極軟易燃特厚煤層防滅火技術范文

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《煤礦開采雜志》2014年第三期

立體化防滅火技術是針對朱仙莊礦煤層自然發火期短、煤層極松軟、斷層構造多的防滅火難點研發提出的，是以高冒區快速充填－上下隅角快速堵漏－采空區大流量注復合阻化泡沫為主的煤自燃災害立體化綜合防治技術。

1高冒區快速充填防火技術

極軟特厚煤層在開采時，煤體易破碎和冒頂，形成空洞，因此，防治煤層自然發火的重點是防止形成微風供氧和蓄熱條件。朱仙莊礦發明運用MCA高分子材料防滅火技術。

1.1MCA高分子材料的特點MCA高分子黏度好，凝固時間和硬度易調節，無需噴漿堵漏，工藝簡單。具體注膠工藝見圖1。

1.2MCA高分子材料應用效果(1)水玻璃溶液和MCA高分子促凝劑溶液混合后，形成果凍狀塑性膠體，充填堵漏效果好。混合液易滲入煤體裂隙中。可充分包裹煤體使不連續的小煤塊融為整體，從而使煤體與氧的接觸面積大大減少、煤的氧化放熱速度降低，達到隔絕漏風，杜絕供氧的目的，效果顯著。(2)該材料在成膠過程中為吸熱反應。果凍狀的膠體含水率在94%左右，能起到理想的降溫滅火效果，且具有很強的保水、阻燃和受壓性能。(3)該材料最大的優點在于可以對未噴漿的高冒處直接實施充填，能解決噴漿所引起的工期緊、材料運輸難度大、材料投入多等不利因素。因此，新型MCA高分子材料在851，853，873，II865及876機、風巷等巷道冒高處進行應用，成功地消滅了冒高處自然發火隱患，取得了很好的效果。

2隅角快速堵漏防火技術

利用加10%的快速壘砌材料的碎煤袋快速封堵工作面上、下隅角，從而減少采空區漏風，減緩采空區遺煤的氧化速度，達到防滅火目的。(1)工作面初采期間，用快壘料碎煤袋作隔離垛對上、下隅角進行封堵。垛墻厚度在1m以上。每間隔10m封堵一道，至切眼進入滯息帶為止;正常回收后，向上、下隅角內灑高分子材料;對采空區不能垮實的地點，用艾格勞尼進行充填。(2)在工作面機、風巷距停采線50m開始，加強工作面上、下隅角的充填堵漏，每間隔10m采用快壘料碎煤袋進行封堵，垛墻厚度大于2m。(3)工作面收作完成后，在工作面停采線上、下端頭用快壘料碎煤袋各施工一道5m垛墻，然后緊貼垛墻施工永久封閉，垛墻與閉墻之間用膠充填，外墻采取氣密性處理，先噴漿，再用膠噴涂，同時對預留的注漿管進行保護，最后施工總封閉。(4)過斷層時，工作面上、下隅角除正常的回柱充填外，在工作面機、風巷分別距斷層10m位置開始，在跨斷層范圍內每隔10m采用快壘料碎煤袋垛墻對上、下隅角進行封堵，垛墻厚度大于2m。封堵范圍:下隅角由機巷下幫至第1架架尾，上隅角由風巷上幫至最上一架架尾。見圖2所示。

3復合阻化泡沫防滅火技術

3.1復合阻化泡沫的制備復合阻化泡沫是由固態不燃物、惰性氣體(N2)和水三相防滅火介質組成。其制備過程為:在制漿站里將水與粉煤灰按一定比例攪拌混合，通過壓力泵和定量螺桿泵將發泡劑輸送到注漿管路，漿液與發泡劑和阻化劑在混合器中混合后，再與接入的氮氣相互作用產生含固體顆粒的復合阻化泡沫，復合阻化泡沫利用注漿管路注入防滅火區域。

3.2復合阻化泡沫的工藝流程根據復合阻化泡沫的制備工藝以及朱仙莊礦井下的實際情況，制定了注復合阻化泡沫的工藝流程，如圖3所示。在風巷離停采線60m處，利用原交替埋設的2趟灌漿管對上隅角采空區灌漿，同時工作面每推進15～20m距離再鋪設一趟灌漿管路向采空區和上隅角進行灌漿或灌注三相泡沫。

