雙頂煤礦煤層自然發火事故的預防與處理

雙頂山礦業礦業股份有限公司是由原長春市屬地方國有雙頂 煤礦經股份製改造而來的，該礦是自然發火較嚴重的礦井。自1990年建礦以來，自然發火 02manbetx.com 頻繁(1990-1999年累計發生自然發火 02manbetx.com 48起)，造成損失煤量近 100萬 t，嚴重影響正常的 安全生產，給企業帶來了巨大的經濟損失，也使該礦井正常的生產經營難以維持。1999年以來該礦通過認真 總結和吸取曆次礦井自然發火的經驗教訓，理論聯係實際因地製宜摸索出一套簡單易行的處理回采工作麵自然發火和礦井局部火災的方法。成功地抑製了采空區和巷道局部自然發火，取得了良好的經濟和社會效益，6a來該礦沒有因火災而影響 安全生產的 02manbetx.com ， 安全生產形勢每年都有1個穩步提高。1 礦井概況 雙頂 煤礦采用片盤斜井開拓，采用兩主一副中央並列式抽出通風，礦井總回風量2 400 m3/min，屬高瓦斯礦井。 設計產量30萬t，現投產1個采區，年產量30萬t，所采煤層為中生代下統營城組，煤種屬長煙煤，煤層屬單一煤層，煤層厚度5一15 m，煤層傾角400 -- 60’左右，工作麵采用水平分層單體ii鋼放頂煤壁式采煤法，采2m放13 m，煤層極易自然，自然發火期為1-V2個月，最短為 15 d，煤層爆炸指數為46%。2 易自然發火地點 (1)回采工作麵采空區。由於工作麵兩端壓差造成工作麵采空區的漏風，厚煤層回采空區遺煤多，受多種因素的製約，有時推進度緩慢，造成采空區、上下兩道浮煤氧化自然;由於煤層傾角較大，煤層易破碎，造成開采中上部采空區中灼熱的遺煤進人新采空區迅速氧化而引起自燃。 (2)巷內部局部高冒和獨頭巷道。回采工作麵上下順槽在掘進過程中，遇煤質疏鬆、地質構造帶擠壓、地應力增大等有局部冒頂現象，但在處理冒頂時未及時采取有效充填和封堵 措施，在空氣擴散作用下微風串人，其浮煤體長期與氧氣接觸產生的熱量不易擴散，導致局部升溫發火。獨頭巷道擴散通風氧化溫度不易擴散，積存浮煤緩慢氧化導致自燃。 (3)閉區正壓密閉前自然發火。煤巷密閉由於封閉不嚴、掏槽深度不夠，造成密閉四周漏風及煤層裂隙發育造成漏風等原因，導致正壓密閉上、下部浮煤氧化或閉區浮煤自燃。 (4)巷道交叉點。巷道交叉點由於地壓力大影響，煤巷四周鬆動圈範圍擴大，裂隙增多由負壓作用造成裂隙漏風浮煤氧化自燃。3 自然發火的預防和處理3.1 采空區及閉間灌漿堵漏防滅火 (1)灌漿防滅火是該礦經常使用的防滅火手段，它具有成本低、操作簡單、效果顯著的特點，通常采用采區上水平設簡易攪拌灌漿站利用靜壓或注漿泵，通過管路輔到采區上下兩道，對工作麵開切眼、停采線進行預防性注漿防止自然發火。 (2)區段結束後對空區及時密閉，一般采用雙道密閉，根據煤壁四周裂隙發育情況確定密閉間距為1.5 m，對密閉中間進行注漿以減少或杜絕漏風，防止自然發火。3.2 注膠防滅火 (1)對高冒難以處理的煤巷巷道，根據服務時間長短分別采用砌築料石、磚、木板防火暄的方式對暄後冒區進行注漿或注膠體充填防止暄內浮煤氧化。 (2)對於采區上下順槽煤巷的局部高冒已造成局部高溫采取錯施:一是打鑽注水注漿來降溫滅火;二是采取注凝膠來防滅火。凝膠采用碳酸氫按和水玻璃溶液混合後生成，用注膠泵或泥漿泵將凝膠注人浮煤後一是吸收熱量，降低煤體的溫度;另一方麵堵塞煤體間隙，覆蓋在煤層上麵，阻止空氣的流動，使之不再氧化達到防滅火的目的。凝膠的配置根據成膠質量及反應時間確定 2種溶液的濃度，現場易掌握，結合實際選擇如表適宜的凝膠配方。該方法操作簡便，靈活機動，可同時起到防火和降溫的作用，同傳統的注漿防火 措施比，具有水分流失慢，一旦流失可定期補充的特點，預防周期延長，幾年來應用效果非常顯著。3.3 均壓防滅火 均壓防滅火是雙頂 煤礦采用的主要的方滅火手段。主要有開區均壓，閉區均壓和聯合均壓。 (1)開區均壓防火。由於采區推進速度慢等等原因，使遺留在采空區自然帶的浮煤隨著時間的增長充分氧化生熱，導致自燃。