防治采空区自燃发火设计专项方案及专项措施.doc
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1、防治采空区自燃发火设计方案及办法一、采面生产衔接状况:我矿正常生产时有1个回采工作面,4201综采工作面预测7月初结束回采。4202综采工作面预测7月上旬正式开始回采,预测7月份底回采完毕。二、采空区发火重点防止区域工作面和下列地段有煤层自燃发火也许:1、4202综采工作面7月份投产,筹划7月份采完,如果采空区浮煤清理不干净,再者工作面推动速度缓慢,采空区封闭不严实,工作面采空区就有也许发送自燃发火。2、4201工作面采空区也存在有自燃发火也许。三、防治采空区自燃发火设计方案(一)、概况:现我矿主采4#煤层,自燃级别级,属自燃煤层,矿井采煤工作面采空区采用以喷洒阻化剂、黄泥灌浆、注凝胶为防灭火
2、办法,以及束管监测预报系统、传感器监测系统和人工检测防灭火系统。(二)、黄泥灌浆防灭火灌浆防灭火技术已在国内有自燃发火危险矿井中得到普遍应用,也获得了良好效果。灌入泥浆可以吸热降温,对煤体有包裹作用,起到隔氧降温目,同步能胶结顶板、减少采空区空隙率、增长漏风阻力。1、灌浆防灭火特点灌浆就是将水和浆材按恰当比例混合,制成一定浓度浆液,沿输浆管路借助于自然压差或泥浆泵输送到井下,然后通过钻孔或专门灌浆引管向也许或已经发生自燃区域灌注,以防止自燃火灾发生或治理火区。其重要作用是(1)运用浆液渗入作用和粘着力可使浆液覆盖在煤体表面,其中固体物沉淀后可充填于浮煤缝隙之间,包裹浮煤,从而隔绝氧气与煤体接触
3、,防止氧化;(2)浆液中水分有助于增长煤外在水分,抑制煤自热氧化发展,同步有助于已经自热煤体散热。灌浆防灭火技术在国内具备自燃发火危险矿井得到了普遍应用,并获得了较好防灭火效果,由于综放工作面开采4-1号煤层为自燃煤层,设计采用灌浆防灭火技术。2、采用灌浆防灭火合用条件1、煤层为自燃-容易自然煤层。2、煤层采用仰斜开采办法。由于综放工作面煤层为自燃煤层,开采方式也是仰斜开采,故该办法合用于本矿。但由于这种办法具备如下缺陷:(1)浆体只流向地势低处,不能向高处堆积,对高位火作用有限;(2)不能均匀覆盖浮煤,容易形成“拉沟”现象;(3)易跑浆和溃浆,恶化工作环境,影响煤质。故综放工作面在使用时应与
4、其她防灭火办法配合使用。灌浆防灭火办法重要注重于“灭”,即煤层浮现自燃发火征兆时而使用,若煤层无自燃发火征兆时,重要以喷洒阻化剂办法为主,但灌浆系统应每隔7-10运营一次,以保证该系统可靠性。3、灌浆材料选取灌浆材料必要满足如下规定:1、不含可燃物或助燃物;2、粒径直径不大于2mm,细小粒子(粒径直径不大于1mm)占75%;3、重要物理性能指标:比重2.42.8,塑性指数914,胶体混合物2530%,含砂量2530%;4、易脱水,又具备一定稳定性;5、具备能与较少水混合成浆液能力,运送时不堵塞管路或泥浆池;6、便于开采、运送和制备,来源广,成本低。当前煤矿惯用灌浆材料重要有:黄土、电厂粉煤灰、
5、煤矸石粉、页岩、尾矿等。由于西易党新煤矿地表大面积黄土覆盖,取土较为以便,因而,灌浆材料选用黄土,就地取材,挖掘机运抵制浆站,能保证灌浆工作持续性,水源运用解决后井下排水。 4、重要灌浆参数1) 灌浆系数灌浆系数指泥浆固体材料体积与需要灌浆采空区空间容积之比,煤矿注浆防灭火技术规范,MT/T 7021997规定:对于防止性灌浆普通取312,灭火灌浆时系数相应加大。因而,综放工作面灌浆系数暂取5%,并依照实际灌浆效果实时调节。2)土水比浆液土水比是反映泥浆浓度指标,是指泥浆中土与水体积之比,土水比大小影响着注浆效果和泥浆输送。泥浆土水比大,则泥浆浓度大,隔绝和包裹效果好,但流动性差,输送困难,泥
