胶体防灭火技术在巷道顶煤自燃治理中的应用2

1、利用胶体防灭火技术治理巷道顶煤的反复自燃摘要：分析了枣泉矿11201巷道顶煤反复自燃的原因，通过以打钻注胶为主、辅以注水的灭火措施，熄灭了巷道顶煤深部的火源，并插入MJ-8煤层火灾检测管对火源位置进行了长期监测，再通过巷道进行喷浆，堵塞煤体内的漏风通道，从根本上治理了巷道松散煤体反复自燃问题。关键词：巷道煤体；反复自燃；高分子胶体Abstract: Analysing the reasons of roadway coal repeated spontaneous combustion of No.11201 lane way in ZaoQuan Mine, and after the us

2、ing of the fire prevention measure that drill and inject colloid, supplemented by injecting water, the fire in deep roadway roof coal was extinguished. The fire sources were monitored chronically and in real time by inserting the MJ-8 coal fire detection tube. In order to plug the leakage channel in

3、 coal body, concrete was sprayed to roadways, which fundamentally solved the repeated self-ignited problem of loose coal in roadway.Keywords: roadway coal; repeated spontaneous combustion; polymer colloid神华宁夏煤业集团下属的枣泉煤矿位于宁夏灵武市东南62km的毛乌素沙漠边缘，2#煤层是该矿的主采煤层，煤质属特低硫、低灰、低熔点、较高发热量、较高水分、半暗型的不粘结煤，煤种单一。该煤层瓦斯含量

4、极低，煤尘具有爆炸性，爆炸系数为34.66，属极易爆炸煤尘；煤的自燃倾向性为级，属易自燃煤层，最短自燃发火期为18天。0 工作面巷道概述枣泉矿11201工作面位于2煤层中，工作面设计长度3025m，推采长度2700m，进、回风巷道均沿巷道上帮侧底板掘进，进风巷设计为矩形巷道，净宽5.4m，净高3.5m，主要用于进风、行人、运煤；回风巷设计为矩形巷道，净宽4.6m，净高3.5m，主要用于回风、行人。进、回风巷道均采用锚杆支护。煤层老顶为中粒砂岩、粉砂岩，直接顶为炭质泥岩，直接底为粉砂岩、炭质泥岩，老底为细粒砂岩。风、机巷道内的断层情况分别为，风巷1241m处存在DF12断层，1307m处存在斜穿

5、工作面的大断层DF13，DF13断层在机巷的位置为2148m，机巷除该断层外，在停采线位置还存在DF16、DF15断层。1 巷道反复自燃原因及高温范围分析11201工作面巷道顶部留煤厚超过4m，所处煤层直接顶为薄层状，水平层理，松软易破碎，具滑面，易脱层的炭质泥岩，又巷道宽度达到5m左右，在掘进动压和工作面回采动压影响下，巷道顶煤受压而易破碎、易离层，顶煤内裂隙发育，尤其是在断层附近，顶煤更易冒落，松散度大，裂隙更加发达，支护后，巷道顶部棚网上有大量松散煤体，巷道通风为松散煤体供氧创造了条件，巷道风流在各种动力作用下渗流进入煤体，使煤体氧化放热；巷道松散煤体通过传导、对流等过程向周围环境散热，

6、但顶煤冒落空洞和离层空隙阻碍顶煤传导散热，近似绝热壁，因此巷道松散煤体的初始氧化在距离巷道顶板表面一定的深度的地方，随着不断的继续供氧，氧化高温点逐渐向煤体表面（即顶板）移动，最终出现明火。1-211201工作面巷道自2008年10月16日开始掘进施工，至2010年7月，曾在巷道顶板多处多次反复发生煤体自燃现象，且部分地点伴有明火产生，对这些地点虽然进行打钻注水、喷浆等处理，高温点或着火点已经被控制或者熄灭。但由于自燃位置在巷道顶板上，用水灭火时，水不能堵塞松散煤体内的漏风通道，也不能滞留在发火位置，且易行成固定的通道流动，流过发火位置后仅使煤体表面温度降低，煤体内部温度依然较高，导致火源位置

7、向顶煤深部移动；水的冲刷将煤体表面的灰分带走，又露出新的煤体表面，且灭火时，水的剧烈蒸发会增加煤体的孔隙率，使漏风通道更加顺畅；又由于巷道顶板煤体破碎严重，裂隙发育，煤体内漏风通道四通八达，很难彻底堵漏；巷道煤壁表面的喷浆在矿压的作用下，表面产生裂隙，不能有效堵塞漏风通道，因此工作面巷道自燃虽经多次治理，但自燃仍反复发生，火源在巷道顶煤内的位置也更加深入、隐蔽，火源位置的探测更加困难。2 高分子胶体防灭火技术介绍胶体防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，已成为煤层自燃火灾治理的主要技术手段之一。因此，选择高分子胶体防灭火技术作为枣泉矿11201面巷道防灭火的技术。2.1高分子胶体防

8、灭火材料高分子胶体主要由水和高分子胶体灭火剂构成。高分子胶体灭火剂能使水发生胶凝，形成弹性胶体，胶体灭火剂的的用量为0.8%，成本较低。高分子胶体如图1所示。 图1 高分子胶体该胶体灭火剂的主要用途和性能特点：实现水的液固转化，使水在指定地点停留；克服注水流失量大、水的利用率和效率低等问题；解决凝胶成胶原料运输量大、种类多、现场配比难、受压易开裂等问题；充填于松散煤体裂隙内，起到包裹煤体、封堵漏风、降低煤温、长期阻止煤自热的作用，实现快速控制火势和灭火。2.2注胶设备及工艺流程针对巷道火灾发火地点不确定，整条巷道任何地点只要煤体自燃条件具备都有自然发火的可能性，因此选用ZHJ-5/1.8G矿用

