南屯煤矿交流材料

1、传统测定煤自燃性方法很多，传统测定煤自燃性方法很多，但测定方法较为单一，与井下但测定方法较为单一，与井下实际条件结合不明实际条件结合不明显。显。 南屯煤矿利用西安科技大学与南屯煤矿利用西安科技大学与兖矿集团联合研制的特大型煤兖矿集团联合研制的特大型煤自然发火实验台（自然发火实验台（ZRM-15ZRM-15型），型），模拟现场的实际浮煤堆积、蓄模拟现场的实际浮煤堆积、蓄散热、漏风供氧等状况。散热、漏风供氧等状况。图图1 1 实验台炉体外形图实验台炉体外形图图图2 2 煤自然发火实验台炉体煤自然发火实验台炉体 结构图结构图 实验装置分为炉体、气体检实验装置分为炉体、气体检测、温度检测和控制系统四测

2、、温度检测和控制系统四部分。其中炉体内部结构如部分。其中炉体内部结构如图图2 2。 南屯煤矿利用煤自然发火实南屯煤矿利用煤自然发火实验，测定煤的自燃倾向性、验，测定煤的自燃倾向性、最短自然发火期，并测算出最短自然发火期，并测算出煤的放热强度、耗氧速率、煤的放热强度、耗氧速率、各种气体的产生率等特性参各种气体的产生率等特性参数。数。 通过实验参数，确定煤自燃通过实验参数，确定煤自燃氧化特性、放热强度和煤最氧化特性、放热强度和煤最短自然发火期，为准确预测短自然发火期，为准确预测实际条件下松散煤体自燃危实际条件下松散煤体自燃危险区域奠定了基础险区域奠定了基础。 南屯煤矿通过试验研究，把红外线气体分析

3、仪和气相色谱仪结合在一起。 红外测量是以对非分散红外的吸收为基础，测量相关波段红外线的衰减幅度即可得到相应气体的浓度，由红外线气体分析仪分析一氧化碳，二氧化碳，甲烷和氧气，充分发挥红外线气体分析仪连续快速的优势； 使用气相色谱仪的氢焰检测器快速分析碳氢化合物，仅仅分析乙烯，乙烷和乙炔等气体，色谱仪对温度的稳定性要求降低，实现准确、稳定、连续、重复监测； 实践证明，红外线气体分析仪与气相色谱仪的同步运行的应用，可以实现束管系统快速、稳定、连续的气体分析，对于提高系统的自动化水平，保障系统连续分析精度，早期发现矿井自然发火隐患及隐患地点大量数据分析需要等方面都有显著的效果，具有重要的推广价值。 南

4、屯煤矿通过技术革新和科技攻关，不断推广应用新材料、新工艺，丰富煤层自然发火防治的技术手段，有效的应对各种复杂的自然发火隐患，确保了矿井安全生产。主要内容如下：液态二氧化碳防灭火工艺液态二氧化碳防灭火工艺 大流量注氮技术大流量注氮技术 惰气泡沫技术惰气泡沫技术压注固化粉煤灰工艺压注固化粉煤灰工艺 压注复合胶体压注复合胶体胶体泥浆技术胶体泥浆技术阻化泡沫技术阻化泡沫技术新型防灭火材料的应用新型防灭火材料的应用（一）液态二氧化碳防灭火工艺（一）液态二氧化碳防灭火工艺 液态二氧化碳防液态二氧化碳防灭火工艺灭火工艺 南屯煤矿在地面用槽南屯煤矿在地面用槽车将液态二氧化碳运车将液态二氧化碳运输到释放地点，利

5、用输到释放地点，利用专用汽化装置进行汽专用汽化装置进行汽化，将二氧化碳汽化化，将二氧化碳汽化经注浆系统输送到压经注浆系统输送到压注地点注地点 优点：液态二氧化碳优点：液态二氧化碳出口温度远远低于制出口温度远远低于制氮机出口的温度，能氮机出口的温度，能够快速带走采空区热够快速带走采空区热量，降温效果十分明量，降温效果十分明显；在采空区能够堆显；在采空区能够堆积，不易被漏风带走，积，不易被漏风带走，隔绝供氧；该工艺有隔绝供氧；该工艺有较强的推广应用价值。较强的推广应用价值。（例子）（例子）图图3 3 液态二氧化碳释放工艺流程示意图液态二氧化碳释放工艺流程示意图 液态液态 CO2 槽槽 车车 放空放

