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液态二氧化碳防灭火技术在徐庄矿7139(2)工作面的应用

作者:乔宁 李东良  来源:安全管理网 评论:  更新日期:2019年07月17日

摘 要:徐庄矿7139(2)工作面为下分层开采,上分层开采时由于断层原因,采空区内留有大量遗煤,下分层工作面形成后,因上、下分层间存在漏风通道,导致7139工作面上分层采空区内发生煤炭自燃。本文从分析导致自然发火的主、次要原因入手,认真总结、研究了该面灭火措施。该面首先从封闭火区,切断火区供氧,减小火区范围入手,然后向发火区域压注液态co2进行灭火,并严密监测,最终使火源熄灭,恢复正常生产。

关键词:自然发火 封闭 灭火 压注 监测 效果分析

1 7139(2)工作面概况

7139(2)工作面上部为7137采空区,下部为F15断层和7198工作面。工作面走向长446m,倾斜长130m,工作面可采面积60964m2,地质储量20.3万吨,按93%回采率计算,可采储量为18.9万吨。

工作面内沿走向方向共布置二条主要巷道,巷道为架棚支护,材料道位于东五轨道一甩道,全长481米;溜子道位于东五下口与东五平皮带相通,全长502米;切眼长137米。回采范围内煤层基本为单斜构造,煤层产状:347°∠12°~23°,浅部倾角较小,深部倾角较大。溜子道6号点附近由于断层影响,地层角度较大。两道及切眼工揭露8条断层,最大落差H=1.5m,皆为正断层。据上分层回采资料,面内发育8条正断层,最大落差H=4.0m。水文地质方面:工作面水文地质条件简单,顶部上分层已先期回采完毕,局部老塘少量积水在工作面掘进过程中已经放出,预计工作面回采时老塘涌水量小于5m3/h。该工作面煤层瓦斯含量低,煤尘为强爆炸性。

7139(2)工作面自2010年1月形成后进行了封闭备用。2010年5月工作面启封,开始安装准备,至2010年12底该工作面已基本安装完毕(煤机未安装),形成了生产系统。

2 工作面发火原因分析、发火地点判断及处理过程

①.发火原因分析

a.上分层采空区由于断层原因存留了大量煤炭是导致发火的根本原因

上分层工作面由于受到两条断层(落差分别为2.4和2米)影响,造成上分层采空区内丢失大量的煤炭。由于下分层工作面与上部采空区存在漏风通道,没有及时进行堵漏,加快了采空区内遗煤氧化进程,是导致工作面发火的根本原因。

b.下分层与上分层采空区存在漏风通道,上分层采空区通过上分层巷道与7198采空区相互连通形成漏风通道是导致工作面发火的重要原因之一

由于工作面为下分层,使得本身下分层巷道与上分层采空区之间存在漏风通道,(由于上下巷同时喷浆工作量非常大,着火前下巷顶部喷浆段仅仅完成了180米)造成向上部采空区漏风;同时由于下部为7198采空区,通过上分层巷道(封闭墙体可能由于压力作用压裂损坏),极易造成与下部7198老空区相通,形成串联漏风通道,加大采空区漏风导致上分层遗煤发火的重要原因之一。由于向上部采空区漏风,致使无法从下分层巷道观测出异常现象,也是导致煤炭自燃未能及时采取控制措施的重要原因。

c.上分层开切眼在回采结束后没有进行大量注浆,造成采空区的遗煤呈分散状态,未实现与氧的有效隔离,也是导致煤炭自燃的重要原因。

d. 煤层自然发火期较短是导致上分层采空区遗煤自燃的客观原因

徐庄煤矿煤层易自然发火,发火期一般为5-7个月,最短发火期不到一个月,由于该工作面安装时间较长,使得上部遗煤长期处于缓慢氧化状态,从而导致遗煤氧化,发生自燃。

e. 工作面安装过程中替棚作业破坏了下分层的再生顶板,造成漏风加大,从而也加速了采空区遗煤氧化、自然发火进程。

②.7139工作面自燃点判断

经过分析研究,认为7139(2)工作面自燃点有2处,它们分别是开切眼下口顶煤段和工作面20#架附近上分层采空区由于断层原因遗留浮煤段。

a. 开切眼下口顶煤段

由于上下分层巷道内错,造成开切眼下口存有大量顶煤(呈三角分布),受压力影响造成顶煤破碎,从而导致煤炭自燃。

b. 工作面20#架附近上分层采空区由于断层原因遗留浮煤段

距开切眼下口向上28米段为一落差2.4米的断层,造成上分层采空区内在断层区域处遗留有一定量的煤炭,并且呈堆积破碎状态,从而导致煤炭自燃。

c. 自燃征兆突然性的判断

该工作面在有烟雾冒出前一天,工作面防火人员进行巡视时,没有发现煤层自燃的明显征兆(挂汗和煤焦油味等),至29日中班发现时,工作面下巷已经有大量烟雾。出现这种突然性情况,初步分析有2个方面的因素:

a.由于工作面存在漏风通道,且是向上部采空区漏风,从而掩盖了自燃点的某些征兆,以至于在煤炭自燃初期没有及时发现。

b.由于顶煤缓慢氧化,以至形成燃烧,最后导致架棚或支架顶部的背板等可燃性的支护材料发生燃烧,从而失去支护功能,使得上部的高温煤炭落入下分层巷道内,加剧了燃烧,燃烧导致支护彻底失去作用,从而造成上部浮煤更大范围的向下冒落,使下巷突然出现大量烟雾。

