矿井自燃火灾束管监测技术在西铭矿的应用

赵效中,王学栋,郝国珮

(西山煤电股份公司西铭矿)

矿井自燃火灾束管监测技术在西铭矿的应用

赵效中①,王学栋,郝国珮

(西山煤电股份公司西铭矿)

针对西铭矿煤层自然发火倾向性的几种状况进行了分析,提出了自燃发火预测预报系统的建立方案,并介绍了方案实施的过程。束管监测技术的成功应用,实现了该矿预测预报自燃火灾智能化功能,取得良好的经济社会效益。

矿井;自燃火灾;束管监测技术;应用;效益

西山煤电股份公司西铭矿井田位于西山煤田的东北部,井田边界曾有小窑开采。虽然已做了许多的密闭工程,但仍然存在有向工作面采空区漏风的倾向性,这样就增加了自燃危险性,甚至存在小窑积存的有毒有害气体在通风负压的作用下向大矿涌出的可能性,对该矿的安全生产造成极大的威胁。

该矿井下为“六进三回”的混合式通风方式,通风方法为抽出式。现正在开采的有2#、3#、8#、9#等4种煤层。2008年瓦斯等级鉴定结果,矿井瓦斯绝对涌出量129.95 m3/min,瓦斯相对涌出量为18.06 m3/t,为高瓦斯矿井。2009年1月,煤科总院沈阳研究院对该矿主采煤层分区域采集煤样,进行了自燃倾向性鉴定,所采取煤样自燃倾向性均为Ⅱ类自燃。

1 自然发火倾向性分析

自燃倾向性之一:开采3#、9#煤层工作面时,由于距上部2#、8#煤层层间距较近,2#与3#煤层平均层间距2.38 m,8#与9#平均层间距1.84 m,存在上下采空区地相互沟通,上部2#、8#顶煤浮煤及残留破碎煤柱已经过较长时间的氧化,浮煤温度已有所提高,煤的氧化性增强,上下采空区相互连通又存在着向上部采空区遗留煤体及破碎煤柱的漏风通道,若再次与因开采造成的漏风供给的氧气相接触,更容易被氧化和自然发火,增加了采空区自然发火的倾向性。

自燃倾向性之二:工作面“三巷”沿2#、8#煤底板掘进,层间距小,受采动压力影响,易于离层、压裂冒落,存在与上部采空区经裂隙相互沟通的可能,经长时间氧化蓄热升温,存在巷道上部浮煤的自然发火危险性。已经氧化升温的煤体进入采空区后,使采空区两巷遗煤温度相对其他地点更高,即便在较快的推进速度下也可能引起采空区遗煤自燃。

自燃倾向性之三:工作面采取“U+L”型方式布置通风系统,工作面配置有尾巷,通过采空区后部的联络横贯排放瓦斯,造成采空区漏风量较大,形成采空区气体分布的独特性,存在充足的供氧条件,增大了采空区自然发火危险性。

2 自然发火预测预报系统的建立

基于西铭矿目前已经形成的采掘生产布局和工作面通风方式,综合分析以往矿井自然发火状况,本着经济性、实用性及可操作性的原则,采取了强化自然发火的早期预测预报工作,完善了自然发火的检测方法和手段。在2#、8#煤层工作面该矿采用的是人工取样分析的方式进行自然发火的预测预报工作,而在3#、9#煤层属于人员难以进入的“死区”,就采用了束管监测系统对采空区自然发火情况进行监测。

针对西铭矿井下生产实际,把3#、9#煤工作面作为防灭火重点,建立了井下移动式简易束管监测系统。即在工作面附近建立井下抽气泵站,束管集中接到束管采气泵站,由专业人员在采气泵站用球胆分别取气,带至地面进行化验分析,利用气相色谱分析仪连续分析各个测点气体组浓度的变化、对煤层氧化自燃过程进行观测并进行早期预测预报。在工作面没有监测到自然发火标志气体的情况下,取样时间定为每三天取样一次,一旦出现自然发火征兆就进行每天采气分析。

