易自燃煤層火災原因分析與綜合防治技術實踐

摘 要：通過對義馬煤田易自燃煤層發火機理及原因的 03manbetx ，探索和開發研究煤層火災防治技術，形成一套易自燃煤層綜合防治體係，為保障礦井 安全、實現高產高效提供可靠保證。
關鍵詞：易自燃煤層；發火原因；防治技術
1 煤層基本概況
義馬煤田的開采煤層為中生界侏羅係下侏羅統煤層，煤層地質構造比較簡單，賦存條件較好，煤層傾角6°～14°，煤層較厚。煤種為長焰煤，不粘結，中等硬度，極易風化成粉末。下侏羅統含煤共5層，各煤層均有自然發火傾向，發火期1個月，最短隻有8 d，煤層自然發火問題比較嚴重。煤層瓦斯湧出量較小，煤塵具有爆炸危險，爆炸指數為44．7％～51．8％。
2 煤炭自燃機理和條件
根據我國煤炭自燃傾向性分類，義馬煤田的煤層屬容易自燃煤層(工類)。自然發火的決定因素是發火地點存在低溫氧化的浮煤、碎煤，同時向它供有足夠的氧氣以及煤炭氧化時有蓄熱準備條件。自然發火的實質是煤炭自身與空氣中的氧氣接觸，產生氧化反應所致。氧化是煤炭自燃的主要原因。煤炭在井下大氣的常溫和常壓條件下，遇空氣中的氧氣，便產生表麵吸附作用，使煤炭進入低溫氧化階段，此階段中發熱量很少，能出現一些不穩定氧化物的最後產物——C02、CO、水蒸汽；如果熱量不及時擴散，逐漸積蓄，大於煤體向周圍介質散失的熱量，煤炭溫度繼續上升，稱為自熱，待煤炭溫度上升到某一極限值(一般為70—80℃)時，煤體溫度上升急劇加速，達到臨界著火點時，便發生煤炭的自然發火。
3 煤炭自然發火的規律及其成因 03manbetx
針對義馬煤田的生產技術因素，我們通過對煤層自然發火幾率 03manbetx 可以看出，發火的原因是多方麵的：巷道布置不合理、煤柱受壓破碎、浮煤護頂較多、地質因素、漏風、冒頂及通風設施 管理不善、生產 管理不善等。煤炭自然發火的規律及其成因 03manbetx 如下。
3．1 兩道兩線處煤炭易自燃(指采煤工作麵上、下巷，開采線，停采線)
(1)上、下進回風巷煤炭易發火。①巷道變坡處煤炭易發火。由於地質因素，巷道掘進期間，巷道變坡處易發生冒頂，或者棚梁上浮煤堆積，風流經過變坡點處形成漏風供氧，使棚梁上的鬆散煤體升溫，熱量積聚而導致發火。②與相鄰巷道交叉處煤炭易發火。由於工程 設計原因，工作麵上、下巷道與相鄰巷道垂直上、下交叉，交叉巷道布置在一層煤中，交叉間距小，致使2條巷道間產生漏風，引起煤炭自燃。③護巷煤柱易發火。留設煤柱保護區段巷道時，在采動壓力的作用下，煤柱被壓裂、破碎、坍塌，再加上工作麵端頭回柱後，冒落不徹底，留下漏風通道，容易引起煤炭自燃。④分層巷道假頂內煤炭易發火。分層巷道采用內錯式或重疊式布置時，除第一分層外，各分層都是在假頂下掘進。因而在第二分層及其以下的分層巷道掘進和采煤期間，都會向上一分層采空區漏風，使上分層采空區中的遺煤自燃。⑤綜放工作麵上、下巷頂煤易發火。由於綜放工作麵開掘巷道，沿煤層底板掘進，造成巷道頂煤開裂冒落，形成巷道為主通風係統，冒落處為弱通風係統。
　 (2)停采線處易發火。在開采下部分層時，上部分層的停采線遺煤容易自然發火。同時在工作麵開采過程中，還可能引起本分層或上部分層的相鄰采空區停采線浮煤自燃。停采線是壓差最大的漏風通道，若兩端都由密閉牆封閉不嚴，停采線處煤炭易於自然發火，特別是在厚煤層分層開采時，表現更為突出。
