煤层自燃预测预防与综合治理技术

2019-02-13王兴华任维民

山东煤炭科技 2019年12期

王兴华任维民

（山东万祥矿业有限公司，山东济南 271107）

1 煤层自燃特性概况

潘西煤矿委托山东鼎安技术检测公司对主采19层煤进行了自燃倾向性鉴定，鉴定结果：吸氧量0.58cm3/g，火焰长度360mm，属Ⅱ类自燃煤层，最短发火期80d。煤层自然发火标志气体检测结果：一氧化碳出现，表明煤已经开始氧化，其出现的临界温度28.1℃～41.0℃；乙烯出现且变化速率明显加快是煤进入加速氧化阶段的标志，其出现的临界温度190.0℃～205.0℃；乙烯/乙烷比值峰值的出现是煤进入剧烈氧化阶段的标志，其峰值出现的温度280.2℃ ～282.5℃。

2 煤层自燃特性的影响因素

（1）煤层埋深大、地温高，地质环境因素导致煤层自然发火期缩短。

（2）开采煤层厚度大，机械开采强度大，采空区漏风增加，开采环境因素导致自然发火点位置隐蔽，不易及时发现遗煤自燃。

（3）推采过程中经过断层，断层造成工作面煤层变薄，降低了工作面推采速度，不能及时将采空区甩入“窒息带”；顶底板破碎造成丢煤多，漏风为氧化蓄热提供了适宜条件，气象环境因素导致采空区氧化升温带前移，提高了采空区遗煤自燃概率。

（4）特别是临近于采空区的工作面，煤柱反复受压变形，出现多条裂隙形成漏风通道，造成正在回采工作面的采空区与相临已采区的采空区连成一片，形成了复杂的多源多汇漏风通道，采空区遗煤自燃范围扩大，增加了自燃危险性。

3 建立自然发火预测预警技术体系

（1）光纤测温系统

光纤测温系统是以光波为载体、光纤为媒质、感知并传递被测量信号的防火系统，具有发火点精准定位和不间断监测的优点。矿井安设光纤测温系统，在各采区安设分站，在采煤工作面上巷、下巷顶板各布置3条光纤，随着工作面推采，光纤逐渐埋入采空区，对采空区内气温不间断监测，测温数据传递给井上监控终端，当温度异常升高表明采空区遗煤发生自燃，起到预测预警的作用。

（2）监测监控系统异常预报

利用监测监控系统实时监测，对工作面、上下隅角、回风流中的CO、CO2、O2、CH4重点监测。工作面安设温度传感器，报警温度设置为≥30℃；采煤工作面回风巷道安设一氧化碳传感器，报警浓度设置为≥0.0024%；皮带机滚筒下风侧10～15m处、采区及一翼回风巷、总回风巷安设一氧化碳传感器，报警浓度设置为≥0.0024%；皮带机滚筒下风侧10～15m处安设烟雾传感器，捕捉火灾信号，达到报警值时，发出声光报警信号。

（3）现场人工取样分析

在采煤工作面回风侧采空区以里，以30m间距交替迈步埋设多芯束管，监测采空区气体的变化情况。采空区氧气浓度低于5%或已进入采空区150m后，方可甩掉束管，不再监测。每天人工利用抽气泵和球胆采集采空区内气体，利用GC6890A煤矿专用气相色谱仪分析气体中含有的CH4、CO、H2、CO2、O2、C2H6、C2H4、C2H2、N2九种气体成分，形成循环检测报告，发现气体异常变化及时处理。

（4）人工日常现场检测

配备专职防火检查员，负责见煤线、采空区、回风隅角、冒顶处等发火隐患点的CO、CO2、O2、CH4及温度检测，编制“防灭火周报表”，绘制“火灾气体趋势图”，并分析比较数据变化规律。

4 建立自然发火预防技术体系

（1）合理布置巷道

从生产设计入手，合理布置巷道。大巷布置在煤层顶底板岩石中，采区上下山尽量布置在岩石中，回采巷道沿煤层布置巷道时不托顶煤施工，遇断层等构造带或其他情况必须留顶煤时，编制专门防冒顶和防自燃技术措施，如发生冒顶，冒顶处用防火充填材料密实，并设措施管、观测管，对顶煤情况进行监测。

（2）惰化采空区

当采空区内氧气浓度小于5%时，煤的氧化就能得到阻止。利用惰性气体的自然性质预防和治理煤自燃，将惰性气体注入到采空区，抑制采空区的煤氧复合作用，对采空区氧化带进行惰化，控制氧气浓度降到自燃临界值以下，使煤处于减缓氧化甚至不氧化的状态，防止采空区遗煤自燃。

（3）矸石隔离墙封堵减少漏风

采煤工作面每推采10m，在上、下隅角采用阻燃袋装碎小矸石构建隔离墙。墙体接顶接帮，墙面用阻燃风筒布覆盖墙体，同时对隔离墙喷涂防火充填材料，防止漏风串入采空区造成遗煤自燃。

（4）工作面合理配风

合理地为工作面配风，优化工作面风量。计算最优配风量和最优风速，进、回风两端风压差控制在200Pa以内，降低漏风量。在通风能够排出瓦斯等有害气体情况下，最大限度地减少风量对采空区遗煤氧化的影响。

（5）加快工作面推采速度

预防采空区自燃火灾最有效的方式是加快采煤工作面推采速度，减少遗煤自燃氧化时间，保证采煤工作面的推采速度与采空区自燃带的宽度相匹配。采空区顶板不断冒落，漏风风阻相应增大，极大减少采空区漏风产生的氧化条件。

5 建立自然发火治理技术体系

（1）阻化防灭火

采煤工作面回采期间上下隅角附近的煤柱喷涂防火充填材料，将阻化剂撒在垮落松散遗煤上，防止煤柱漏风及遗煤氧化。

（2）灌浆防灭火

采煤工作面安设移动式灌浆泵和制浆桶，灌浆材料选用粘性黄土，沿上巷超前采煤工作面30m迈步压茬敷设DN50灌浆管路，孔口深入采空区内，并采用铁质套管加以保护。采空区出现自燃征兆时，利用灌浆系统进行灌浆防灭火。

（3）注液态二氧化碳防灭火

发现采煤工作面采空区出现自燃火灾征兆时，将MKDZ-LZ-4000移动式液态二氧化碳罐运送至工作面上、下巷，通过预留的DN50注液金属管路将液态二氧化碳注入采空区内进行窒息灭火。

（4）束管监测系统

JSG9束管监测系统由工业控制计算机、打印机、色谱工作站、气相色谱仪、空气发生器、氢气发生器、气体采样控制柜、水环真空泵、净化稳压电源、煤矿用聚乙烯束管及束管分路箱、粉尘过滤器等组成。该系统可以30km长距离采取发火隐患点的气样，可以24小时连续监测，可以无人值守长期运行，可以自动输出检测报表、束管报表、检测谱图报表、检测趋势分析报表等。

（5）注氮防灭火

工作面采空区面积大，浮煤多，呈立体分布，无论是黄泥灌浆，还是注阻化剂，都不可能将采空区所有的浮煤都包裹，目前防灭火最有效的技术是采空区注氮。安设DMJ-1000/1.0型膜分离制氮机，制氮量不低于1000m3/h，氮气浓度不低于97%，注氮压力不低于0.8MPa。沿上巷超前工作面30m迈步压茬敷设DN100注氮管路，惰化、置换采空区内空气，抑制煤氧复合作用，消除发火隐患。