在這種情況下，必須提前采取 措施，該礦是在回風道CO見量時(一般以達到0.002%為界線)，超過界線采取開區均壓的方式進行預防自然發火，即在工作麵上回風道設置調節風壓設施，使風流受阻，增加工作麵回風側及上隅角風壓，減少工作麵人排風道間通風壓差，漏風帶縮短，隨之而來的是采空區內原有的自燃帶寬度變小，窒息帶前移，已發展起來的自然現象也會得到抑製，幾年來的實踐效果非常明顯，可以有效延長自然發火期，提高了煤炭的回采率(見圖1). (2)閉區均壓防滅火。在回采過程中，由於煤層傾角變大，造成回風道以上階段煤柱受到破壞，上部采空區內已氧化的浮煤灌人新采空區內繼續氧化，往往造成采空區火災，回風道CO濃度迅速增長，此時要在采空區上下巷分別建立2道密閉牆，進行隔絕滅火，控製火情。由於采區巷道壓力較大，很難閉嚴，往往封閉後回風道CO濃度仍較高，此時根據具體條件在上巷或下巷利用2.0 kW局部通風機進行閉區均壓，降低兩側密閉壓差，減少密閉漏風，防止火災氣體危脅回風巷內人員 安全，空區內漏風減少，火災很快熄滅。 (3)連通管均壓。即把采區的正負壓密閉外建均壓室，利用連通管相連或與正負壓相連使正負壓密閉前壓力相等等達到減少漏風的目的。2001年2月該礦一井采區發生采空區自然火災，此時距停采線30 m，回風流中co濃度達到0.05%。強行封閉幾天後，由於密閉前後圍岩裂隙甚多，造成漏風後引起采空區瓦斯空爆，幾次閉間灌漿也效果甚微，後采取往采空區注水方式，水迅速淹沒了人風側密閉，空爆才得到了抑製，由於注進去的水再漏出來，增大了排水難度，於是維持幾天後，在采空區上部、中部密閉前設調壓室，利用150 m可塑性385#風筒與外部上山相連，使回風側密閉前壓力與人風側閉前壓力基本均衡，經U型壓差計實測壓差<10 Pa水柱(均壓前壓差為80 Pa水柱)，漏風大大減少，回風側co碳濃度也迅速穩定下降，火區熄滅了，實現了對下段煤炭進行了成功回采(見圖2).3.4 風機 風門調節風門聯合均壓 該礦一井2004年將原來的非正規采法改為水平分層單體。二鋼放頂煤壁式采煤法後，工作麵長度為15一20 m，采2m放13 m，工作麵風量230一250襯/min，工作麵產量增加，回采率提高，工作麵推進度降低28 m。開采1個月後，回風順槽CO濃度為0.006%，上隅角CO濃度為0.06%，在采取開區均壓效果不大的情況下決定采用正壓開采，即在人風順槽設2道相距 5m的風門，風門外設 7.5 kW對旋局部通風機，用直徑 0485 mm風筒供風，在回風順槽出口處設置2道調節風門，風門上設置調節風窗，在風門外設置水柱計測試風門內外壓差，使工作麵在接近正壓下回采。采取 措施之後，工作麵的有效風量為210---230 m3，工作麵的風壓通過改變風門上風窗麵積大小來調節，其風壓的大小直接關係到工作麵防火和釋放瓦斯效果。如果風壓過大雖然能把瓦斯壓人采空區深部，但將使采空區漏風加大，氧化帶變寬;如果風壓過小，則不能把瓦斯壓人采空區工作麵瓦斯超限達不到正壓通風的目的。經反複考察實測調節風門前後壓差在40 - 50 Pa時，上隅角、回風道co逐漸下降，通過一個圓班的回采，CO濃度迅速下降到0.002 4%以下，經過 4個月的回采，回風側CO濃度基本消失，隻有上隅角CO濃度在0.003 % -0.006%之間，效果非常顯著。工作麵月推進度僅為30-40 m，當采下分層時同樣采取正壓通風的方式收到明顯的效果。一年多來的回采，采空區沒有出現自然發火現象，保證了工作麵的正常回采。以科學理論為依據，再以實踐為基礎，走出了一套理論聯係實際，綜合防治自然發火的路子，取得了較好的經濟效益和社會效益。 總結經驗和教訓，該公司雖然在防滅火工作中取得了初步成效，但隨著開采深度的增加，自然發火日趨嚴重，在進一步完善現有消防火設施和辦法的基礎上，需不斷研究新方法、采用新技術，加大安全投人，因地製宜地走出1條綜合治理礦井自燃火災的路子，為安全生產保駕護航。