　 (3)開采線(切眼)處易發火。①分層開采切眼處。開切眼積存浮煤的情況與停采線大致相同。因此，如果相鄰的工作麵進、回風巷向采空區的開切眼漏風，則該處易發生煤炭自燃。②綜放開采開切眼處。由於綜放開切眼托頂煤較厚且開切眼寬度大，支護不當或安裝支架抽棚梁時，易造成冒頂現象，加之綜放支架重，安裝速度慢，時間長，往往造成支架剛安裝完畢，就發生煤炭自燃發火。
3，2 采煤麵采空區遺煤，上下隅角處易發火
　 (1)由於地質條件變化或設備等原因，造成工作麵推進速度慢，當工作麵推進度低於采空區遺煤氧化升溫帶寬度時，氧化升溫帶內煤炭氧化蓄熱，煤體存留時間可能超過自然發火期而出現自燃。
(2)采煤工作麵上下隅角在回柱時，上巷上幫、下巷下幫塌落不實，易形成三角區漏風通道；上下隅角處於漏風源點、彙點；上下隅角易堆浮煤；綜放工作麵上下端頭放煤不徹底，丟下大量遺煤，為煤炭自然發火提供了物質條件。
3．3 巷道冒頂處、斷層附近煤炭易發火
巷道冒頂處，正常風流衝刷不到冒頂深部，煤炭氧化熱量易於積存，易自然發火；斷層附近易於造成冒頂，加之處理不及時，巷道支護“軟關門”，易發生自然發火。
4 易自燃煤層火災綜合防治技術
4．1 預防性灌漿預防煤層自燃技術
灌漿防滅火是義馬礦區最基本的防治 措施，主要有采後密閉灌漿、隨采隨灌、巷頂插管注漿等形式。當工作麵回采結束後，在工作麵膠帶巷、運輸巷口修建永久密閉，利用密閉前鋪設到停采線的灌漿管實施封閉注漿，間歇充填，灌漿量以黃泥接實巷頂為準。
對於分層開采並有下分層的采煤工作麵，必須對采空區隨采隨灌黃泥漿，每天至少一班向采空區灌漿，以濕潤包裹采空區遺煤，防止遺煤氧化積熱，灌漿實行少量多次的方法，每次注漿量以工作麵出漿水為止。
對於工作麵上下巷道頂部留有煤皮或冒頂空洞的地方，多采取巷頂插管注漿 措施。對冒頂空洞，采用人工直接下人注漿管；無冒頂地段采用鑽機打鑽孔下入注漿鋼管，注漿管一般采用40mm的無縫鋼管(前端為多孔花管)，下管長度一般不低於3m，鑽孔角度45°，孔間距4m.
4．2 低風量穩定風流供風防治技術
對於正常回采期間，合理控製工作麵風量，采取低風量供風。采用“U”型通風的工作麵，降低供風量是壓縮采空區氧化帶寬度，防止采空區遺煤自燃的手段之一。根據工作麵瓦斯絕對湧出量，在滿足人員呼吸、有害氣體濃度、溫度不超限的情況下，采用低風量供風；同時加強工作麵通風設施 管理，保證風流、風量穩定，避免風量忽大忽小，使采空區遺煤連續氧化，蓄熱升溫，而引起煤炭自燃。
4．3 壓注化學凝膠及膠體泥漿防治技術
義馬礦區引進並推廣了化學凝膠防滅火技術。它是目前礦區處理高溫點、封閉堵漏的主要手段。製取化學凝膠的原料是水玻璃和碳酸氫銨(促凝劑)。水玻璃含量3％～9％，碳酸氫氨含量2％～4％，通過2台注膠泵用三通與鑽孔注管聯通壓注。成膠時間與促凝劑的含量成正比關係。
在需要大量快速充填空洞時，往往采用膠體泥漿(阻化泥漿)，膠體泥漿的製取主要是利用地麵灌漿站向井下輸送水玻璃，井下加入促凝劑。
4．4 壓注增稠泥漿和聚氨酯噴塗防治技術
