关于综采放顶煤工作面防灭火方法的探讨

1、关于综采放顶煤工作面防灭火方法的探讨摘要:对注氮防灭火方法在综采放顶煤工作面的应用进行科学的论述，利用阻化剂防灭火系统和束管监测系统对注氮防灭火进行了合理的补充。关键词: 综采放顶煤；注氮防灭火；阻化剂防灭火；束管监测系统； 0 前言兴隆煤炭有限责任公司黑岱沟煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内准格尔煤田南部矿区，设计生产能力为0.9Mt/a，矿井目前开采5号煤层，布置一个综采放顶煤工作面，工作面割煤高度2.5m，平均放煤高度1.91m，矿井煤层属容易自燃煤层。由于本矿井煤层属容易自燃煤层，所以综采放顶煤开采工艺就存在着一个关键性的问题，即工作面和采空区的防火问题，这就要求生产期间必须采

2、取切实可行的综合防灭火措施。目前矿井常用的防灭水方法主要有灌浆防灭火、注氮防灭火及阻化剂防灭火。由于本矿井地处鄂尔多斯高原，本地区植被稀少，土质较差，取土对本地区的环境破坏较为严重，且本地区可用水量较少，另外灌浆防灭火在本地区没有成熟经验。而单独采用阻化剂防灭火，对于采空区压注阻化剂后一定时间内遗煤很可能复燃，其灭水效果也不理想，不能做为主要防灭火措施。综合以上比较，从安全、可靠的角度出发，本次设计采用氮气防灭火系统，本系统对环境无破坏性影响，工艺流程简单，操作方便，较为适合本地区的实际开采情况。为确保安全，设计配备阻化剂防灭火设备作为辅助防灭火手段。1 综采放顶煤开采工艺防火的特点（1）采高

3、增加，采空区空间增大，顶板冒后堆积厚度高，且顶、底板都可能丢煤。（2）采空区的“两道”自燃发火隐患突出。综采放顶煤残留在老塘内的浮煤多，特别是靠“两道”侧及两放煤口间的三角煤丢失严重，丢煤也相对集中。（3）煤层开采厚度大，煤层生产能力高，又增加了放顶工序，工作面推进速度缓慢。采空区浮煤与空气接触时间长，易于氧化积热自燃。（4）采空区上部一旦发火难以接近不易处理，并且可随放顶煤向下滑落而蔓延。（5）瓦斯释放强度有所增加。放顶煤综采由于上方煤体被整体破坏，瓦斯释放强度增大，并且瓦斯将伴随煤流由支架上方漏向工作面，通风效果不如普通综采。2 采空区注氮防火的机理和作用（1）采空区中空气含氧量减少，氮气

4、含量增加，形成窒息性气体，达到阻止煤炭自燃的作用。（2）使采空区呈现正压状态，致使新鲜空气难以流入采空区内。（3）温度较低的氮气流入采空区，能对周围围岩和氧化发热的煤炭起到吸热和降低温度的作用。3 注氮系统及其配套工程3.1 注氮系统的选择设计选用井下移动型制氮装置防灭火系统，该系统具有输氮管路短，泄露少，机动灵活，可就近放置制氮设备，设备维护简单，使用方便等特点。3.2 注氮流量按吨煤注氮量计算，并考虑1.21.5的安全备用系数，即为采空区防灭火时的最大注氮流量。QN qAK330×60×24式中：QN注氮流量，m3/h；q吨煤需氮量，取5m3；A年产量，t；K工作面回采

5、率；330年工作日。QN 5×900000×0.93330×60×248.8（m3/min）则采空区防灭火时的最大注氮流量为：Qmax1.3×8.8×60686（m3/h）3.3 制氮设备的选择根据注氮流量的计算，本设计选择JXZD-700型井下移动式变压吸附制氮车，氮气产量700 m3/h，氮气纯度97%，冷却水量23.5t/h，功率220 kW，电压660V。3.4 注氮系统（1）预防性注氮采用埋管注氮方法，在工作面的进风侧采空区埋设1条注氮管，当埋入一定长度后开始注氮，同时再埋入第2条注氮管路。当第2条注氮管路埋入采空区氧化带与

6、冷却带的交界部位时向采空区注氮，同时停止第1条管路的注氮，并重新埋设注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。注氮管路埋设与释放口位置见图1。注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合以下要求：氮气释放口应高于底板，以90°弯拐向采空区，与工作面保持平行，并用石块等加以保护。氮气释放口之间的距离，应根据采空区“三带”宽度、注氮方式、注氮强度、氮气有效扩散半径、工作面通风量、氮气泄漏量、自然发火期、工作面推进度以及采空区冒落情况等因素综合确定。释放口间距一般在3050m之间。注氮管一般采用单管，管道中设置三通，从三通上接出短管进行注氮。（2）灭火性注氮采用钻孔注氮、插管注氮和密闭注氮。钻孔注氮

