博胜煤矿自燃发火综合防治技术研究

摘 要：本文根据博胜煤矿易自燃煤层特点，取了以黄泥灌浆和氮气防灭火为主，喷洒阻化剂为辅的综合防灭火措施。经现场实践，效果显著，可供类似矿井借鉴。

关键词：自燃发火；灌浆防灭火；注氮；喷洒阻化剂

一、矿井概况

博胜煤矿设计生产能力0.90Mt/a，矿井采用主、副斜井开拓，全井田划分为二个水平4个采区上山开采，采煤工艺为采用综合机械化一次采全高开采。根据矿井开拓方式，矿井通风方式为机械抽出式，通风系统为分列式通风，由主、副斜井进风，斜风井回风。井田内可采煤层7层，根据勘探报告提供的煤的燃点及自燃趋势等级鉴定成果，各煤层均属易自燃煤层。

二、博胜煤矿自燃发火綜合防治技术方案

1、灌浆防灭火

本矿井开采煤层有自然发火倾向，为预防采空区自然发火，确保安全生产，设计采用预防性灌浆，灌浆采用随采随灌的方式。由于矿井产量较大，灌浆量大，为便于管理和提高效率，确定采用集中灌浆系统。

1.1灌浆系统的选择

随着采煤工作面向前推进，在采空区随采随灌浆。设计采用集中灌浆系统，管路从斜风井敷设，在工业场地内设有制浆站及储土场，通过自卸汽车将黄土运至储土场备用，采用制浆机制浆，制成的泥浆自流至泥浆池搅拌，再自流至井下进行灌浆作业。

1.2灌浆方法的选择

由于一个工作面的回采时间较长，为防止煤的氧化发火，宜采用随采随灌的工作模式，埋管灌浆的方法。从回风顺槽向工作面采空区灌浆。在灌浆前应将灌浆区积水排出，以保证泥浆有很好的附着力，并保留足够的隔离煤柱以防止溃浆、透水。

1.3灌浆参数计算及选择

灌浆站工作制度与煤矿工作制度一致。采用预防性灌浆措施，井下灌浆有关参数计算如下：

（1）日灌浆所需土量：Q±1=K（G/r）=206.59m3/d，式中：G—矿井日产量，G=2727t；K—灌浆取土系数，K=0.1；r—煤的容重，r=1.32t/m3。

（2）日灌浆实际开采土量：Q±2=α？Q±1=1.1×206.59=227.25m3/d，式中：α—取土系数。

（3）灌浆泥水的确定：根据国内类似矿井的经验数据，取为1：4。但是，根据该矿井实际情况调整灌浆泥水的比例。

（4）每日制浆用水量：Q水1=Q±2？δ=227.25×4=909.00m3/d，式中：δ—灌浆泥水比的倒数，δ=4。

（5）每日灌浆实际用水量：Q水2=Q水1×K水=909.00×1.2=1090.80m3/d，

式中：K水—用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数。

（6）每日灌浆量：Q浆=（Q水1+Q±2）×M=（909.00+227.25）×0.91=1033.99m3/d，式中：M—泥浆制成率，M=0.91。

（7）灌浆材料要求：颗粒小于2mm，粘土占60%～70%，塑性指数为9～11，含砂量为25%～30%（粒径为0.5～0.25mm以下），容易脱水和具有一定的稳定性。

（8）灌浆介质及灌浆量：设计就近选用黄土作为井下防火灌浆的介质。防火灌浆年工作日330天，采取随采随灌的措施。灌浆站每日灌浆用水量：1090.80m3/d；日灌浆所需黄土量：227.25m3/d；每日灌浆量：1033.99m3/d。

（9）制浆工艺

本设计采用地面固定式灌浆注胶防灭火系统，由浆料储存场地、浆料输送、连续式定量制浆、过滤搅拌、计量、输浆及管网系统和外加剂添加等部分组成。

设计在工业场地建设一座多功能胶体防灭火制浆站，制浆量2×60m3/h，制浆用水以处理后的矿井水作为水源，由两台灌浆给水泵（Q=120m3/h、H=17m、N=11kW）压力供水至制浆设备，泥浆依靠重力向井下灌浆。