(1)壓注增稠泥漿，降低采空區遺煤溫度，杜絕注漿脫水影響支架拆除現象的發生。距停采線40～50m，在上拐頭逐步壓人長度分別為40 m、30m、20m的注漿鋼管，停采後注入增稠泥漿(增稠劑在地麵注漿站，以注漿水的0．3％比例加入)，以降低采空區遺煤溫度。增稠劑為白色粉末狀高吸水材料，吸水倍率100—180倍，能有效地將漿水固定在采空區範圍內，杜絕注漿脫水影響工作麵支架拆除現象的發生。
(2)聚氨酯隔風噴塗技術在義馬礦區主要用於工作麵拆除支架期間，噴塗工作麵架頂及架後，封閉架頂碎煤及架後采空區遺煤的供氧通道。聚氨酯噴塗所用原料，以異氰酸酯為一組份(黑料)，其他如多元醇聚醚、催化劑、阻燃劑、發泡劑等合在一起為一組份(白料)。使用時，將黑白兩料等，攪拌均勻，可在幾分鍾內製得聚氨酯泡沫製品。因聚氨酯塗料發泡倍數高達20—25倍，並且有很強的粘著力，其以液體狀態噴射粘附在架縫表麵，在膨脹發泡過程中，靠膨脹力擠壓進入所有漏風的空隙，堵漏效果良好。
4．5 采空區壓詿與汽霧噴灑阻化劑防治技術
阻化劑采空區防滅火在義馬礦區的應用分為2種方式：一是利用地麵水源連通自製的ZHI—Ⅲ型阻化劑加入裝置，通過注液槍(前端為花眼鋼管)向采空區壓注阻化劑，阻化液含量一般為10％～20％，此種方式不需電源，阻化液濃度易控製；另一種是將阻化劑和水按比例(10％一15％)配成溶液，通過高壓泵、汽霧發生器(噴嘴)將其霧化，在工作麵下拐頭以漏風為載體，將汽霧阻化劑帶入采空區煤體表麵，延緩煤的氧化過程，常用的阻化劑有CaCl2、MgCl2等。
4. 6 充填複合凝土防治技術
對冒頂區長、冒頂高、範圍大的地帶，充填複合凝土。複合凝土成分組成：固化劑15％、水50％、黃土35％，固化凝結時間3～8 min。充填工藝為：將複合凝土原料(地麵有加工廠、袋裝)加入充填機中，調節好進水量，在充填機旋轉下形成含固化劑15％、水50％、黃土35％的稠漿液，經高壓泥漿泵充填鑽孔進入高冒區3—8min後，凝結成複合凝土。
4．7 上下隅角遺煤自燃防治技術
在工作麵上下隅角設置看火工，每班在采麵拉架放頂之後，用長槍頭(15mm鋼管端頭縮口成尖)灑水降溫，使上隅角內放下的煤始終處於濕潤和低溫狀態；在下隅角附近(進風側)後輸送機頭以裏設置1道常開水幕，增加隅角漏風的濕度，延長隅角附近煤的自然發火期。采用臨時密閉和凝膠充填相結合的方法，隔絕采空區漏風，處理下隅角高溫點。在下巷轉載機機尾之後，上接過渡架下幫，下接下巷下幫煤壁建1道臨時密閉牆，牆處打上防倒戧柱。從牆外向牆內巷頂及過渡架尾梁之後打鑽下注漿管2組，深度分別為4m、2m。利用地麵注漿係統注入低濃度化學凝膠，膠體從巷道頂板煤縫及過渡架尾梁處擠出停止。隨工作麵推進，每隔5m建1道密閉牆，充堵1次凝膠，直到測不出CO為止。
4．8 巷道背板抹泥和噴射混凝土防治技術
受煤柱集中壓力和回采動壓影響，上下順槽壓力顯現嚴重，支架上浮煤堆積嚴重。為此，改變支護方式，一是巷道頂板背設由原來的荊芭、椽子改變為木反背設，而後抹泥封閉；二是巷道掘進50m，在原有支護斷麵上噴射混凝土，掘進、噴射循環進行，大大減少了巷道煤體擴散漏風。
實踐證明，在義馬煤田易自燃煤層進行開采，汁對煤層發火原因的不同，采用不同的防治手段 和方法，完全可以保障 安全生產。