浅析影响煤层自然发火的因素及对策

1、收稿日期:2008-10-28作者简介:邓刚(1965-,男,辽宁丹东人,工程师,1990年毕业于鹤岗矿务局工学院,现任鹤矿集团公司富力煤矿回掘副总工程师。浅析影响煤层自然发火的因素及对策邓刚(鹤矿集团公司富力煤矿,黑龙江鹤岗154100摘要:煤层自燃是煤矿安全生产的大敌,论文客观地分析了矿井深部开采煤层自然发火期变短的原因,提出了从设计入手,从掘进开始,在开采全过程治理煤层自然发火的观点,并提出采取喷碹、注水、注凝胶、加快开采速度等综合性治理措施。关键词:深部开采;自然发火;煤层中图分类号: T D75文献标识码:B 文章编号:1671-0959(200903200402020引言煤矿生产属

2、于地下开采,开采顺序为由上而下,随着深部开采的延续和采煤工艺的提高,煤层深部面临着地质构造复杂、煤层倾角增大、矿压增大、煤体松软易于冒落、瓦斯涌出量增大、掘进施工断面增大、矿井通风网络增长、通风系统复杂,特别是综采放顶煤工艺的推广应用,采煤工作面一次采全高,放煤时间长,采煤工作面推进速度慢,在开采过程中极易发火封面。认真分析煤层自燃的原因是防治煤层发火的前提条件。煤炭自燃需具备:煤具有自燃倾向;有连续供氧的条件;热量易于积聚。第一条件为煤体本身内部特性,取决于成煤物质和成煤条件,表示煤与氧相互作用能力是内因。后两个条件为外因,决定于矿井地质条件和开采技术条件。1影响煤层自然发火的主要因素111

3、开采深度因素浅部开采时,由于煤体原始温度低、煤体内的水分大、矿压小,故瓦斯涌出量较小。采煤过程中要求风量较小,相应巷道通过风量小,巷道断面小。而随着开采深度的增加,煤层埋藏相对较深,成煤时期相对较早,煤层埋藏原始温度增大、煤体内的水分减少、矿压增大,故瓦斯涌出量增大。采煤过程中要求风量大,增加了煤体的供氧能力,加快了煤炭的氧化过程。由于开采强度的加大,采煤工艺由原来分层开采到目前的放顶煤开采,使煤炭产量增加,相应瓦斯涌出量增大,为了稀释生产过程中的瓦斯,必须加大风量,风量的增大加快了浮煤氧化速度,为煤层自燃提供了条件。当采煤工作面正常推进,通常把采空区分为“三带”即:漏风带、氧化带和窒息带(图

4、1。一般情况下,漏风带氧气浓度大于18%、氧化带氧气浓度在5%18%之间、窒息带氧气浓度小于5%。由此可见,氧化带内漏风较大,供氧适宜,氧化生成的热量不易被带走,是煤炭自然发火的关键。图1采空区供氧状态6mm 的细钢丝绳,一端绑在单体柱手把上,另一端与煤帮上部锚杆固定。4实施效果在顶板正常完整的情况下,工作面每掘进412m 后停止掘进(顶板破碎段除外,开始临时支护,临时支护完后再接着掘进,依次循环。临时支护段为综掘机机身段,永久支护为锚杆支护,紧跟综掘机机身之后。通过近两个月的应用,在顶板淋水较大的条件下,且在现场操作人员学习熟练阶段,连续两个月均轻松地完成了300m 的掘进任务,其中最高日单

5、进突破20m 进尺,比使用原施工工艺月单进为150220m 大幅度提高。通过工艺的改进,大大缓解了矿井的生产接续紧张局面,为企业的稳定壮大奠定了坚实的基础。(责任编辑马光辉4生产经验煤炭工程2009年第3期112地质构造因素由于开采深度的增加,地质构造逐渐复杂,煤层受地质构造破坏后,裂隙增加,易造成煤质松软、煤体破碎,增加了煤的氧化性,增加了氧化面积和氧化通道,加快了氧化过程,因此,煤炭自燃比较容易频发。同时,由于地质构造因素,煤层开采过程中瓦斯涌出量增大,为稀释瓦斯而加大供风量,给煤体自燃创造了条件。另外,由于开采过程中对风量需求量增大,要求巷道断面也要随之扩大,掘进施工巷道断面大易造成巷道

