雙頂煤礦煤層自然發(fā)火事故的預(yù)防與處理

雙頂煤礦煤層自然發(fā)火事故的預(yù)防與處理
雙頂山礦業(yè)礦業(yè)股份有限公司是由原長春市屬地方國有雙頂煤礦經(jīng)股份制改造而來的，該礦是自
然發(fā)火較嚴(yán)重的礦井。自1990年建礦以來，自然發(fā)火事故頻繁(1990-1999年累計(jì)發(fā)生自然發(fā)火事故48起)，造成損失煤量近100萬t，嚴(yán)重影響正常的安全生產(chǎn)，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也使該礦井正常的生產(chǎn)經(jīng)營難以維持。1999年以來該礦通過認(rèn)真總結(jié)和吸取歷次礦井自然發(fā)火的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，理論聯(lián)系實(shí)際因地制宜摸索出一套簡單易行的處理回采工作面自然發(fā)火和礦井局部火災(zāi)的方法。成功地抑制了采空區(qū)和巷道局部自然發(fā)火，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，6a來該礦沒有因火災(zāi)而影響安全生產(chǎn)的事故，安全生產(chǎn)形勢每年都有1個(gè)穩(wěn)步提高。

1礦井概況
雙頂煤礦采用片盤斜井開拓，采用兩主一副中央并列式抽出通風(fēng)，礦井總回風(fēng)量2400m3/min，屬高瓦斯礦井。設(shè)計(jì)產(chǎn)量30萬t，現(xiàn)投產(chǎn)1個(gè)采區(qū)，年產(chǎn)量30萬t，所采煤層為中生代下統(tǒng)營城組，煤種屬長煙煤，煤層屬單一煤層，煤層厚度5一15m，煤層傾角400--60’左右，工作面采用水平分層單體ii鋼放頂煤壁式采煤法，采2m放13m，煤層極易自然，自然發(fā)火期為1-V2個(gè)月，最短為15d，煤層爆炸指數(shù)為46%。
2易自然發(fā)火地點(diǎn)
(1)回采工作面采空區(qū)。由于工作面兩端壓差造成工作面采空區(qū)的漏風(fēng)，厚煤層回采空區(qū)遺煤多，
受多種因素的制約，有時(shí)推進(jìn)度緩慢，造成采空區(qū)、上下兩道浮煤氧化自然;由于煤層傾角較大，煤層易破碎，造成開采中上部采空區(qū)中灼熱的遺煤進(jìn)人新采空區(qū)迅速氧化而引起自燃。
(2)巷內(nèi)部局部高冒和獨(dú)頭巷道?；夭晒ぷ髅嫔舷马槻墼诰蜻M(jìn)過程中，遇煤質(zhì)疏松、地質(zhì)構(gòu)造帶擠
壓、地應(yīng)力增大等有局部冒頂現(xiàn)象，但在處理冒頂時(shí)未及時(shí)采取有效充填和封堵措施，在空氣擴(kuò)散作用下微風(fēng)串人，其浮煤體長期與氧氣接觸產(chǎn)生的熱量不易擴(kuò)散，導(dǎo)致局部升溫發(fā)火。獨(dú)頭巷道擴(kuò)散通風(fēng)氧化溫度不易擴(kuò)散，積存浮煤緩慢氧化導(dǎo)致自燃。
(3)閉區(qū)正壓密閉前自然發(fā)火。煤巷密閉由于封閉不嚴(yán)、掏槽深度不夠，造成密閉四周漏風(fēng)及煤層
裂隙發(fā)育造成漏風(fēng)等原因，導(dǎo)致正壓密閉上、下部浮煤氧化或閉區(qū)浮煤自燃。