3.3工程試驗結果分析在873綜放工作面采空區進行工業試驗。總共向采空區注黃泥漿約1830m3，復合阻化泡沫57000m3，漿液從采空區流出量很小。23d后，從綜放面支架后面采空區各個地方的煤體裂隙中看到了復合阻化泡沫擴散出來。試驗結果表明復合阻化泡沫已經均勻充滿了整個采空區，并進入了煤體的裂隙和漏風通道，有效地包裹了整個采空區低、高處的浮煤，封堵了采空區的煤體裂隙，對采空區內存在的自然發火隱患進行了有效地控制。

4注氮防滅火技術

注氮防滅火的實質是向采空區氧化帶內或火區內注入一定量的氮氣，使其氧含量降到10%或3%以下，以達到防滅火的目的。具體做法是在工作面停采前60m開始，從下隅角埋設一趟直徑50mm的注氮管路，然后每隔15m再預埋一趟，并從架尾向工作面上方延伸4m左右，最里端的1m處預埋管用花管并用鋼絲網纏繞保護，以利于氮氣的溢出及擴散。同時，風巷預接一路50mm注漿管，管口與發泡器相聯，做好注三相泡沫的準備。如圖4所示。

5其他輔助防滅火技術

5.1預測預報技術(1)在綜放工作面上隅角及回風流中安裝溫度和CO傳感器，實時監測工作面溫度、CO濃度變化情況。綜放工作面各傳感器安裝見圖5。(2)采煤工作面測氣員配備CO便攜儀，對工作面上隅角、束管、架尾、架間、回風流等中CO情況隨時進行檢查。(3)利用上隅角埋設的束管，對采空區CO進行檢查，并定期取樣化驗，同時，利用CO檢測管對架尾、架間進行檢測。

5.2防火鉆孔工作面防火收作期間，在工作面風巷或高位鉆場煤層頂板處設計施工防火鉆孔，并且使鉆孔覆蓋停采線，同時，將防火鉆孔聯管向采空區內灌注三相泡沫或灌漿。工作面停采收作期間，必要時可利用高位鉆場瓦斯抽排鉆孔，向工作面采空區進行注漿(三相泡沫)，以消除現存煤層自然發火隱患。

5.3調整工作面風量適當調整通風系統，降低工作面通風阻力。工作面回采至停采線約10m處時，在滿足需風量要求的前提下，盡量降低工作面風量(由1200m3/min降至600m3/min左右)，從而減少采空區漏風量。

6立體化綜合防滅火技術效果

采取立體化綜合防滅火技術，礦井Ⅱ863綜放工作面采空區自然發火隱患能得到有效地控制。采用綜合防滅火技術后Ⅱ863工作面采空區內CO，O2，N2變化情況如圖6所示。經過傳統的防滅火技術、連續灌注復合阻化泡沫和采空區注氮，從采空區的氣體分析可看出，O2和CO濃度持續下降，O2的濃度長期保持在5%以下，實現了極軟易燃特厚煤層立體化綜合防滅火，有效控制了煤炭自燃的發生。

7結論

針對自然發火期短、斷層多、煤質極軟的特厚煤層，朱仙莊礦打破傳統模式，提出了立體化防滅火技術，并在礦井進行了廣泛應用，取得了顯著效果。(1)通過向頂部高冒區注MCA高分子材料，降低了煤的氧化放熱速度，達到隔絕漏風，杜絕煤炭自然發火。(2)采用加有10%的快速壘砌材料的碎煤袋等對工作面上、下隅角進行封堵，能有效控制采空區的漏風。(3)通過向高瓦斯采空區灌注復合阻化泡沫，消滅了高位火源，有效控制了采空區自然發火，實現了采空區埋管－鉆孔－架間插管的全方位大流量注復合阻化泡沫防滅火。(4)輔以其他傳統的防滅火技術，實現了高瓦斯極軟易燃特厚煤層立體化綜合防滅火，有效控制了煤炭自燃的發生，取得了顯著的經濟效益。

作者：陳貴單位：中國礦業大學安全工程學院淮北礦業股份有限公司朱仙莊煤礦