6、梁上浮煤堆积,梁上浮煤干燥、氧化快,为煤体自燃提供了良好的“物质基础”。113通风距离因素 由于矿井开采深度加深,相应矿井通风距离增长,矿井入风、回风之间距离增长,矿井风流在井下巷道中流动的路线增长,势必造成矿井的通风阻力增大,导致工作面的风量下降。为确保矿井井下采掘工作面的供风量充足,必须提高矿井的通风能力(增大主扇的抽出能力,通风能力提高后,矿井入、回风井之间的通风压差增大。随着矿井的延深,矿井的压力增大,回采巷道的压力明显增大,巷道变形严重,密闭挡风墙难以维护,造成采空区的漏风,加剧了煤体氧化,使氧化带宽度加大,氧化时间增长,更增加了自然发火的隐患。2煤层自然发火的防治对策煤炭自燃防治方

7、法主要是消除煤的自然发火条件,包括:巷道合理布置、开采顺序合理、无煤柱开采、阻化作用等,消除供氧条件;合理的通风系统,均压、漏风检测与堵漏技术等,破坏蓄热环境。211选择正确的开拓、开采方法开拓巷道布置以及开采方法对煤层自燃的发生与控制影响很大,这就要求采矿工程技术人员从开采设计到施工管理,必须考虑煤层自然发火问题,既保证生产又要兼顾防止工作面煤炭自然发火。从防止煤炭自燃的角度对开拓、开采方法的要求是:系统完善、煤层切割少、回采率高、采空区易于封闭。212煤巷施工严格控制抽漏顶采煤工作面巷道系统主要是进风道、开切眼、回风道三条巷道,并均沿煤层底板掘进。因为巷道帮和顶煤体暴露时间长、压力大,松动

8、圈和高冒区较多,漏风氧化时间长,容易蓄热产生高温点;所以:煤巷掘进施工中钻眼与爆破工作,必须根据工作面实际进行布孔和装药,必要时顶部炮孔和帮壁采取人力手镐,严格控制帮顶超“挖”;加强支护工作保证架棚质量,必须做到帮刹实顶刹靠,不空帮空顶;做好日常巷道的维护工作,失效的架棚及时修复。213高压注水在高压作用下,使高压水通过裂隙进入煤体的层理、节理之中,煤体吸收大量的水分后,使煤质变软,增加了煤的可放性,同时避免了放煤时产生的大量煤尘,即使软帮局部有剩余煤,也保持湿润状态,使采空区的氧化带缩小,从而达到防止煤炭自然发火的目的。214巷道帮顶松动煤体和高冒区喷浆放顶煤工作面的溜子道、风道均沿煤层底板

9、掘送,巷道两帮形成松动圈,顶部形成高冒区。高冒区裸露的煤体长期氧化极易自燃,做好高冒区的治理是防止煤炭自燃的关键,必须从掘进巷道时进行治理,掘送完煤巷后必须对巷道进行全断面喷浆。喷层厚度为100150mm,最好施工时边掘边喷,以提高喷碹的速度和质量。通过对煤体的喷碹处理,可以有效防止漏风氧化。215在巷道喷层内压注凝胶为防止长期漏风氧化蓄热,除采取喷浆外,还应在喷浆层内压注凝胶。回采前在巷道顶板每隔3m,一排均匀布置2个钻孔,孔深打至煤层顶板,下直径15mm套管,将凝胶注到喷层内。由于凝胶具有堵漏、阻化等性能,并有一定的热稳定性,可以起到阻止氧化防止煤炭自燃作用。216提高回采率、加快回采进度科学组织生产、提高回采率、加快回采推进度,不仅是提高煤炭产量、完成生产任务的需要,而且可以在空间和时间上减少煤炭的氧化自燃,对防止煤炭自然发火具有决定性的作用。采空区氧化带内残存的浮煤氧化自燃的条件,主要取决于工作面推进度,如果推进速度较快,则煤炭在氧化带内滞留时间较短,在煤炭自然发火之前进入窒息带,就不会发生氧化自燃;反之,推进速度较慢或受到限制,便可能发生氧化自燃。3结语煤层自燃是煤矿安全生产的大敌,本文客观地分析了随矿井的开采深度加深,影响煤炭自燃的地