6、空 流量计流量计 调节阀调节阀 注浆管路注浆管路 P 地面地面 井下井下 发火 隐 患地 点 钻孔钻孔 T v某工作面回采过程中后部采空区出现自然发火隐患，经分析主要有两个形成漏风的原因。一是上顺槽距离切眼70米处施工一泄水巷，该处为工作面上顺槽最低点，为保障泄水畅通使此处形成一个漏风通道；二是工作面直接顶为工作面基本顶，比较坚硬，在溜尾附近冒落后上部形成大空洞，工作面进风很容易通过冒落区进入采空区后方。巷道位置示意图如图所示。v常规的自然发火防治技术手段遇到两个难题。一是由于采空区高冒，造成进风隅角处的漏风难以封堵，在进风隅角处连续施工建筑16道凝胶隔离墙，封堵漏风的效果均不明显。二是由于泄

7、水通道畅通，采空区灌浆不容易堆积，且采空区范围大，灌浆难以迅速到达自然发火隐患点。在此条件下，采用向采空区大量压注二氧化碳气体的方法，使用压注二氧化碳气体的流量为700800m3/h，在注入采空区二氧化碳气体气体量达到约20000 m3时，工作面回风流的一氧化碳浓度大幅度降低，从而从根本上控制自然发火隐患的发展，为消除采空区高温隐患提供基础条件。- 6 1 0- 6 2 0- 6 3 0- 5 7 0- 5 6 0-600-590- 5 8 0-600- 6 1 0- 6 2 0- 6 3 0- 6 3 0 综 放 工 作 面轨 道 中 心 线皮 带 中 心 线切眼3轨 道 顺 槽上九 采 北

8、 部 泄 水 巷- 6 1 6 . 2- 6 0 9 . 3- 6 0 0 . 3- 5 9 7 . 0- 5 8 4 . 3- 5 7 7 . 8- 6 0 4 . 1- 6 4 8 . 4- 6 4 8 . 73X15泄 水 巷33 X 5 53 X 5 73 X 5 33 X 5 13 X 4 93 X 4 73 X 4 51 6 Z 2上皮 带 顺 槽4 5OO- 21 3 5O12000（二）大流量注氮技术（二）大流量注氮技术v2004年南屯煤矿购置了KMD-S-600膜分离制氮机，可连续开机对隐患地点实施注氮，氮气浓度均97%，制氮机流量达到600m3/h。该系统全部由PLC连网控

9、制，主控面板为西门子（MS485/422/串行传输）触摸控制屏，有多个压力、温度、流量监测控制点且空压机具有温度、压力、电动机、过滤等多种保护，氮气纯度达不到97直接放空，配备双套冷却循环水，系统操作简单，维护工作量小，运行稳定。井下氮气输送使用的是灌浆管路系统。v当工作面受断层、顶板破碎、冲击地压等因素影响回采速度很慢时，通过采空区埋管向采空区后部注入大量氮气，可以改变后部采空区气体成分，从而达到抑制采空区浮煤自然发火的目的。南屯煤矿应用此注氮方式，在一综放工作面两个月回采不到50米的情况下，保证了采空区后部浮煤没有出现自然发火隐患。 向采空区注入惰性泡沫的实质，就是以有压惰气为气源，通过泡

10、沫发生装置连续大量地产生惰气泡沫，沿管路或钻孔压向采空区和煤堆内部，并让它们保存于冒落矸石缝隙之中形成堵漏带,阻止风流进入采空区,预防煤自燃。 南屯煤矿近几年回采工作面逐渐向矿井深部和边角发展，现场条件比较复杂，且矿井安装撤除单位的力量比较薄弱，曾出现工作面回采结束后不能进行设备撤除而进行临时封闭现象，带来煤层自然发火隐患。使用惰气泡沫技术，向临时封闭的工作面后部采空区注入惰气泡沫，配合均压技术，能够有效抑制临时封闭采空区浮煤自燃。图图4 4 惰泡装置示意图惰泡装置示意图 固化粉煤灰充填系统由粉煤固化粉煤灰充填系统由粉煤灰池、水泥仓、粉煤灰计量灰池、水泥仓、粉煤灰计量泵、水泥定量输送器和输送泵

