钱营孜W3214工作面封闭火区综合治理技术方案

1、钱营孜W3214工作面封闭火区综合治理技术方案q 钱营孜W3214工作面封闭火区综合治理技术方案徐州安云矿业科技有限公司中国矿业大学通风防灭火研究所2015年2月钱营孜W3214工作面封闭火区综合治理技术方案目 录1 封闭火区概况11.1工作面概况11.2 封闭火区自然发火情况11.3 封闭火区发火原因分析21.4 火区治理难点32 封闭火区综合治理技术42.1 火区范围圈定42.2 封闭火区治理思路43 三相泡沫隔氧降温53.1 三相泡沫工艺参数53.2 灌注量计算64 超水凝胶封堵漏风通道74.1 超水凝胶性能参数74.2 填充量计算8附件1：预算9附件2：三相泡沫灌注注意事项10I1 封

2、闭火区概况1.1工作面概况W3214工作面位于西一采区北翼，东与W3212工作面采空区相邻，西与3226工作面相邻。工作面机巷长2091m，风巷长2217m，工作面倾斜长度247m。工作面内32煤层倾角在1025°，平均煤层倾角15°。工作面内煤层赋存情况较为稳定，煤层厚度0.584.26m，平均3.05m，可采储量204.7万吨，服务年限9个月，现已回采结束后封闭。煤层在工作面北部较厚，南部较薄，一般夹矸2层，煤层结构复杂。W3214工作面煤层绝对瓦斯涌出量3.17m3/min，相对涌出量在0.42m3/t，无突出危险性。自然倾向性等级为类，属自燃煤层，煤尘有爆炸性。1.

3、2 封闭火区自然发火情况W3214工作面于2014年5月30日收作，工作面现已封闭。为监测封闭采空区情况，特在W3226工作面保护煤柱向采空区施工观察钻孔10个。封闭火区内CO有缓慢上升的趋势，且个别钻孔监测有C2H4存在，矿上采取机巷预埋管路注氮进行惰化，封闭采空区氧化现象得到一定控制。由于矿方忙于新W3226工作面贯通，再加上接近年底，放松了对封闭采空区的注氮惰化措施。工作面于1月31日开始，出现一氧化碳急剧上升，且伴随着出现少量乙烯气体。根据观察孔标志性气体变化趋势可以判断，W3214封闭采空区内部遗煤氧化蓄热，存在高温点。其中观察孔内氧气、一氧化碳气体变化趋势如图所示：图1 观察孔指标

4、性气体变化趋势图1.3 封闭火区发火原因分析1）封闭区域存在遗煤工作面采用综合机械化采煤工艺，一次采全高，采空区不会留有遗煤。但在临近停采线附近揭露两条正断层，标号：JF23，F3212-14。其中JF23断层倾向254°，倾角70°落差在05m。F3212-14断层倾向340345°，倾角50°落差在3m左右。在断层区域，底煤被采出，采空区留有大量顶煤。同时支架移出之后，在停采线附近煤体压酥，煤体破碎；加之，上工作面推进过程中，两道形成了三角遗煤。因此，封闭火区内的遗煤主要集中在临近停采线断层处的采空区丢煤、停采线附近破碎煤体及两道三角遗煤。2）保护煤

5、柱及密闭漏风W3214及W3226工作面仅临6m的保护煤柱，煤柱受矿压影响而产生漏风通道。同时，密闭墙之间也存在漏风的可能性。通过观察孔氧气浓度变化趋势可以看出，临近停采线附近3#，4#观察孔内氧气浓度较高，曾经一度出现超过10%的情况。因此，封闭采空区一定存在多通道漏风，为封闭区域遗煤提供了良好的蓄热氧化条件。图2 观察孔氧气浓度变化趋势图3）蓄热氧化时间长由于采空区内通过保护煤柱及密闭漏风长期存在，且封闭采空区内部在多次出现一氧化碳上升的情况下，仅采取向采空区注氮的措施。虽然注氮能够惰化采空区，但是达不到降温、消除蓄热点的灭火作用，采空区遗煤的氧化蓄热环境并没有得到及时根治，一旦采空区停止

6、氮气，封闭区域的遗煤在充分漏风供氧的条件下，潜在高温区域就会快速氧化，导致采空区内火灾指标气体反复出现。1.4 火区治理难点1）火区高温点位置不明确封闭采空区内遗煤分布范围广，在停采线附近、两道及邻近停产附近断层出都存在大量遗煤。加之，保护煤柱及密闭墙附近漏风通道多，为封闭区域内的遗煤氧化蓄热提供了良好的条件。虽然有观察孔进行标志性气体观测，受采空去内不均匀气体运移的影响，只能对采空区整体情况做定性的分析，很难判断高温区域 的具体位置。2）封闭火区内漏风线路多根据观察孔内氧气浓度检测可以发现，特别是在停采线附近，封闭火区内氧气浓度高达10%，3#观察孔甚至出现过氧气浓度超过14%的情况。相邻工

7、作面保护煤柱定然是存在着漏风通道，同时工作面密闭墙附近煤体也存在一定漏风，封闭火区内漏风线路多。3）灌浆灭火周期长、效果不理想黄泥灌浆灭火是最经济有效的技术手段，但要完全淹没W3214工作面采空区，达到全覆盖降温的目的，所需水、土量大，时间长，影响封闭工作面的灭火进度。同时临近停采线时，工作面采用仰采工艺。在灌注黄泥浆时，黄泥浆拉沟向低处流动。不能有效的作用到停采线附近遗煤，效果不理想。102 封闭火区综合治理技术2.1 火区范围圈定根据采空区遗煤规律，以及观察孔气体指标参数，划定封闭火区范围为采空区停采线以后20m（其中包括8m的回撤通道，以及12m采空区冒落宽度），以及上端头100m的范围

