分層停采線處,掘進時盡量減小對頂板的破壞。
當掘進通過停采線100 m以後,在上分層停采線位置兩側各10 m進行包頂、包幫,即用木板或秫秸簾子將頂板及兩幫包嚴,然後進行噴漿,噴塗厚度50~100 mm,噴塗後向包頂內注白泥。其主要作用就是封堵向上分層停采線的漏風通道,以防止漏風。
(2)分層開采不留頂煤,減少采空區遺煤。從開采第一分層開始,回采必須沿頂板回采。再有,鋪金屬網做假頂時,必須鋪頂網,改變原來鋪底網的回采工藝以減少網上浮煤,即減少遺留可燃物。
(3)采止線位置采後嚴格注漿,包裹浮煤避免煤炭氧化。采止線位置是煤炭自燃多發地段,采後注漿極為重要。工作麵回撤後,封閉前利用兩順預留管對停采線鋪漿、包裹碎煤。每隔一段時間(1~2個月)注漿一次,再對碎煤包裹,避免煤炭氧化、聚熱。
(4)開采下分層工作麵實行均壓通風,以減少采空區漏風量。采空區漏風與進、回風側通風壓差成正比關係,即壓差大,漏風量大,反之亦然。因此,下分層工作麵實行均壓通風,對減少上分層采空區的漏風極為有利。由於第一分層開采時煤層中瓦斯已大部分釋放(抽放與風排瓦斯可占總湧出量的60%~70%)。因此,下分層開采時,瓦斯湧出量會大大減少,工作麵供風量也可適當減少,壓力相應降低。
實行均壓通風的方法,多在入風順槽設局部通風機,在回風道內設調節風窗,以提高回風側的壓力,降低回采工作麵進、回風口的壓差,減少漏風量。
(5)開采下分層時,改變通風係統。下分層運、回順位置與上分層運、回順位置相反,用以改變上分層采空區壓力分布,減少漏風量,從而抑製煤的氧化自燃。
4　應用效果
我們首先在EⅡW6段第二分層工作麵實施了采止線處包頂、包幫及噴塗技術,並在開采時實行均壓通風。該工作麵從掘進到開采結束,未出現高溫,未見CO。之後,先後在WⅡW1段、WⅡW2段、WⅡW3、WⅡW4段等4個工作麵實施綜合運用防火技術。
根據現場條件,所采用的方法不盡相同。其中WⅡW2段、WⅡW3段、WⅡW4段下分層運、回順位置均與上分層運、回順位置調換,實施采止線注漿、低負壓(或均壓)通風。經實踐,上述4個工作麵,均未出現自燃征兆,未見高溫、CO,直至采止封閉完。
5　結　論
(1)厚煤層分層開采采用綜合防火技術防火十分有效,加之嚴格管理,可以達到不自燃、不著火。
2)運用綜合防火技術的關鍵是實施的連續性,即持久性。要將其貫穿於整個工作麵始終,從掘進到回采、封閉,堅持持久才能達到較好的效果。
(3)運用綜合防火技術的工作麵,更要堅持對煤炭自然發火的預測、預報工作,發現自燃征兆及時采取相應措施進行防治。
(4)運用綜合防火技術要針對現場生產條件、通風環境而定。不必一律全部使用,可以應用其中2~3項技術,也可逐漸增加,且要不同時間采取不同措施,靈活運用。
(5)分層開采厚煤層,運用綜合防火技術的具體措施需根據生產實際,隨著開采技術的提高而不斷擴充新的內容,使之更加完善。
　　作者簡介:李劍虹(1978-),女,2000年畢業於東北大學資源與土木工程學環境工程係,現在遼寧石油化工大學職業技術學院化工與環境工程係任教,助理講師。