③. 处理过程

2010年12月29日中班16:00发现工作面下巷有烟雾冒出,由于烟雾较浓,难以接近着火点进行直接灭火,因此决定封闭工作面。

12月29日中班18:30分在材料道外口打板墙一道,并喷涂了快速密闭材料控制漏风,在溜子道打板墙一道,也采取了同样措施。

12月30日凌晨6:00在材料道板墙外砌筑了一道500mm厚的砖墙,溜子道板墙外砌了一道380mm厚的砖墙。

12月30日13:45分,开始向工作面压注CO2灭火,CO2释放口在切眼内从材料道向下30米处。

压注CO2期间,于2011年1月1日早班对7139皮带联络巷密闭墙进行了处理,将下口板墙向里挪移,在外口另构筑1道板墙,并在两墙中间压注罗克休并对外口板墙进行了喷浆堵漏风处理。

2011年1月1日早班在材料道及溜子道外口外复建密闭墙各一道,在墙中间压注了罗克休,并对墙体及两帮进行了喷浆堵漏风处理,喷浆厚度约为100mm。(封闭密闭墙位置如下图所示)

 

3 灭火措施

根据对7139(2)工作面存在2处自燃点的判断,加之上述两点的位置较为特殊,深入研究后,采取了在地面将液态CO2直接汽化成气态CO2的方法,经由注浆管路选择适合的释放口位置输送到2个发火点。释放口的选择位置为距离上口向下40米处。采用大流量、高浓度、长时间注CO2气体的措施处理这两处自燃隐患点,使得CO2气体充满了整个7139(2)工作面并向上分层扩散,最终将上述2处可能存在的火点窒息。

4 压注后气体监测

①.合理建立气体监测点

 

合理准确的设立监测点,全面系统准确地监控工作面内部的发展变化情况是整个防灭火工作的关键,不仅可以准确地反映各种防灭火措施的实施效果,而且可以为下步灭火工作重点的调整提供依据。针对7139(2)工作面情况及井下巷道布置现状,逐步建立和完善了井下8个监测点,为防灭火工作的顺利开展奠定了坚实的基础。这8个火区监测点分别是(见图:7139(2)工作面气体监测测点布置示意图):

7139(2)工作面气体监测测点布置示意图

②.规范井下取样操作

严格规范取样测定操作,做到定点、定人、定时。采取井下现场人工监测、取样色谱分析化验相结合的监测手段,提高监测数据的可靠性。要求井下取样测定由矿救护队和通风班完成,严格按照井下布置的8个测点进行监测,按照操作规程要求认真仔细地检查好每一点。取样监测的人员要相对稳定,每个点至少有一名老队员,确保监测工作的连续性及取样地点的准确性。

5 工作面压注效果分析

通过采取上述密封、压注液态CO2等措施,从上、下巷封闭的墙体内监测的数据分析总结如下:

①.密闭墙在压注CO2时三个密闭墙墙内压力均高于墙外压力,杜绝了向工作面内部漏风的可能性。

②.在1月17日停止了压注CO2,停注后发现材料道密闭墙墙内压力始终低于墙外压力,而溜子道及皮带联络巷密闭墙内外压力变化起伏较大。故依据1月1日至1月16日送到公司化验的7139(2)上下两巷密闭墙内气样数据分析,材料道及溜子道内CO、O2浓度,从1月1日至1月16日止基本呈下降趋势,CO2浓度呈上升趋势,其中材料道内CO浓度从5048ppm下降到8ppm,O2浓度从19.8﹪下降到2.37﹪,CO2浓度从6.2﹪上升到65.5﹪。溜子道内CO浓度从17179ppm下降到6ppm,O2浓度从19.8﹪下降到1.83﹪,CO2浓度从6.2﹪上升到75.2﹪。切眼内CO浓度从11190ppm下降到9ppm,O2浓度从19.8﹪下降到1.58﹪,CO2浓度从16.96﹪上升到83.89﹪。

③.从封闭至1月17日止,共向工作面内压注CO2约300吨,采取的是一种主动灭火措施。另外切眼内CO2浓度高达80﹪以上,O2浓度维持在5﹪以下,又因为不压注时,墙外压力高于墙内压力,并且墙内外压差较大,墙体密封较好,无法取得工作面内的气样。综上分析认为:7139(2)工作面内的自燃隐患点已经得到了有效控制。

该面于2010年2月成功启封,8月24日回采完封闭,期间未再发生煤炭自燃。

6 结束语

徐庄矿7139(2)工作面自发现明显的发火征兆至恢复正常生产历时1月有余。经过该矿有关技术人员的细致分析,深入研究,采取了先封闭火区再向发火区域压注液态co2的灭火措施。期间首先建造多道密闭墙,并做了向墙面喷浆和在墙体间压注罗克休处理,切实堵塞了漏风通道;之后合理确定释放口位置向火区压注co2气体,并同时加强压注期间的监测工作,严密监测密闭墙内外的压力及气体成分变化,取得了显著的控制自然发火的效果,在较短时间内使火源全部熄灭。这种灭火措施对同样条件的工作面发生煤炭自燃,在采取灭火措施时,具有一定的借鉴和指导意义。

限于作者水平,文中定有不妥,恳请同行予以批评指正。

作者简介:

乔 宁:高级工程师,国家注册安全工程师,1989年从事矿山救护工作,历任大屯煤电公司救护大队一中队副中队长、中队长、直属中队中队长、副总工程师,现为中煤华晋集团有限公司救援中心副主任。

李东良:工程师,国家注册安全工程师,2003年在大屯煤电公司徐庄煤矿参加工作,历任徐庄煤矿通风科技术员、副科长,现为中煤大屯公司徐庄煤矿通风科科长。

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