淺埋深自燃厚煤層防滅火技術(shù)研究

1、doi:10.3969/j.issn.1672- 9943.2011.06.028淺埋深自燃厚煤層防滅火技術(shù)研究史過平1,張國軍陳明河2,李曉旭1(神華烏海能源有限責(zé)任公司老石旦煤礦內(nèi)蒙古烏海016033 2煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院重慶400037)摘 要通過對16402淺埋深厚煤層綜放采空區(qū)自燃三帶的考察，掌握該類煤層綜放工 作面采空區(qū)三帶的分布規(guī)律，并根據(jù)三帶的分布范圍 建立了 16402綜放工作 面采空區(qū)注氮防滅火防治技術(shù)體系 取得了較好的效果，為淺埋深厚煤層綜采放頂 煤工作面自燃防治實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。關(guān)鍵詞淺埋深厚煤層；三帶；防滅火中圖分類號td7522 文獻標識碼b

2、文章編號1672-9943(2011 )06-0069-020引言對于厚煤層綜放工作而，由于煤層厚,采放高 度高，采空區(qū)體積大，l冋釆率相對較低，大量浮 煤遺留在采空區(qū)，為采空區(qū)自燃提供了豐富的呈 松散狀態(tài)的煤，增加了采空區(qū)浮煤口燃的危險性。 尤其是淺埋深厚煤層綜放工作面，地面新鮮風(fēng)流 漏向采空區(qū)的漏風(fēng)通道，為采空區(qū)浮煤自燃提供 了適量的氧氣，更加加劇了采空區(qū)浮煤口燃的危 險性。因此，掌握淺埋深厚煤層綜放工作面白燃 三帶'觀律，并采取有效的防滅火措施，對安全綸 產(chǎn)十分重要。木文結(jié)合老石旦煤礦16402淺埋 深厚煤層綜放工作血煤層條件和開采工藝特點， 在考察16402淺埋深厚煤層綜放采空

3、區(qū)自燃''三 帶'后，并利用數(shù)值模擬的方法，最終確定氧化帶的 范圍，針對該工作而平均進尺小于最小推進度的 情況，采取有針對性的防滅火技術(shù)措施，取得好的 防治效果，為淺埋深厚煤層綜采放頂煤工作血自 燃防治實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。老石旦煤礦16402綜放工作面概況16402綜放工作面地面標高+1 227-+1 324 m, 井下標高+910+850該工作面位于北一采區(qū)煤柱與北三煤柱之間，其北西為北三16*軌道下 山，南西為未開采區(qū)，距16*集中巷50 m.工作面 走向長720 m,傾斜長180 m,面積129 600 m2，煤 層傾角5。20。,煤層密度1.55t/

4、m：煤層厚8.5 m,機 采高度2.8m,放頂煤高度5.7m,采放比為仁2.04, 采煤機截深為0.6 m, 口循環(huán)個數(shù)2個,月進度32 m, 工作血設(shè)計風(fēng)量817 m3/min,工作血最大月產(chǎn)量 為7萬t, t作面回采時正常涌水最為0.5rtr7min, 工作而最大涌水量為0.85 m3/min016#煤層口燃傾 向性鑒定等級屈ii類,自燃煤層，最短自然發(fā)火期 為 71 do2 16402 i作面采空區(qū)自燃三帶"2.1考察采空區(qū)自燃'三帶'劃分按采煤工作面采空區(qū)內(nèi)浮煤自燃危險性的不 同，可將采空區(qū)劃分為散熱帶、氧化帶和窒熄帶。 在采煤工作面推進過程屮，采空區(qū)a燃&#

5、39;三帶'范 圍和寬度隨采煤工作面漏風(fēng)量、氧濃度、浮煤厚度 和采空區(qū)溫度等因索動態(tài)變化。一般認為劃分漏風(fēng)散熱帶和可能自燃帶的指 標為:氧濃度18%、fi升溫速率1°c/d.漏風(fēng)率二 0.9 m3/min.m2o劃分可能白燃帶和窣熄帶的指標 為：氧濃度v6%或10%, fi升溫速率1°c/d,漏 風(fēng)率v0.02 mwmin.m2?？赡茏匀紟Ш椭舷◣У臉?準采用10%較多。布置于采空區(qū)的束管系統(tǒng)可以測定采空區(qū)沿 走向的氧濃度變化，比鮫容易確定口燃'三帶'的 范圍。h升溫速率和漏風(fēng)速率在以數(shù)學(xué)模型解算 白燃'三帶'時川得多，但在井卜.不易