6、浆输送沿程阻力大,泥浆在管道中流速减少,泥浆中固体颗粒容易沉降,导致堵管事故。土水比小,则输送相似体积土所用水量大,包裹和隔绝效果不好。煤矿注浆防灭火技术规范(MT/T 7021997)规定:矿井防灭火注浆浆液土水比应为1:21:5。在回采工作面洒浆防火时,土水比应为1:21:3。依照综放工作面灌浆输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料,综放工作面泥浆土水比暂定为1:5,并在此基本上依照实际效果进行调节。5、灌浆办法国内煤矿当前使用防止性灌浆办法有:采前预灌、随采随灌和采后灌浆三种。采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆,合用于老空区过多、自燃发火严重矿井;随采随灌就是随着采煤工作面推动同
7、步向采空区灌浆,重要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆,能及时将顶板冒落后采空区进行灌浆解决,防火效果较好;采后灌浆是等回采结束后,将整个采空区封闭起来后进行灌浆。依照综放工作面自燃发火实际状况,设计采用埋管灌浆、洒浆结合采后灌浆办法。1)埋管灌浆采用埋管灌浆法,即在放顶前沿回风巷在采空区预先铺好预埋灌浆管(1020m钢丝缠绕管),预埋管一端通采空区,一端接高压胶管(长2030m),胶管与灌浆支管相连,每天按放顶步距运用回柱绞车逐渐牵引灌浆管,从而使预埋管始终保持在采空区15m左右,牵引一定距离灌一次浆,以免灌浆影响回采工作,如下图所示。为防止冒落岩石砸坏注浆管,埋管时应采用防护办法(如架设暂时木垛)
8、53214678埋管灌浆示意图1-预埋灌浆管(钢丝缠绕管89);2-高压胶管(89);3-灌浆管(铸铁管89);4-回柱绞车;5-钢丝绳;6-采空区;7-回风顺槽;8-进风顺槽2)洒浆当远离管口地方灌浆效果不佳时,可采用洒浆办法,作为埋管灌浆一种补充办法,即在回采工作面由输浆管路上接出耐压胶管,沿工作面方向向采空区均匀地洒上一层浆液。洒浆时,洒浆量要充分,能均压将采空区遗煤包裹。3)采后封闭灌浆工作面回采结束永久封闭后,采用密闭墙上插管灌浆法,即在工作面两端密闭墙上分别预设办法孔,实行“持续足量,充分灌注”,大量向闭后灌注浆液,灌浆量按充填20m采空区计算,防治最易自燃停采线自燃和密闭漏风。此
9、时,密闭墙强度应满足注浆规定,注浆时应派专人监护,一旦发既有溃浆征兆时,应及时停止注浆。6、灌浆时间由于综放工作面开采4-1号煤层属自燃煤层,且为厚煤层,采空区“两道两线”会自燃发火,工作面推动3040米灌浆一次,灌浆时间5小时,或当工作面无法正常推动、浮现自燃发火隐患时延长灌浆时间,加大灌浆量,直至工作面恢复正常回采、自燃发火征兆消失并持续稳定在3天以上后恢复正常灌浆。7、输浆管路4.10.1 输浆管路布置由于综放工作面采空区是自燃发火最危险区域,因而,灌浆主管路重要针对工作面采空区进行铺设。灌浆管路铺设为:地面灌浆站主斜井4号煤集中轨道巷4号煤轨道大巷工作面回风顺槽工作面。线路总长度约28
10、00m。管路铺设时应避免“两头高中间低”布置方式,并尽量减少拐弯,井下输浆管路应紧靠底部铺设,固定牢固,并涂以防锈漆。8、灌浆管理为了使灌浆防灭火工作获得预期效果,加强管理是不可缺少重要环节。1、灌浆防灭火效果考察1、灌浆区温度检测派专人定期检测灌浆灭火区、灌浆防火工作面及其采空区内气温、煤温和出水温度。当高于该区寻常温度时应分析因素,并采用相应办法。2、灌浆区气体检测运用安全监控系统、束管监测系统和人工检测定期对灌浆防火区域进行气体成分监测。气体分析成分重要有:氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯。采集气体地点为:回采工作面采空区束管监测点、回风巷、上隅角。2、防止堵管为了防止注浆时浆液堵管