8、，火区治理范围圈定如图所示：图3 封闭火区治理范围圈定（红色）2.2 封闭火区治理思路在临近停采线为仰采工艺的前提下，灌注黄泥浆拉沟往低处流失，不能有效作用到停采线附近遗煤区域。同时注氮只能起到辅助惰化的效果，不能消除高温火源区域。为根治封闭火区的高温点，保证煤矿的安全接续生产。根据圈定的火区治理范围，将治理方案定为停采线附近回撤通道及冒落区域灌注大流量三相泡沫，进行覆盖充填，降温隔氧，消除高温火源，同时在风巷密闭墙间及上端头灌注超水凝胶充填，封堵漏风通道。图4 封闭火区综合治理思路3 三相泡沫覆盖隔氧降温鉴于封闭采空区停采线附近内存在高温点，且临近停采线附近为仰采工艺，浆液拉沟而不能有效覆盖

9、停采线及采空区大面积高位浮煤，效果不理想。因此，采用灌注三相泡沫的工艺，利用泡沫的立体堆积特性，阻化降温特性，大流量的进行灌注，进行覆盖充填，消除高温点的威胁。3.1 三相泡沫工艺参数 三相泡沫灌注工艺及性能参数如下：1） 三相泡沫灌注工艺根据该矿实际情况，三相泡沫由地面注浆池、发泡剂定量添加装置、混合器、发泡器、注氮装置组成，其主要工艺流程，如图5所示。图5 三相泡沫制备和灌注工艺流程2）三相泡沫性能参数根据以往经验及现场调研，确定三相泡沫技术参数指标如表1所示。表1 三相泡沫技术参数技术指标参数值技术指标参数值发泡倍数氮气量水土质量比30倍>800 m33:1耗浆量三相泡沫产生量发泡

10、剂用量10m3/h300m3/h0.8%3.2 灌注量计算三相泡沫灌注量分为两方面，一方面是停采线后8m的回撤通道，未被压实孔隙率较大；另一方面为停采线后12m冒落区域，虽漏风量较小，但是存在供氧蓄热的条件。 (1)式中: Q三相泡沫灌注覆盖空间量，m3;M封闭火区影响宽度，m;L工作面倾斜长度，mH煤层厚度，m;C采空区冒落孔隙率，反应冒落矸石压实程度。回撤通道取0.5，冒落区域取0.3。按照计算公式，Q回撤通道=8×3×240×0.5=2880 m3，Q冒落区间=12×3×240×0.3=2592 m3，共需灌浆量5472 m3，

11、消耗发泡剂43.776吨。灌注工艺为：通过上隅角瓦斯抽放管路进行灌注，保护煤柱向上隅角施工钻孔补注，利用三相泡沫实现对封闭火区的覆盖充填。钱营孜W3214工作面封闭火区综合治理技术方案4 超水凝胶充填封堵漏风封闭火区氧气浓度变化趋势表明，封闭火区内存在大量的漏风通道。其中，漏风区域主要是集中在密闭墙及保护煤柱漏风。超水凝胶具有高保水性，高悬浮性，流动性好，可实现对密闭区域及上端头漏风通道进行封堵。4.1 超水凝胶性能参数1） 超水凝胶性能高保水性：超水凝胶一次灌注，可长时间保留在采封堵区域内，直至大量水分降温后散失。重复吸水能力强，具有长期封堵的效果。高悬浮性：可悬沙、土，并具有良好的流动性，

12、使之均匀地覆盖于煤体上隔绝空气，而不会出现“拉沟”、“跑浆”流失现象。阻化功能：捕获煤自燃氧化自由基，具有较强的防火阻化作用。流态封堵：由于超水凝胶流动性好，可掺入水中使用实现封堵效果，也可添加至黄泥浆及粉煤灰浆中，实现采空区封堵。 图6 超水凝胶封堵示意图2） 超水凝胶基本参数初步确定将超水凝胶基本参数制定如表2所示：表2 超水凝胶基本参数技术指标参数值技术指标参数值吸水率热稳定性保水率200倍>400三周80%凝胶时间流量添加比例18分钟68m3/h1%4.2 填充量计算超水凝胶灌注区域为两道密闭墙进行填充封堵，以及上端头保护煤柱附近区域的充填，封堵量计算如下 (2)式中: Q超水凝

13、胶填充量，m3；M封堵区域宽度，m；L封堵区域长度，m；H封堵高度，m。按照计算公式，Q密闭墙=4.2×80×3=1008 m3，Q上端头=4.2×100×3=1260 m3，共需充填空间2268 m3，消耗凝胶22.68吨。填充工艺为：密闭墙间、保护煤柱施工钻孔灌注，利用高水凝胶进行充填封堵。附件1：预算项目类型数量单价（万元/吨）费用（万元）用途备注三相泡沫发泡剂：型号 KSF-245吨2.0793.15新型阻化防灭火材料（需购置）矿用超水凝胶：型号 AY-J125吨2.050.0新型防灭火材料（需购置）费用总计143.15万元附件2：三相泡沫灌注注意事项为保证三相泡沫灌注过程顺利进行，灌注时有如下注意事项：（1）配置好的浆液中不能有较大颗粒杂质（8mm）；（2）注三相泡沫前应先检查整套管路系统是否连接好，包括注浆管道、发泡器装置、气体管路和注发泡剂装置；（3）发泡剂定量添加泵使用前要预先向抽取发泡剂的胶管里灌满水，然后再开泵；（4）井下有人专门负责注三相泡沫，井下负责人员要随时注