(4)巷道交叉點(diǎn)。巷道交叉點(diǎn)由于地壓力大影響，煤巷四周松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大，裂隙增多由負(fù)壓作用
造成裂隙漏風(fēng)浮煤氧化自燃。
3自然發(fā)火的預(yù)防和處理
3.1采空區(qū)及閉間灌漿堵漏防滅火
(1)灌漿防滅火是該礦經(jīng)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(diǎn)，通常采用采區(qū)上水平設(shè)簡易攪拌灌漿站利用靜壓或注漿泵，通過管路輔到采區(qū)上下兩道，對工作面開切眼、停采線進(jìn)行預(yù)防性注漿防止自然發(fā)火。
(2)區(qū)段結(jié)束后對空區(qū)及時(shí)密閉，一般采用雙道密閉，根據(jù)煤壁四周裂隙發(fā)育情況確定密閉間距為
1.5m，對密閉中間進(jìn)行注漿以減少或杜絕漏風(fēng)，防止自然發(fā)火。
3.2注膠防滅火
(1)對高冒難以處理的煤巷巷道，根據(jù)服務(wù)時(shí)間長短分別采用砌筑料石、磚、木板防火暄的方式對暄后冒區(qū)進(jìn)行注漿或注膠體充填防止暄內(nèi)浮煤氧化。
(2)對于采區(qū)上下順槽煤巷的局部高冒已造成局部高溫采取錯(cuò)施:一是打鉆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后生成，用注膠泵或泥漿泵將凝膠注
人浮煤后一是吸收熱量，降低煤體的溫度;另一方面堵塞煤體間隙，覆蓋在煤層上面，阻止空氣的流動(dòng)，使之不再氧化達(dá)到防滅火的目的。凝膠的配置根據(jù)成膠質(zhì)量及反應(yīng)時(shí)間確定2種溶液的濃度，現(xiàn)場易掌握，結(jié)合實(shí)際選擇如表適宜的凝膠配方。該方法操作簡便，靈活機(jī)動(dòng)，可同時(shí)起到防火和降溫的作用，同傳統(tǒng)的注漿防火措施比，具有水分流失慢，一旦流失可定期補(bǔ)充的特點(diǎn)，預(yù)防周期延長，幾年來應(yīng)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(qū)均壓，閉區(qū)均壓和聯(lián)合均壓。
(1)開區(qū)均壓防火。由于采區(qū)推進(jìn)速度慢等等原因，使遺留在采空區(qū)自然帶的浮煤隨著時(shí)間的增
長充分氧化生熱，導(dǎo)致自燃。在這種情況下，必須提前采取措施，該礦是在回風(fēng)道CO見量時(shí)(一般以達(dá)到0.002%為界線)，超過界線采取開區(qū)均壓的方式進(jìn)行預(yù)防自然發(fā)火，即在工作面上回風(fēng)道設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)壓設(shè)施，使風(fēng)流受阻，增加工作面回風(fēng)側(cè)及上隅角風(fēng)壓，減少工作面人排風(fēng)道間通風(fēng)壓差，漏風(fēng)帶縮短，隨之而來的是采空區(qū)內(nèi)原有的自燃帶寬度變小，窒息帶前移，已發(fā)展起來的自然現(xiàn)象也會(huì)得到抑制，幾年來的實(shí)踐效果非常明顯，可以有效延長自然發(fā)火期，提高了煤炭的回采率(見圖1).