11、,除严格控制大颗粒浆材进入输浆管路中,注浆结束后必要用清水冲洗,冲洗时间不少于30min,以免泥浆在管内沉淀。同步,在灌浆管路最低点设立放水阀门,每次冲洗后,应将管内泥水放掉,以免沉积阻塞管路。3、防止跑浆注浆期间要对管路接头及密闭附近煤岩进行细致检查,避免跑浆。当采用随采随注防止性注浆办法时,特别是对于俯采工作面,如果管理不当则经常会浮现泥浆漫溢到工作面而恶化工作面环境状况。为此,注浆地点应距工作面有一定安全距离,普通为1520m。也可将工作面用木板作成挡浆隔板。4、观测水情注入采空区水量和排出水量均应详细记录和计算。如排出水量很少,则阐明注浆区内有泥浆水积聚,这对于开采下分层或下部煤层具备
12、一定危险性 。如从注浆区中排出水含泥量增多,阐明在采空区内形成了浆沟,泥浆未均匀分布于采空区,而是直接从采空区流出,这势必要减少注浆效果,解决办法有:A、采用间断灌浆;B、在泥浆中加入砂子填塞通路;C、提高泥浆浓度;D、移动灌浆管口位置,变化浆液流动路线。5、建立健全灌浆记录台账灌浆记录台账是灌浆管理工作中核心原始资料,是分析灌浆工作基本。(三)、阻化剂防灭火系统考虑到阻化剂防火效果较好,来源广泛,使用以便,防火成本低等因素,设计采用阻化剂作为综放工作面寻常防灭火技术。1、阻化剂防灭火特点阻化剂防灭火是近年来逐渐推广并得到广泛应用矿井防灭火技术。它是将制止煤炭氧化自燃化学药剂制成溶液喷洒在煤壁
13、、采空区浮煤上或压注入煤体之内,吸取空气中水分,在煤表面形成含水液膜,从而制止了煤与氧接触,起到了隔氧阻化作用。同步,这些吸水性能很强盐类能减少煤中水分蒸发速度,使煤体长期处在含水潮湿状态,当水在蒸发时吸热降温作用使煤体在低温氧化过程中温度不能升高,起到了抑制煤炭自燃、延长自燃发火期作用。但当煤中水分蒸发减少到一定量后,阻化剂就无阻化作用,由于此时在煤上液膜由于水蒸发而破裂,起不到隔氧降温作用,唯有吸了一定量水阻化剂溶液在煤体上形成液膜才是煤阻化剂。喷洒阻化剂防灭火办法重要注重于“防”。即这种办法重要是防止煤层自燃一种手段。由于阻化剂防火具备效果较好,来源广泛,使用以便,防火成本低等长处,再加
14、上本矿煤层具备自燃发火性,因而,综放工作面设计采用阻化剂作为寻常防灭火技术。2、阻化剂防灭火系统基本规定1、选用阻化剂材料不得污染井下空气和危害人体健康。2、必要在设计中对阻化剂种类和数量、阻化效果等重要参数作出明确规定。3、应采用防止阻化剂腐蚀机械设备、支架等金属构件办法。3、阻化剂选取在实际应用中,阻化剂还应当满足如下规定:1、原料来源广泛,价格便宜,制备、使用以便,不会大幅增长采煤成本;2、对人、设备及正常生产无影响;3、具备较好渗入性和附着性;4、阻化率高,阻化寿命长。当前,国内常使用阻化剂有水玻璃(Na2OnSiO2)、氢氧化钙Ca(OH)2、CaCl2等。其中水玻璃模数n严格规定在
15、12之间,且其成本较高,吨煤成本高;氢氧化钙成本较低,阻化率较高,但其溶解度较小,和水混合后易形成固液混浊液,固体颗粒可对泵等产生破坏作用,且易浮现堵塞现象,影响注液效果,此外,氢氧化钙碱性强,具备很强腐蚀性,对注液设备防腐蚀性规定高;而工业CaCl2具备来源广、供应稳定、成本低,对井下设备和金属构件腐蚀性小,对人体无害等长处,故选用工业CaCl2作为矿井防灭火阻化剂。4、阻化剂浓度拟定阻化剂浓度既决定防火效果,又影响吨煤成本。阻化剂浓度越大,阻化效果越好,但吨煤防火成本也随着增大;阻化剂浓度过小,虽减少了吨煤防火成本,但防火效果较差。依照国内矿井使用效果来看,20%溶液阻化率较高,阻化效果较
16、好;10%阻化液也能防火,但阻化率有所下降,因而,阻化剂浓度控制在10%20%之间,可暂定把浓度控制在15%,后来依照实际阻化效果进行恰当调节。5、阻化剂防火系统选取当前国内煤矿惯用永久式、半永久式和移动式三种防火系统。1、永久式:在地面建立永久性贮液池,从贮液池铺设一趟管道到采煤工作面上下口。运用静压(或泵加压)进行喷洒或压注。这种系统合用于井下范畴小,采煤工作面距地面较浅矿井。2、半永久式:在采区上下山或硐室内设立贮液池和注液泵,从注液泵出口到采煤工作面上、下口铺设管道。阻化液从贮液池经加压泵输送到工作面顺槽,经喷洒软管和喷枪,喷洒在采空区浮煤上;或经软管,注液钻孔,压注于煤体或发热区。半