3 3#、9#煤层工作面束管监测系统设计方案

1)束管布置方式。在工作面附近建立井下抽气泵站,束管沿工作面皮带顺槽向采空区敷设布点。在巷道底靠外帮铺设内径为2吋的无缝钢管作为保护管,内穿有4芯内径为8 mm的束管。每两点之间距离30 m,每个测点内安设束管采样器,每个采样器连接一路束管,测点采样器外加套管保护,见图1。随着工作面的推进,1#、2#、3#、4#束管采样器依次进入采空区,这样就能抽取采空区深部的气体。在推至过4#点约30 m时,把1#点截开,重新布点,依次循环,直至整个工作面采煤过程结束。其总体布置方式见图2。在此其间观测采空区浮煤在不同推进度时的气体产物特性。

2)取气方法。束管集中接到束管采气泵站后,由专业人员在采气泵站用球胆分别取气。采样时,先将其中一路束管连接到真空泵进气口,预抽3～5 min,然后将球胆内的气体挤压干净,再将球胆连接到真空泵的出气口采集气样,直到球胆被充满为止。

3)气样分析。气样分析内容包括O2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C2H2等气体。采样测试完毕后,需要记录好每天工作面推进度,工作面采取的防灭火措施。对于其它易自燃地点,当出现煤自然发火征兆时也可以进行束管布点取气的方式进行气体分析(取样到化验室分析之间的时间最好在6 h以内,最长不得超过12 h,超过12 h视气样作废,需重新采取气样进行分析)。

4 束管敷设及布点选取方法

束管敷设要做到平、直、稳,与动力电缆之间的距离不应小于0.5 m,并要避免与其他管线交叉,束管入口处必须安设滤尘器,如图1所示。此外,为防止束管因尘埃和冷凝水堵管,应在井下监测点进气口处设置滤尘器和吸湿器;为防止漏气,束管与束管之间要用10 mm的铜管连接,所有接口均用环氧树脂封闭,并加强束管所经巷道的完好性维护,专人定期检查束管管路情况。同时,还应采取措施防止从井口到分析室的束管在冬季结露冻结。

束管监测系统形成后,监测点应按以下方法选取:总回风道和集中回风道应该设置监测点,监测点应选择围岩稳定,前后5 m范围内无分支的巷道并靠近巷道末端,监测点应设置在距巷道顶板0.5 m处的巷道中心线上;回采巷道上部煤层出现过高温点处(层间距较近),要靠顶板设监测点;3#煤及9#煤生产工作面上部为2#、8#工作面采空区时,应视现场实际情况,选择合适地点向上部采空区打钻,下入监测束管;各煤层巷道有通风设施的应在该设施回风侧的1 m顶板上设点;采掘工作面有明显升温征兆的区域必须设监测点;火区密闭、横贯联络巷密闭以及巷道高冒等易自然发火地点须设监测点。

5 结 论

矿井自燃火灾束管监测技术的成功应用,改变了该矿的防火形势,实现了预测预报的智能化功能。该技术能够对井下的气体成分及浓度变化实现有效的实时监测,操作十分简便,可以及时地观察到C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C2H2等气体的变化。从而对自然发火进程作出更加科学的判断,达到了防止矿井自然发火的目标,取得了良好的经济效益和社会效益。

Application on Beam Tube Monitoring Technology of Spontaneous Combustion Fire in Ximing Coal Mine

Zhao Xiao-zhong,Wang Xue-dong,H ao Guo-pei

In connection with several conditions of coal seam spontaneous combustion tendency in Ximing coal mine has carried on the analysis,proposes the establishment plan of spontaneous combustion forecast system,and introduces implementation process of the plan.The successful application of the beam tube monitoring technology realize the intellectualized function of forecasting spontaneous combustion in the mine,achieve the good economic and social benefits.

Mine;Spontaneous combustion fire;Beam tube monitoring technology;Application;Benefit

book=6,ebook=4

TD752.1

B

1672-0652(2010)05-0009-02

2010-04-05

赵效中 男 1968年出生 1992年毕业于山西矿业学院 工程师 太原 030052