（10）灌浆管路

井下黄泥灌浆管路自成体系，采用常高压灌浆系统，从斜风井引入井下工作面。井下黄泥灌浆管道采用φ219×6.0无缝钢管，管道外壁做相应的防腐措施，连接方式为卡箍连接，便于在回采工作面装配。

2、氮气防灭火

2.1注氮量计算

本矿井为瓦斯矿井，煤尘有爆炸性危险且煤层属很易自然性煤。本着预防为主的方针，根据《煤矿安全规程》的要求，将拖管、间歇式注氮系统作为矿井防灭火的一种重要措施，并在井上下建立相应的防灭火安全监测、监控系统。本矿井注氮量主要考虑防火和矿井灭火，防火按下列方法计算，取其最大值。注氮量计算按以下3种方法计算，并取其中最大值：

（1）按产量计算：QN=[A/（1440ρtn1n2）]×（C1/C2-1）=3.93m3/min，式中：QN—注氮流量，m3/min；A—矿井年产量，0.9Mt/a；t—矿井年工作日，330d；ρ—煤的密度，1.32t/m3；n1—管路输氮效率，取80%；n2—采空区注氮效率，取90%；C1—空气中的氧浓度，取20.8%；C2—采空区防火惰化指标，取7%。

（2）按吨煤注氮量计算：QN=5AK/300×60×24=8.52m3/min，式中：A—矿井年产量，900000t；K—工作面回采率，取0.9。

（3）按瓦斯涌出量计算：QN=QcC/（10-C）=1.50m3/min；式中：QC—工作面通风量，设计工作面配风量为1500m3/min；C—工作面回风流中的瓦斯浓度，1%。

按以上三种方法计算后取最大值：QN=8.52m3/min，考虑1.3的安全备用系数8.52×1.3=11.08m3/min=664.80m3/h。

2.2制氮系统方案比选

鉴于本矿井各煤层特点。设计推荐选用地面制氮系统。根据矿井开拓和工作面布置，确定制氮站布置在矿井工业场地内斜风井附近。选用变压吸附式制氮系统。

2.3设备选型

矿井为低瓦斯矿井。本着预防为主的方针，根据《煤矿安全规程》的要求，设计考虑对煤层自然发火进行综合防治，将拖管、间歇式注氮系统作为矿井防灭火的一种重要措施，并在井上下建立相应的防灭火安全监测、监控系统。

矿井所需防灭火注氮总量为664.8m3/h。根据本矿井所需防灭火注氮总量，设计确定选用1套QTD-800型碳分子筛地面固定式制氮机组。

3、阻化剂防灭火

3.1阻化剂选择

设计选用阻化率较高的氯化钙（CaCl2），设计选用CaCl2的浓度为20%。

3.2喷洒工艺系统

设计采用半永久性喷洒压注系统，在工作面运输顺槽附近布置一个储液池硐室，用砂浆砌成容积为4m3的储液池，选用1台WJ—24型阻化剂喷射泵，流量2.4m3/h，压力2～3MPa。将溶液用胶管送到回采工作面进行喷洒。

3.3参数计算

工作面一次喷洒量计算：V=K1×K2×L×B×h×A×γ-1=0.95m3，式中：K1—一次喷洒加量系数，取1.2；K2—松散煤（浮煤）容重，取0.9t/m3；L—工作面长度，160m；B—一次喷洒宽度，0.6m；h—底板浮煤厚度，0.15m；A—原煤（浮煤）的吸液量，0.058t/t；γ—阻化剂水溶液的容重，1.05t/m3。

三、结束语

该煤矿在开采过程中，采取了以黄泥灌浆和氮气防灭火为主，喷洒阻化剂为辅的综合防灭火措施。另外，三相泡沫防灭火、凝胶防灭火等方法方便快捷，投入小，对防治小范围的煤层自燃发火效果较好，建议在本矿进行试验。

作者简介：

刘涛（1984），男，本科，新疆乌鲁木齐，工程师，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事煤矿开采设计工作。