陕西长武亭南煤有限责任公司
摘要:针对易自燃厚煤层生产工作面采空区和封闭采空区气体异常频发的问题,以实验室测试的煤在不同供氧条件、温度条件和漏风条件下产气特性和不同气体间的相关性分析为基础,建立空区气体异常判定标准体系,分析空区气体异常原因,采取针对性防治技术措施,并对措施效果进行评价,为矿井内因火灾防治工作提供技术支持。
关键词:易自燃厚煤层、连通采空区、气体异常判定
在煤层开采过程中,容易受到煤层自然发火的威胁,其中采空区内因火灾是煤层火灾防治的关键内容之一。为保证亭南煤矿4号煤层自然发火防治做到科学、合理、经济、有效,陕西长武亭南煤业有限责任公司委托煤炭科学技术研究院有限公司对亭南矿采空区气体异常判定方法进行研究,形成针对性的防治技术。通过实验室分析不同氧浓度条件下标志性气体产生的差异,形成基于程序升温的自然发火预测分析方法,并结合现场测试结果对方法进行完善,在此基础上提出自燃预测预报方法,完善采空区束管监测系统,建立采空区气体异常判识和防治技术体系,指导现场安全生产,减少矿井采空区煤自然发火事故的发生。
一、主要研究内容
1.利用煤自然发火模拟装置,分析了亭南煤矿4号煤层自燃过程中气体产生规律,研究了煤在不同氧浓度条件下的自燃特性,发现氧浓度对煤气体产物的产生有一定的影响。气体产物随氧含量降低总体呈现“滞后效应”,表现为:氧化产物生成的初始温度滞后,相同温度时氧化产物的生成量减小,C2H4初始温度滞后约为10 ℃。氧浓度对煤的自燃进程有很大的影响:氧浓度主要抑制煤的加速氧化阶段,进而阻止煤的剧烈氧化阶段,而对煤的缓慢氧化阶段影响较小。亭南4号煤层在氧浓度21%、10%、9%、8%、7%条件下的自燃温度分别为85℃、95℃、100 ℃、105 ℃、115℃,得到亭南煤矿4号煤层下限氧浓度为8.0%。
2.根据漏风测试,三个释放点都存在不同程度的漏风,1号测点最严重,2号测点次之,3号测点漏风最小。1号释放点304运输顺槽密闭的漏风最严重,与302高抽测点间平均漏风速率达到0.59m/s;3号释放点304回风顺槽密闭漏风最轻微,在4个测点中仅304工作面回风测点检测到少量气体,且间隔时间长,平均漏风速度仅0.0061m/s。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆1号释放点304运输顺槽密闭漏风速度极快,在SF6气体释放之后很短时间内就在4个测试位置陆续测试到气体,304工作面回风时间最短仅20min,304措施巷密闭最长也只有310min,说明该点向302工作面和304措施巷漏风均较大,两方面均需要注意控制;2号释放点304运料道密闭对4个测点的漏风速率相比1号测点,漏风速率约为1号测点的1/7,且在距离最远的304措施巷密闭在24h内也没能检测到SF6气体,说明该点主要向302工作面漏风,向304措施巷漏风量很小;3号释放点漏风更小,在四个测试点中,只有距离最近的304工作面回风测点测试到了SF6气体,两个点之间只相隔2道密闭,巷道并未经压实和封堵,经过了近20h检测到SF6气体,漏风很小,漏风影响范围小。
3.煤自燃阶段突变作用理论表明煤低温氧化过程具有尖点跃迁的双稳态、不可达、突跳、发散性和滞后性;提出了第Ⅰ阶段(潜伏阶段,约常温~60℃)、第II阶段(储热阶段,60~95℃)、第III阶段(蒸发阶段,95~105℃)、第IV阶段(活跃阶段,105℃~180℃)、第V阶段(乏氧阶段,大于180℃)的煤自燃过程五阶段划分法;基于煤自燃过程五阶段划分法,建立煤自燃预警决策体系,制定了指标气体预警分级表。
4.根据煤自然发火的原因、条件和过程,结合亭南矿煤层开采“高瓦斯、易自燃、井下内部漏风通道多、采空区相互连通”的实际情况,分析了煤层自燃环境:由于矿井为高瓦斯矿井,工作面回采后采空区聚集有大量高浓度瓦斯;煤炭开采过程中,受采动影响导致工作面区段煤柱受损严重,形成连通的采空区,漏风渠道增加;工作面采空区“两道两线”顶板冒落不充分,漏风严重,工作面采空区周边顶板冒落不充分,形成“O形圈”,漏风通畅,供氧充分;由于采空区密闭墙压力较大,墙体易变形开裂,导致采空区漏风渠道增多;厚煤层工作面采空区“两道两线”附近遗煤多、漏风供氧充分、氧化时间长,自燃危险性大。
5.根据煤层自然发火隐患形成的三要素(煤、氧、温度),以及煤火灾害“位置隐蔽、贫氧氧化、自发产热、潜伏期长”的特点,结合亭南煤矿实际自然发火环境分析,矿区防灭火技术应以“早期识别、控制遗煤、减氧抑制、吸热降温、应急灭火”为核心。提出煤层自燃应采取“以防为主、重点治理、防治结合、综合治理”的原则。采取测温和气体分析监测煤层自燃,通过提高回采率控制遗煤量、封堵密闭和煤柱裂隙并注惰气减氧抑制,通过灌浆等防灭火技术吸热降温,通过井下液态二氧化碳直注应急灭火的综合防灭火技术体系。
二、 措施建议
1.需要根据标志性气体分析结果,采用人工检测、束管监测、安全监测和人工采样分析的方法对工作面煤层发火情况进行定点、定时监测;由于遗煤发火受到煤自燃过程的氧化放热性、采空区遗煤堆积厚度和块度和采空区遗煤自燃氧化带范围等多因素影响,对采空区有必要进行动态监测。
2.根据亭南矿实际条件,在工作面回采过程中应采取注氮(或注浆)防灭火技术措施,适当辅助阻化剂防灭火措施,在实施过程中必须严格控量,避免使用材料过多浪费和过少失效;在工作面撤架过程中需要根据模拟分析结果,核减工作面风量,同时根据现场条件,开展架后和两道注浆(凝胶)等工作;在整个过程中漏风封堵工作需要重视,同时建议选择液态CO2作为煤自然发火的应急处置措施。
参考文献:
[1]张东坡《易自燃特厚煤层综放面采空区注氮防灭火技术研究与应用》2010.07
[2] 吴昊,孙广京《综放工作面采空区自燃区域判定及防治技术》2013.09
论文作者:吴昌,张宝第
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/5
标签:采空区论文; 煤层论文; 工作面论文; 气体论文; 阶段论文; 措施论文; 浓度论文; 《防护工程》2019年第7期论文;