9、移动式防灭火注浆装置来制备和压注高分子胶体到需要防灭火的地点。ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置主要由防爆电机、减速机、螺杆泵、灭火剂定量送料总成、无级调速机、齿轮泵、传动装置、流量计、压力表及管路等组成。注胶工艺流程见图9，利用“ZHJ-5/1.8G煤矿用注浆机”，将灭火剂按一定比例与水混合后，注入防灭火区域。根据现场情况，灭火剂添加量可做适当调整。 图2 高分子胶体压注工艺3 应用高分子胶体防灭火技术治理巷道煤体的反复自燃3.1 治理过程针对11201工作面巷道长度长、火源点多、位置深、反复自燃的实际情况，采取的治理思路是：首先详细探查并确认巷道内的火源位置，然后采取打钻以注胶体

10、为主辅以注水的灭火措施，以降低松散煤体温度，熄灭火源点，再在火源位置插入监测设备进行长期监测；与此同时，对巷道表面进行再次喷浆，封堵向巷道松散煤体内的漏风，从而达到彻底治理巷道松散煤体自燃的目的。1）火源位置的确认和监测2010年7月底对11201工作面进、回风巷道的火源点进行了详细的探查。经表面温度和气体成分的详细探查，在进风巷内未发现火源点；回风巷内巷道煤壁的温度整体较高，且在回风巷内发现了8个位置存在自燃火源，分别是1250m、1434m、1440m、1580m、1590m、1618m、1660m、1665m，其中1580m、1618m、1660m、1665m位置自燃现象较为严重。为能更

11、好的了解自燃火源的发展情况和评价治理效果，需要对顶板松散煤体表面和深部的自燃火灾参数进行长时间的监测，使用MJ-8煤层火灾监测管能很好的解决这个问题，它能监测巷道松散煤体表面和深部的自燃火灾参数，监测参数主要为温度和气体。MJ-8煤层火灾监测管主要由束管、温度传感器、高温导线、钎头、管体、连接头、砸垫、数字式温度表等组成（见图3）。监测管的钎头内安装有束管和温度传感器，将监测管砸入松散煤体，可抽取束管内的气体进行成分分析，并用配套的数字式温度表测取煤体温度。图3 MJ-8煤层火灾监测管在确认完火源位置后，在各火源位置处插入了MJ-8煤层火灾监测管。布置示意图如图4所示。图4 MJ-8煤层火灾监

12、测管布置示意图2）打钻压注高分子胶体灭火剂根据发现的自燃火源的严重程度，对1580m、1618m、1660m、1665m位置采取打钻注高分子胶题的防灭火措施，除上述4个位置外的其余火源位置采取打钻注水的灭火措施即可。采取上述灭火措施的同时，对巷道煤壁同时开始进行喷浆作业。针对11201巷道的实际情况，从巷道顶部、肩窝和煤帮处向闭墙周边施工多排钻孔（见图5），钻孔施工采用一次成孔钻具，终孔位置排距2米，每排3个钻孔，钻孔倾角60度，深度约3m左右，截止到2010年8月23日早班结束，共计打孔20个。具体见图6所示。图5 巷道顶煤自燃火灾防治钻孔布置示意图 图6 11201风巷钻孔布置示意图注胶系

13、统准备好后，向巷道内的火源位置开始注入高分子胶体。注胶时，一个钻孔一个钻孔的压注，每个钻孔的注胶量不少于20m³，或者以顶板开始出现渗胶时停止注胶。注胶工作自2010年8月10日开始至2010年8月23日结束，共注入高分子胶体灭火剂95kg。与打钻注高分子胶体灭火剂的同时，打钻注水和喷浆工作也同时进行，为防止巷道的喷浆再次开裂，严格控制了喷浆的质量。3.2治理效果分析CO随火区供氧、温度等变化非常灵敏，可作为判断火区发展状况的标志气体，来分析巷道松散煤体内的火区情况。在采取了打钻注胶、喷浆等综合防灭火措施后，利用插入的MJ-8煤层火灾监测管进行了长期的监测。各自燃火源位置处的CO气体

14、浓度如图7至图14所示。图7 2410m位置CO曲线图 图8 1665m位置CO曲线图图9 1660m位置CO曲线图 图10 1618m位置CO曲线图图11 1580m位置CO曲线图 图12 1440m位置CO曲线图图13 1434m位置CO曲线图 图14 1250m位置CO曲线图从图7至图14可以看出，在采取防灭火措施后，CO气体浓度均都呈现缓慢下降趋势，经过较长时间后，最终CO浓度都降到了20ppm以下，并保持稳定不再上升，说明火区治理取得了圆满成功。4 结论（1）使用MJ-8煤层火灾监测管解决了巷道松散煤体表面和深部的自燃火灾参数的长期监测问题，监测参数主要为温度和气体。（2）采用压注高分子胶体灭火剂、喷浆封堵等的综合防灭火技术，成功地治理了11201工作面巷道煤体反复自燃的问题。说明高分子胶体防灭火技术具有良好的堵漏、降温、长期阻止煤自热等防灭火作用，是优良的防灭火技术。参考文献1谭小宁,廖协兴.煤矿巷道围岩非连续性变形的数值模拟J. 中国科协2004年学术年会第16分会场论文集,2004,3773822徐精彩.煤自燃危险区域判定理论M.煤炭工业出版社,2001,583肖旸,翟小伟,邓军.综放面回采期间过旧巷的胶体防灭火技术J.矿业安全与环保,2005,32(4):54554张迎弟,徐精彩.胶体泥浆快速灭火技术J.