運(yùn)用綜合防火技術(shù)防治厚煤層分層開采自然發(fā)火

李劍虹(遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧撫順113001)
摘　要:綜合應(yīng)用開采、掘進(jìn)、通風(fēng)、防滅火技術(shù),解決大明一礦厚煤層分層開采煤炭自然發(fā)火問題。
關(guān)鍵詞:分層開采;包頂;包幫;注白泥;注漿;均壓通風(fēng)
中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)01-0007-02
　　厚煤層分層開采,一般多采用金屬網(wǎng)假頂,當(dāng)開采下分層時(shí),上分層采空區(qū)遺煤極易造成煤炭的自燃,對開采層帶來較大危害。嚴(yán)重時(shí),需封閉采區(qū),凍結(jié)煤炭,造成煤炭資源的損失,更為嚴(yán)重的是,對現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全造成極大的威脅。
1　問題提出
鐵法煤業(yè)集團(tuán)大明一礦共有可采煤層9層,即4-1、4-2、7-1、7-12、15-1、15-2、16-1、17-1、17-2層。其中15-、15-2、16-1層在淺部合為一層,厚度達(dá)12.75 m,深部逐漸分叉變薄。經(jīng)鑒定,所有煤層均為長焰煤,均有自燃傾向,屬Ⅱ類自燃煤層,自然發(fā)火期為3~6個(gè)月。煤層傾角10°~15°,較穩(wěn)定,煤層厚度0.7~12.75 m,采用長壁式采煤方法。其中15-1、15-2、16-1層采用分層開采的方法,頂板管理為全部垮落法。采后頂板冒落,壓實(shí)6個(gè)月以上,開始掘采下分層工作面。下分層工作面采用內(nèi)錯(cuò)式分布。運(yùn)、回順槽與上分層運(yùn)、回順槽水平間距2~5 m,一般分2~4層回采。在回采第二、三層時(shí),由于各種原因,會引起自然發(fā)火。嚴(yán)重時(shí),在掘進(jìn)過程中即發(fā)生煤炭自燃而被迫采取停掘處理。開采下分層工作面的自然發(fā)火率高達(dá)94.4%,其中一工作面設(shè)備被迫封閉在火區(qū)內(nèi),給回采、準(zhǔn)備及工作面接續(xù)造成嚴(yán)重的問題。因此,分層開采煤層的防火問題作為一項(xiàng)重要課題被提出來。
2　煤炭自然發(fā)火原因分析
2.1　煤炭易自燃的地點(diǎn)
采空區(qū)易產(chǎn)生自然發(fā)火的地點(diǎn)為“兩道一線”,即運(yùn)、回順巷道和停采線位置。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,全礦近20年來共發(fā)生煤炭自燃39次,其中發(fā)生于采空區(qū)計(jì)32次。而發(fā)生于下分層的采空區(qū)計(jì)28次,占采空區(qū)煤炭自燃總數(shù)的87.5%,其中發(fā)生于上分層采空區(qū)采止線位置上的有19次,占67.9%,運(yùn)輸順槽7次,占25.0%,回風(fēng)順槽2次,占7.1%。
2.2　煤炭自燃的原因
煤炭發(fā)生自燃必須具備以下幾個(gè)條件:①具有自燃傾向性的煤層碎裂狀態(tài)堆積存在;②有良好的供氧條件,維持煤氧化過程不斷地發(fā)展;③煤氧化過程中生成的熱量能夠蓄積;④上述條件要維持足夠長的時(shí)間。
由于采煤工作面采用U型通風(fēng)后退式開采方法,為了維護(hù)采區(qū)運(yùn)輸、回風(fēng)上山巷道,在采區(qū)上山巷道兩側(cè)留保護(hù)煤柱。因此,各分層工作面停采線始終處于回采工作面進(jìn)風(fēng)巷道始端與回風(fēng)巷末端,即處于采場風(fēng)流系統(tǒng)的始末端,此處由于通風(fēng)壓力較大,持續(xù)漏風(fēng)時(shí)間較長(見圖1)。

圖1　上分層停采線通風(fēng)狀況示意圖
　　另外,由于采區(qū)上山保護(hù)煤柱處于集中壓力帶內(nèi),在采區(qū)支承壓力的作用下,容易出現(xiàn)片幫壓裂。因此,此處易造成浮煤堆積即可燃物。