6、準確測量。2.2利用束管監(jiān)測數(shù)據(jù)劃分采空區(qū)自燃'三帶 采用束筲監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)釆空區(qū)氧氣濃度劃分采空 區(qū)口燃'三帶一般認為劃分漏風(fēng)散熱帶和氧化 帶的指標為氧濃度18%,劃分氧化帶和窒熄 帶的指標為氧濃度10%o鈕焦 juojmal e 曲疏逾 jw蝕松磚1h沁駁 勒 彪沁 r宙罰就16402工作面布置采樣頭時與工作面煤壁平 齊，設(shè)置監(jiān)測點編號為'塌山t； 口 2010年4月6 日開始監(jiān)測分析，到2010年8月"日止,累計進 尺為83.1 m,釆樣點氧氣濃度從20.5%逐步下降 到10%左右0 16402工作面釆空區(qū)塌山1監(jiān)測點 氧氣濃度隨工作血累計進尺變化如圖1所

7、示。0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 累計進尺/m圖11山1監(jiān)測點氯氣濃度隨推進度變化山圖1可以看出，當氧氣濃度為18%時累計 進尺為34 m,當氧氣濃度為10%時累計進尺為82 m, 考慮到設(shè)置釆樣頭時采樣頭和工作面煤壁平齊， 工作面煤壁距離工作面后方采空區(qū)冇一定距離約 為10 m,消除采樣頭與采空區(qū)距離的影響，氧化 帶范圍為24-72 mo煤體自燃過程是一個非常復(fù) 雜的動態(tài)過程，這個過程由煤體內(nèi)在自燃性和外 界條件共同決定的。綜放面采空區(qū)自燃'三帶'是 個動態(tài)的變化范圍，隨著推進度、漏風(fēng)量、注氮量 等多種因索變化而變化。因而采空區(qū)自燃'三帶&

8、#39;' 的寬度受到多因素的共同彩響而動態(tài)變化，因而 采用fluent數(shù)值模擬，綜介確定氧化帶的范陽。 2.3采空區(qū)自燃'三帶tluent數(shù)值模擬fluent是冃前處于世界領(lǐng)先地位的cfd 軟件之一,廣泛用于模擬各種流體流動、傳熱、燃 燒和污染物運移等問題x 2.3.1采空區(qū)模型建立根據(jù)16402工作面實際情況，建立模型尺寸 為16402工作面長度為185 m,進回風(fēng)巷寬度為3.6 m, 采空區(qū)長度為200 m,工作而風(fēng)量取830 m3/min, 坐標原點為采空區(qū)深處與回風(fēng)巷的交點。模型建 立后對各個區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，模型設(shè)置進風(fēng)巷 為風(fēng)流入口，回風(fēng)巷為h由岀口，如圖2所示。

9、進鳳卷采空區(qū)工作面l回鳳巷圖2采空區(qū)模型2.3.2模擬采空區(qū)自燃'三帶'分布按漏風(fēng)風(fēng)速作為指標進行三帶劃分，綜放 工作面采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)強度分布悄況，工作面 采空區(qū)兩巷密實性較采空區(qū)屮部較小，存在人雖浮煤，兩巷的氧化帶明顯比采空區(qū)中部要寬。根據(jù) 模擬結(jié)果得到氧氣濃度分布悄況，依據(jù)模擬結(jié)果 得到采空區(qū)h燃'三帶'分布，采空區(qū)中部氧化帶 范圍為17-68 m；進風(fēng)巷一側(cè)為17-93 m；回風(fēng)巷 側(cè)為11-82現(xiàn)場鋪管實際監(jiān)測回風(fēng)巷氧化帯寬度范圍為24-72 m,模擬結(jié)果與監(jiān)測基本相 符，綜合確定白燃三帶"的氧化帶寬度范圍為 11*93 m（,2.4自燃三帶

10、與工作面推進速度、自然發(fā)火期 間關(guān)系采用三帶監(jiān)測數(shù)據(jù)計算t作面最低推進度和 采用三帶模擬結(jié)果計算工作面最低推進度，綜合 以上兩種計算結(jié)果,16402工作而最低推進度為 1.23 m/d,當工作血停止生產(chǎn)時，采空區(qū)逐步趨于 穩(wěn)定，則采空區(qū)內(nèi)孔隙率、漏風(fēng)量、氧濃度分如都 趨丁穩(wěn)定。當工作面正常推進生產(chǎn)時，釆空區(qū)某一 個點的所有參數(shù)都隨推進速度變化而變化。在其 他防火措施不變的情況下，加快工作而的推進度， 使采空區(qū)浮煤的氧化時間縮短，確保t作面的安 全回采。在綜放面正?；夭善陂g，加快工作面的推進 速度，加強自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報工作。在綜放面設(shè)備 檢修時i、可長等異常情況導(dǎo)致長時間停產(chǎn)情況下， 加強綜放面

11、白然發(fā)火預(yù)測預(yù)報工作，采用以注氮 為主的有針對性的綜合防滅火技術(shù)措丿施。加快工 作面推進速度，保證在最翹口然發(fā)火期z內(nèi)將采 空區(qū)氧化帶內(nèi)遺煤丿ii進窣熄帶，確保工作面在開 采過程中的安全回采。16402綜放面實際平均刀進尺為30 m.在綜 放而正?；夭善陂g，盡可能加快推進，加強白然發(fā) 火預(yù)測預(yù)報。在綜放面過構(gòu)造帶和設(shè)備檢修需要 長時間停產(chǎn)的情況f,加強綜放面自然發(fā)火預(yù)測 預(yù)報，采用注氮和注漿為主的綜合防滅火措施，工 作血推進能夠保證在最短自然發(fā)火期之內(nèi)將采空 區(qū)內(nèi)遺煤電進窒熄帶，有效保證采空區(qū)內(nèi)浮煤在 工作面開釆過程中不出現(xiàn)嚴重的h燃。3 16402 i作面采空區(qū)注氮防滅火根拯'三帶&