17、永久式压注喷洒系统为一种采区或一种区域服务。3、移动式:储液箱和阻化泵放置在采煤工作面进风顺槽中,距工作面30m左右,通过输液管路将阻化剂输送到工作面进行雾化、喷洒或压注。考虑到永久式和半永久式喷洒压注系统需建储液池且铺设管路较长,而移动式工艺简朴、施工快、投资小、机动性大。因而,西易党新煤矿设计选用移动式阻化剂防火系统,随采随洒。6、阻化剂防灭火工艺应用阻化剂防灭火重要办法有:气雾阻化和表面喷洒。其中采空区阻化气雾防火是在采煤工作面进风隅角处设立雾化喷嘴,将一定阻化剂水溶液通过雾化喷嘴雾化成气雾,借助漏向采空区风流将阻化剂溶液带入采空区漏风之处,在重力、静电力等作用下,降落附着在浮煤上而惰化
18、浮煤,从而达到采空区防火,具备工艺简朴、安全、投资少、用水量少等长处,因而,综放工作面阻化剂防火工艺重要采用气雾阻化防火为主。在综放工作面进风顺槽恰当位置(尽量接近工作面)放置平板车,上置阻化剂药箱、阻化泵等,按需浓度(15%)将工业CaCl2倒入储液箱,用供水管路严格按比例加足清水,配成溶液搅拌均匀后,用专用阻化泵、输液管路、专用雾化器从进风隅角架间送入采空区。7865432工作面1进风顺槽7回风顺槽9采空区图5-6-1 气雾阻化系统工艺图1-供水管路;2-药液箱;3-吸液管;4-压力表;5-阻化泵;6-高压胶管;7-阀门;8-雾化器;9-支架正常回采期间采空区每天喷洒一次,安排在检修班工作
19、面进行多点持续喷雾,随采随洒。工作面开采初期和停采撤架期间,或因地质因素,或因机电设备因素导致工作面推动缓慢,宜加大喷雾量和喷雾次数,并对工作面上下隅角、雾化不能到达地点等重点自燃发火危险区域由人工拉上胶管运用喷枪直接实行阻化剂喷洒,全面湿润浮煤,抑制遗煤自燃。7、阻化设备基本规定1、BH-40/2.5型煤矿用阻化剂喷射泵体积小,重量轻,运送携带以便,特别对于井下自然条件较差,设备和人员运营不以便,难以运进较大设备地点最为适当。该泵可用喷枪直接向残煤喷射阻化剂,又可运用雾化喷头喷雾,还可用于向煤体压注阻化剂。因而,设计选用WJ-24型煤矿用阻化剂喷射泵。2、其他配套设备选型如下:(1)贮液箱(
20、2个,一用一备):由钢板焊成矩形箱体,容积1m3(可以1t固定矿车代之)。(2)排液管:干管选用25mm高压胶管(200m),支管选用13mm(20m)高压软胶管连接干管和雾化器或喷嘴,胶管压力规定不不大于2Mpa。(3)三通:选用K型三通,分别与干管和支管配套。(4)阀门开关:设计在干管与支管中分别设立阀门,控制系统中喷嘴。8、阻化剂效果考察与管理1、为保证汽雾阻化防火有效性,应建立有效气体监测系统,定期检查工作面及采空区气体成分,需检查气体成分重要为:氧气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等,同步观测温度、湿度和漏风量。2、必要建立汽雾阻化防火设备操作规程、工种岗位责任制等规章制度。9、注意事项1
21、、为保证阻化剂防灭火效果,必要严格按比例进行配制,保证阻化率达到设计规定,配制时对溶液先进行充分搅拌,待其完全溶于水后,方可进行喷射工作。2、喷洒雾化工作开始前,应预先打开阻化剂喷枪开关,使阻化剂喷枪处在常开状态。在各项准备工作完毕后方可接通电源开关,由低压力开始启动阻化泵,待系统运转正常后再把压力调至所需压力,开始正常喷洒雾化工作。每天工作结束前,必要用清水继续喷洒数分钟,以便对阻化泵和管路以及喷枪进行清洗。阻化泵运营中不可脱水空转,欲停止工作时,必要先将调压手柄扳到卸压位置,待压力减少后方可停机。每天工作结束后,必要关闭开关、切断电源。3、工作面上、下隅角,开切眼和停采线附近等重点防火区域
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