7、：在施注地点附近巷道向井下火区或火灾隐患区域打钻孔，通过钻孔将氮气注入火区。插管注氮：工作面开切眼、停采线或巷道高冒顶火灾，可采用向火源点直接插管的注氮方式进行注氮。密闭注氮：利用密闭墙上预留的注氮管向火灾或火灾隐患区域实施注氮。（3）注氮方式注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮，从时间上分为连续性注氮和间歇式注氮。工作面正常生产过程的预防性注氮采用开放式、间歇式注氮；工作面开采初期和停采撤架期间，或因遇地质构造、机电设备等原因造成工作面推进缓慢，采用开放式、连续式注氮；对密闭的火区进行注氮采用封闭式、连续性注氮。（4）安全管理在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5，否则停止作业

8、并撤除人员，同时降低注氮或停止注氮，或增大作业场所的通风量。制氮设备的管理人员和操作人员，须经理论培训和实际操作培训，考试合格才能上岗。采空区进行注氮防火或对火区进行注氮灭火时，应编制相应的安全技术措施，并经矿总工程师审批后方可实施。应建立制氮设备的操作规程，工种岗位责任制和注氮防灭火管理暂行规定等规章制度。应建立和健全注氮防灭火台帐。（5）注氮管理注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定，以距工作面20m处采空区中约氧浓度不大于10作为确定的标准。如果采空区中CO浓度较高（>50ppm），或者工作面CO浓度超限，或出现高温、异味等自燃征兆，都应加大注氮浓度。合理设置监测传感器，加强

9、对采空区、工作面和回风顺槽中O2、N2和CO和监测；同时，由瓦斯检查员随时对工作面及其回风顺槽的O2、CO和CH4浓度进行检查，要保证工作面风流中的氧气浓度。发现工作面氧气浓度降低，应暂停注氮或减少注氮强度。注入氮气的纯度不得低于97。注意检查工作面及回风顺槽风流中的瓦斯涌出情况，若发现采空区大量涌出瓦斯，风流瓦斯超限时，可适当降低注氮强度。第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区。3.5 注氮系统配套工程（1）堵漏措施工作面需风量大，是向采空区漏风的主要来源，煤、氧接触又是煤层自燃的根本原因。根据本矿井工作面采空区的“三带”划分，制定有效的防漏

10、风措施是必需的。为了保证注氮防灭火的有效性，应采取严格的堵漏措施，使防灭火区的漏风量降到最低限度。本设计堵漏措施采用凝胶堵漏剂（粉煤灰30%，水玻璃3%，铝酸钠1.5%，其余为水）。（2）注氮气体监测采用在采空区预埋束管监测探头，其数量视取气样点数而定。在注氮管或支管分叉处必须设置观测点。为了考察注氮的流向与分布，可借助施放SF6示踪气体加以检测。4 辅助防火系统根据国内煤矿综采放顶煤开采的防火经验证明，氮气防火不是万能的。为确保安全，设计配备阻化剂防灭火设备作为辅助防灭火手段。由于本矿井阻化剂防灭仅作为注氮防灭火的一种辅助防灭火措施，故选用机动性电动喷洒压注系统，在井下设置药液车（容量为2m

11、3）和注液泵，由D50.8mm输液管路从喷射泵沿运输顺槽铺设到工作面或其它防灭火处理地点，并与喷嘴和封孔器连接，由注液泵加压后向工作面或其它防灭火处理地点压注和喷洒阻化剂。本矿井主要对回采工作面底板浮煤、采空区以及回采巷道煤壁升温地段以及其它温度升高区域喷洒阻化剂。5 束管监测系统（1）系统组成束管监测系统是利用真空泵，通过一组空心塑料管将井下监测地点的空气直接抽至分析单元中进行监测，由采样器、接管箱、放水器、除尘器、抽气泵、采样控制柜和分析单元组成。（2）ASZ-型束管监测系统本矿井采用ASZ-型束管监测系统，系统通过束管取样，利用安在地面上的抽气泵、各种气体分析仪器以及微机等，连续监测井下巷道、采空区、密闭区中的CO、O2、CO2、CH4等气体组分浓度，根据CO变化趋势和格雷哈系数，早期预报煤炭自燃发火。（3）观测站、移动和临时观测点布置在盘区回风巷、工作面的进、回风巷各建立一个观测站，并符合井下测风站的要求，观测站的位置应使进风观测点能够控制全部进风流，回风观测点能够控制全部回风流；移动观测点布置在工作面进回风巷内距工作面 1020m处，临时观测点布置在工作面老空区或有异常现象的区域。束管监测系统可并入矿井集中监测监控系统，作为矿井集中监测监控系统的一个子系统。6 对综采放