11、、水泥定量输送器和输送管路组成。管路组成。 固化粉煤灰代替密集木垛或固化粉煤灰代替密集木垛或其它形式的支护，减少了工其它形式的支护，减少了工作面的支护工作量，降低了作面的支护工作量，降低了材料消耗，增大了支护强度材料消耗，增大了支护强度 ，控制了顶板事故，提高了工控制了顶板事故，提高了工作面生产效率，封堵了采空作面生产效率，封堵了采空区漏风，减少和消除了煤层区漏风，减少和消除了煤层自燃发火事故隐患，经济社自燃发火事故隐患，经济社会效益显著，具有很好的推会效益显著，具有很好的推广应用价值。广应用价值。图5 无机固化粉煤灰防灭火充填材无机固化粉煤灰防灭火充填材料灌浆系统及工艺示意图料灌浆系统及工艺

12、示意图 充填固化粉煤灰充填固化粉煤灰技术关键技术关键是粉煤灰、水、固化剂、促凝是粉煤灰、水、固化剂、促凝剂的比例是否控制准确。剂的比例是否控制准确。 南屯矿控制配比的主要方法是：先制成一定浓度的粉煤灰南屯矿控制配比的主要方法是：先制成一定浓度的粉煤灰浆液，再用定量泵将粉煤灰浆抽到混合池中，与用定量输浆液，再用定量泵将粉煤灰浆抽到混合池中，与用定量输送器输送到的水泥混合，混合均匀后即通过输浆管输送下送器输送到的水泥混合，混合均匀后即通过输浆管输送下井。在充填地点附近的输浆管上开好一个三通，将促凝剂井。在充填地点附近的输浆管上开好一个三通，将促凝剂用泵压入管路中和浆液混合。促凝剂的加入量视要求初凝

13、用泵压入管路中和浆液混合。促凝剂的加入量视要求初凝的时间长短而定，泵选用流量可调的泵，并且其额定压力的时间长短而定，泵选用流量可调的泵，并且其额定压力高于输浆管中的最大压力。高于输浆管中的最大压力。 注意事项：注意事项：充填固化粉煤灰地点必须有充填固化粉煤灰地点必须有完善的通讯设施完善的通讯设施，确保在井上、下各操作点建立可靠的通讯联系。另外，在确保在井上、下各操作点建立可靠的通讯联系。另外，在充填地点附近的输浆管上应开一个三通，放出充填结束冲充填地点附近的输浆管上应开一个三通，放出充填结束冲刷管路的水，使其不流入充填地点，以免影响固化效果。刷管路的水，使其不流入充填地点，以免影响固化效果。（

14、五）压注粉煤灰复合胶体l粉煤灰胶体防灭火系统粉煤灰胶体防灭火系统由粉煤灰仓、输送机、由粉煤灰仓、输送机、供水系统、搅拌池、输供水系统、搅拌池、输浆管网系统和井下外加浆管网系统和井下外加剂添加系统构成。剂添加系统构成。井下输胶管路 传 动皮 带 灰仓 泥浆池 输送机 水泵 注浆地点 分流器 定量配比器 促凝剂 搅拌器 压力表 泵 电机 现场复合胶体添加设备 供水管 地面水池 搅拌器 l图图6 6 大流量粉煤灰复合胶体压注工艺流程图大流量粉煤灰复合胶体压注工艺流程图 复合胶体防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，使易于流动的水溶液在指定时间和部位发生胶凝，包裹高温煤体，充分发挥水的吸热