(2)閉區(qū)均壓防滅火。在回采過程中，由于煤層傾角變大，造成回風(fēng)道以上階段煤柱受到破壞，上部采空區(qū)內(nèi)已氧化的浮煤灌人新采空區(qū)內(nèi)繼續(xù)氧化，往往造成采空區(qū)火災(zāi)，回風(fēng)道CO濃度迅速增長，此時(shí)要在采空區(qū)上下巷分別建立2道密閉墻，進(jìn)行隔絕滅火，控制火情。由于采區(qū)巷道壓力較大，很難閉嚴(yán)，往往封閉后回風(fēng)道CO濃度仍較高，此時(shí)根據(jù)具體條件在上巷或下巷利用2.0kW局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行閉區(qū)均壓，降低兩側(cè)密閉壓差，減少密閉漏風(fēng)，防止火災(zāi)氣體危脅回風(fēng)巷內(nèi)人員安全，空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)減少，火災(zāi)很快熄滅。
(3)連通管均壓。即把采區(qū)的正負(fù)壓密閉外建均壓室，利用連通管相連或與正負(fù)壓相連使正負(fù)壓
密閉前壓力相等等達(dá)到減少漏風(fēng)的目的。2001年2月該礦一井采區(qū)發(fā)生采空區(qū)自然火災(zāi)，此時(shí)距停采
線30m，回風(fēng)流中co濃度達(dá)到0.05%。強(qiáng)行封閉幾天后，由于密閉前后圍巖裂隙甚多，造成漏風(fēng)后引起采空區(qū)瓦斯空爆，幾次閉間灌漿也效果甚微，后采取往采空區(qū)注水方式，水迅速淹沒了人風(fēng)側(cè)密閉，空爆才得到了抑制，由于注進(jìn)去的水再漏出來，增大了排水難度，于是維持幾天后，在采空區(qū)上部、中部密閉前設(shè)調(diào)壓室，利用150m可塑性385#風(fēng)筒與外部上山相連，使回風(fēng)側(cè)密閉前壓力與人風(fēng)側(cè)閉前壓力基本均衡，經(jīng)U型壓差計(jì)實(shí)測壓差<10Pa水柱(均壓前壓差為80Pa水柱)，漏風(fēng)大大減少，回風(fēng)側(cè)co碳濃度也迅速穩(wěn)定下降，火區(qū)熄滅了，實(shí)現(xiàn)了對下段煤炭進(jìn)行了成功回采(見圖2).

3.4風(fēng)機(jī)風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓
該礦一井2004年將原來的非正規(guī)采法改為水平分層單體。二鋼放頂煤壁式采煤法后，工作面長度
為15一20m，采2m放13m，工作面風(fēng)量230一250襯/min，工作面產(chǎn)量增加，回采率提高，工作面推進(jìn)度降低28m。開采1個(gè)月后，回風(fēng)順槽CO濃度為0.006%，上隅角CO濃度為0.06%，在采取開區(qū)均壓效果不大的情況下決定采用正壓開采，即在人風(fēng)順槽設(shè)2道相距5m的風(fēng)門，風(fēng)門外設(shè)7.5kW對旋局部通風(fēng)機(jī)，用直徑0485mm風(fēng)筒供風(fēng)，在回風(fēng)順槽出口處設(shè)置2道調(diào)節(jié)風(fēng)門，風(fēng)門上設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，在風(fēng)門外設(shè)置水柱計(jì)測試風(fēng)門內(nèi)外壓差，使工作面在接近正壓下回采。采取措施之后，工作面的有效風(fēng)量為210---230m3，工作面的風(fēng)壓通過改變風(fēng)門上風(fēng)窗面積大小來調(diào)節(jié)，其風(fēng)壓的大小直接關(guān)系到工作面防火和釋放瓦斯效果。如果風(fēng)壓過大雖然能把瓦斯壓人采空區(qū)深部，但將使采空區(qū)漏風(fēng)加大，氧化帶變寬;如果風(fēng)壓過小，則不能把瓦斯壓人采空區(qū)工作面瓦斯超限達(dá)不到正壓通風(fēng)的目的。經(jīng)反復(fù)考察實(shí)測調(diào)節(jié)風(fēng)門前后壓差在40-50Pa時(shí)，上隅角、回風(fēng)道co逐漸下降，通過一個(gè)圓班的回采，CO濃度迅速下降到0.0024%以下，經(jīng)過4個(gè)月的回采，回風(fēng)側(cè)CO濃度基本消失，只有上隅角CO濃度在0.003%-0.006%之間，效果非常顯著。工作面月推進(jìn)度僅為30-40m，當(dāng)采下分層時(shí)同樣采取正壓通風(fēng)的方式收到明顯的效果。一年多來的回采，采空區(qū)沒有出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象，保證了工作面的正?；夭?。以科學(xué)理論為依據(jù)，再以實(shí)踐為基礎(chǔ)，走出了一套理論聯(lián)系實(shí)際，綜合防治自然發(fā)火的路子，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，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(fā)火日趨嚴(yán)重，在進(jìn)一步完善現(xiàn)有消防火設(shè)施和辦法的基礎(chǔ)上，需不斷研究新方法、采用新技術(shù)，加大安全投人，因地制宜地走出1條綜合治理礦井自燃火災(zāi)的路子，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。