從圖1可以看出,靠上分層停采線一側(cè)的流線,風(fēng)壓等值線密度大。這說明,此處漏風(fēng)量較多,漏風(fēng)壓差大。當(dāng)漏風(fēng)量適度時(shí),停采線附近的浮煤就開始氧化、聚熱,達(dá)到一定時(shí)間就會發(fā)生煤炭自燃。
從以上分析看,分層開采上分層采空區(qū)停采線位置既有可燃物(碎裂的煤炭)存在,又有漏風(fēng)供氧和聚熱的條件,當(dāng)持續(xù)一定時(shí)間后,就會發(fā)生煤炭自燃。
3　綜合防火技術(shù)的應(yīng)用
根據(jù)大明一礦厚煤層開采工作面自燃特點(diǎn)及原因分析,在6個(gè)工作面采取針對性的預(yù)防措施。
(1)上分層停采線位置包頂、包幫并噴漿,注白泥,封堵漏風(fēng)通道。在掘進(jìn)第二分層時(shí),運(yùn)、回順通上分層停采線處,掘進(jìn)時(shí)盡量減小對頂板的破壞。
當(dāng)掘進(jìn)通過停采線100 m以后,在上分層停采線位置兩側(cè)各10 m進(jìn)行包頂、包幫,即用木板或秫秸簾子將頂板及兩幫包嚴(yán),然后進(jìn)行噴漿,噴涂厚度50~100 mm,噴涂后向包頂內(nèi)注白泥。其主要作用就是封堵向上分層停采線的漏風(fēng)通道,以防止漏風(fēng)。
(2)分層開采不留頂煤,減少采空區(qū)遺煤。從開采第一分層開始,回采必須沿頂板回采。再有,鋪金屬網(wǎng)做假頂時(shí),必須鋪頂網(wǎng),改變原來鋪底網(wǎng)的回采工藝以減少網(wǎng)上浮煤,即減少遺留可燃物。
(3)采止線位置采后嚴(yán)格注漿,包裹浮煤避免煤炭氧化。采止線位置是煤炭自燃多發(fā)地段,采后注漿極為重要。工作面回撤后,封閉前利用兩順預(yù)留管對停采線鋪漿、包裹碎煤。每隔一段時(shí)間(1~2個(gè)月)注漿一次,再對碎煤包裹,避免煤炭氧化、聚熱。
(4)開采下分層工作面實(shí)行均壓通風(fēng),以減少采空區(qū)漏風(fēng)量。采空區(qū)漏風(fēng)與進(jìn)、回風(fēng)側(cè)通風(fēng)壓差成正比關(guān)系,即壓差大,漏風(fēng)量大,反之亦然。因此,下分層工作面實(shí)行均壓通風(fēng),對減少上分層采空區(qū)的漏風(fēng)極為有利。由于第一分層開采時(shí)煤層中瓦斯已大部分釋放(抽放與風(fēng)排瓦斯可占總涌出量的60%~70%)。因此,下分層開采時(shí),瓦斯涌出量會大大減少,工作面供風(fēng)量也可適當(dāng)減少,壓力相應(yīng)降低。
實(shí)行均壓通風(fēng)的方法,多在入風(fēng)順槽設(shè)局部通風(fēng)機(jī),在回風(fēng)道內(nèi)設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗,以提高回風(fēng)側(cè)的壓力,降低回采工作面進(jìn)、回風(fēng)口的壓差,減少漏風(fēng)量。
(5)開采下分層時(shí),改變通風(fēng)系統(tǒng)。下分層運(yùn)、回順位置與上分層運(yùn)、回順位置相反,用以改變上分層采空區(qū)壓力分布,減少漏風(fēng)量,從而抑制煤的氧化自燃。
4　應(yīng)用效果
我們首先在EⅡW6段第二分層工作面實(shí)施了采止線處包頂、包幫及噴涂技術(shù),并在開采時(shí)實(shí)行均壓通風(fēng)。該工作面從掘進(jìn)到開采結(jié)束,未出現(xiàn)高溫,未見CO。之后,先后在WⅡW1段、WⅡW2段、WⅡW3、WⅡW4段等4個(gè)工作面實(shí)施綜合運(yùn)用防火技術(shù)。
根據(jù)現(xiàn)場條件,所采用的方法不盡相同。其中WⅡW2段、WⅡW3段、WⅡW4段下分層運(yùn)、回順位置均與上分層運(yùn)、回順位置調(diào)換,實(shí)施采止線注漿、低負(fù)壓(或均壓)通風(fēng)。經(jīng)實(shí)踐,上述4個(gè)工作面,均未出現(xiàn)自燃征兆,未見高溫、CO,直至采止封閉完。
5　結(jié)　論
(1)厚煤層分層開采采用綜合防火技術(shù)防火十分有效,加之嚴(yán)格管理,可以達(dá)到不自燃、不著火。
2)運(yùn)用綜合防火技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)施的連續(xù)性,即持久性。要將其貫穿于整個(gè)工作面始終,從掘進(jìn)到回采、封閉,堅(jiān)持持久才能達(dá)到較好的效果。
(3)運(yùn)用綜合防火技術(shù)的工作面,更要堅(jiān)持對煤炭自然發(fā)火的預(yù)測、預(yù)報(bào)工作,發(fā)現(xiàn)自燃征兆及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行防治。
(4)運(yùn)用綜合防火技術(shù)要針對現(xiàn)場生產(chǎn)條件、通風(fēng)環(huán)境而定。不必一律全部使用,可以應(yīng)用其中2~3項(xiàng)技術(shù),也可逐漸增加,且要不同時(shí)間采取不同措施,靈活運(yùn)用。
(5)分層開采厚煤層,運(yùn)用綜合防火技術(shù)的具體措施需根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際,隨著開采技術(shù)的提高而不斷擴(kuò)充新的內(nèi)容,使之更加完善。
　　作者簡介:李劍虹(1978-),女,2000年畢業(yè)于東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)環(huán)境工程系,現(xiàn)在遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工與環(huán)境工程系任教,助理講師。