15、降温作用，较好地解决了灌浆和注水的泄漏流失问题，且在近1000的明火中不会迅速汽化，仅因水份缓慢蒸发而逐渐萎缩，灭火安全性好，在井下湿度90%，温度28的环境下，13个月后仍保持完好 采用粉煤灰胶体防灭火技术时，井下材料运输量少，劳动强度低，比井下注胶系统优越； 注胶流量大，尤其适合扑灭井下大面积煤层自燃火灾； 该工艺对固体颗粒要求不严，不易堵管； 胶体泥浆耐压稳定性好，可充填高冒空顶区； 成胶时间可控制，一般情况下经过粉煤灰胶体处理过的碎煤体不易再自燃。 利用水玻璃、碳酸氢钠的胶凝作用，以粉煤灰作增强剂，增加胶体强度、提高耐温性能和延长有效期，通过灌浆管路系统将水玻璃和粉煤灰浆液输送到井下自

16、然发火隐患地点的混合器中，注入煤体火区。 图图7 7 胶体泥浆工艺示意图胶体泥浆工艺示意图 人 泡沫阻化剂FR-1主要是由多种无机、有机高分子聚合、而无可燃成分组成的防灭火剂，是一种浅色的透明液体。无毒、无味、无污染、无腐蚀性，可与水预先混合。通过加压泵加到专用发泡装置发泡形成阻化泡沫，再通过压风或制氮管路压注到煤炭自燃隐患着火区域，进行防灭火。图8 制泡设备及工艺图阻化泡沫有以下特点：阻化泡沫有以下特点： 1、阻化泡沫的扩散、堆积、渗透性较好，能够对采空区内未完全冒落的空间进行完全充填，从而在遗留的破碎煤体（包括较高处）表面形成阻化泡沫附着，即使破泡后仍形成阻化液膜，起到防止自燃隐患发生的作

17、用。2、阻化泡沫因携带阻化剂可以在破碎煤体上形成阻化液膜达到防灭火效果；3、如果使用氮气等惰气源作为动力，充分利用其堆积、隔绝性能，能够排除可爆气体，并隔绝氧气，具有隔爆、抑爆功能，对封闭火区的启封、缩封具有良好的应用前景。 4、阻化泡沫在破泡前可以起到抑制漏风的作用，从而使深部采空区形成惰化条件。5、工艺简单、操作简便、用水量少，制泡能够达到500立方米/小时 ，成本较低，对火区及隐患的治理和防治有明显效果；阻化泡沫阻化泡沫近几年，我国新型防灭火材料研制发展速度较快。南屯煤矿紧紧依靠科技进步，积极应用各种新型防灭火材料，取得较好的效果。 主要有以下几种：高分子防灭火胶体材料高分子防灭火胶体材

18、料 赛福特、固邦特、罗克休、马丽散、瑞赛福特、固邦特、罗克休、马丽散、瑞米等充填性防灭火材料米等充填性防灭火材料 上述材料是一种双组分充填产品，具有良好的机械抗压性能。发泡时的膨胀倍数为最初体积的530倍。发泡时间5-10分钟，数十分钟内硬化。泡沫材料成型后性能稳定，不皲裂，具有良好的柔韧性。在受压时，可以变形但不开裂。利用该项材料，可实现快速密闭，且密闭效果优于传统的料石（砖）密闭。以山东合兴科技发展有限公司与中国科技大学研发的赛福特为例，此产品为双组份充填材料，防火等级一级，使用的设备为一台泵和一支注射枪。双组份树脂和催化剂，以一定体积比混合，即时发泡，迅速膨胀，膨胀倍数可达最初体积的1030倍。膨胀泡沫5分钟内即可凝固，该材料最突出的特点是无毒无味，粘着力强，干燥后受外力作用不形成粉末，满足环境友好型矿井的需要。 原粉煤灰灌浆防灭火系统原粉煤灰灌浆防灭火系统 利用南屯电厂湿式排灰系统，对湿灰直接进行冲排实现灌浆。 改造后的粉煤灰改造后的粉煤灰灌浆防灭火系统主要功能 1大流量连续灌浆。 2实现粉煤灰固化压注。 3压注阻化剂。 4压注粉煤灰胶体泥浆。 5监测监控功能。 6. 通过供