12、#39;觀察及數(shù)值模擬分析結(jié)果,16402 綜放面采空區(qū)氧化白燃帶的寬度為11-93 m,老 石旦煤礦煤層最短自然發(fā)火期一般為71 d,當工 作面推進速度小于1.23 m/d,應(yīng)對采空區(qū)氧化口 燃帶進行注氮譏根據(jù)計算,結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用氮氣 防滅火的經(jīng)驗，從技術(shù)上考慮，下轉(zhuǎn)第72頁）(1)改進施工工藝示，技術(shù)上先進，施工速度 加快，巷道施工安全可靠，工人的勞動強度大大減 輕，人斷面綜采切眼掘進實現(xiàn)了一次成巷,巷道的 穩(wěn)定性也大大加強。山于無需回撤耙裝機,刮板運 輸機也無需二次移位，掘進的準備時間相應(yīng)縮短, 為快速掘進奠泄了基礎(chǔ)。主、副切眼同時爆破，爆 破后現(xiàn)場作業(yè)人員分紐同時對主、副切眼進行支；上

13、接第70頁；16402綜放工作面防火注氮流量 確定為600 m3/ho根據(jù)各種注氮方法的優(yōu)缺點確定注氮方法， 16402綜放工作面采空區(qū)防火注氮采用埋管注氮 工藝役采空區(qū)埋設(shè)一趟注氮管路,當埋入一定深度 (40 m)后開始注氮，同時又埋入第二趟注氮管 路；當?shù)诙俗⒌芸诼袢氩煽諈^(qū)氧化帶與散熱 帶的交界部位時向采空區(qū)注氮，同時停止第-趟 管路的注氮，并又重新埋設(shè)注氮管路，如此循環(huán)， 直至工作面釆完為ll-.o 16402工作面埋管長度為 100 m,在工作血投產(chǎn)初期，埋管步距為50 nx根據(jù) 三帶監(jiān)測結(jié)果，氧化帶寬度為93 m,調(diào)整埋管步距 為50 m.注氮防火成敗的關(guān)鍵是要制定合理的防 火注

14、氮時機，根據(jù)16#煤層口燃特點，結(jié)合16402 綜放面實際情況,制定了合理防火注氮時機。4結(jié)語根據(jù)老石旦煤礦16402淺埋深厚煤層綜放工 作面煤層條件和開采工藝特點，再對16402淺埋 深厚煤層綜放采空區(qū)口燃'三帶'進行考察，利川 護，實現(xiàn)了兩個施工斷面平行作業(yè),使班組作業(yè)人 員充分發(fā)揮了工時利用率，-般情況下切眼的沌 工工期要縮短57d。(2)經(jīng)濟上合理，成本降低，具有較高的經(jīng)濟 效益。副切眼滯后主切眼僅3 m,待刷幫無需支 護，與傳統(tǒng)工藝相比，節(jié)約了錨桿、金屬網(wǎng)等材料 成本，減少了川工。傳統(tǒng)的綜采切眼施工工藝材料 投入:待擴幫支護盂投入木錨桿、金屬菱形網(wǎng)、木 托盤等，材料費

15、達110元/m；待擴幫支護用工費 160元/m。按一個綜采切眼長度為180 m計算， 改進施工工藝后，掘進過程可節(jié)約成本投入 48 600 元。4結(jié)語改進后的綜采工作面切眼擴面施工技術(shù)，比 傳統(tǒng)擴面工藝在技術(shù)上是先進的，經(jīng)濟上是合理 的，安全上是可靠的，實現(xiàn)了人斷而綜采切眼的一 次成巷，為今后類似圍巖條件下施工大斷血巷道 積累了經(jīng)驗?！咀髡吆喗椤坷畛Ｓ?1973-),男，本科學(xué)歷，現(xiàn)工作于大屯煤屯(集 團)有限責(zé)任公司生產(chǎn)管理部，長期從事采掘管理t作。收稿日期2011- 04-12束管監(jiān)測和fluent數(shù)值模擬確定自燃帶范圍 和最低日推進度，有針對性的采収注氮防滅火技 術(shù)措施，使得采空區(qū)的防火火収得好的防治效果， 為同類淺埋深厚煤層綜采放頂煤作而口燃防治 實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。參考文獻11)李宗翔，許端平，劉立群.采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”劃分 的數(shù)值模擬遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2002 21(5)： 455-5482何啟林，王徳明綜放面采空區(qū)遺煤自然發(fā)火過程動 態(tài)