浅析玉川煤矿易自燃煤层采空区防灭火技术

2021-12-30张宝琴王振芳曹二雄

内蒙古科技与经济 2021年19期

张宝琴，王振芳，曹二雄

(1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院，内蒙古包头 014010；2.内蒙古伊东煤炭集团，内蒙古鄂尔多斯 017100)

许多相关数据表明,采空区是井下发生自燃着火危险最高的地方,采空区冒落带,一般都会留存许多比较松散的遗留煤渣,再者由于井下漏风情况严重,使得这些松散的遗留煤渣非常容易和井下采空区漏风流中的氧气产生化学性的氧化反应,进而可能造成井下采空区出现自燃着火的现象。采空区自燃发火位置主要是集中于其内部的漏风通道,例如：出入口或进回风巷道内侧、开切眼、联络巷、停采线等。这对煤矿的安全生产、工作人员的生命安全和财产安全造成了极大地威胁。

1 矿井概况

玉川煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗薛家湾镇东南方向约32km,归属于准格尔煤田南部详查区北部。该矿井为低沼气煤矿,其中的煤尘对该地区具有高度爆炸的危险性,根据该地区燃点检测结果显示△T0值为91℃,煤层的自燃倾向性等级为易自燃的煤层。

2 防灭火措施的制定

在我国煤炭行业安全技术规程中表明:“在开采容易发生自燃和含有自燃可能性的煤层,须采取综合性预防煤层自燃着火的措施”“在煤炭行业开采容易发生自燃和含有自燃可能性的煤层时,必须对采空区、突出和冒落孔洞等的空隙进行一次预防性灌浆或全部进行充填、洒阻化剂、注砼、混凝土、注固态气体、均压等控制措施”。依据我国相关规定及其他有关政策规范要求:“当所有开采煤矿井为容易发生自燃或者使用放顶煤进行开采自燃煤层的一种煤矿,必须设计以灌浆为主的两种以上的综合防灭火措施,否则不予开采”。地质学报告显示,本次回采矿井内各个煤层都比较容易出现发生安全自燃的现象,回采工作面上也存在着许多容易发生安全自燃的着火隐患,矿井需要想办法进行安全回采,防止其灭火的应对措施更是重中之重。这就要求我们在生产的过程中一定要使用可执行性强且有较好效果的综合防火治理技术。

秉持预防为主的理念，本矿井确定采用防灭火方式主要是灌浆，结合注氮防灭火和喷洒阻化剂的综合防灭火措施，保证了煤矿的安全生产、工作人员的生命安全和财产安全。

3 防灭火措施的实施

3.1 灌浆防灭火

目前,我国大多数存在着自燃发火风险的采空区煤体矿井中,基本上所采用的都是灌注泥浆防灭火技术,其主要原因是通过泥浆吸收热量来降低温度,且泥浆可以对采空区煤体进行覆盖和包裹,从而达到隔绝氧气的作用,实践证明该技术可极大地提高采空区防灭火效果,故已成为预防内因火灾所采取的主要措施。

如今我国预防煤炭自燃的方法有很多种，其中使用比较普遍且卓有成效的一种是预防性灌浆，所用材料主要分布在水源相对比较多的地带，其中应用较多的是以黄土作为注浆材料，浆液的土水比为1∶3-1∶7。灌浆系统种类繁多，其中埋藏煤层深、矿井灌浆量需求量大、运输灌浆材料距离长的矿井比较适合采用集中式灌浆。本矿井符合上述条件，主要表现在煤层生产能力强，首采煤层采用综采一次采全高工艺，灌浆量比较大，为了缩小占地面积并减少支出，并站在方便灌浆及易于管理的角度上，所以确定采用集中灌浆系统，灌浆站设置在风井场地内。

根据本井田地貌优势，设计选用黄泥作为灌浆防灭火材料。把泥、水按1∶5的比例混合制成泥浆，利用泥浆泵顺着给定的管道将泥浆输送到井下，再经专用的超高分子聚乙烯灌浆引管向采空区或火区进行灌注，沉积沉淀在矿石上的泥浆会由于渗透作用及附着性，遍布采空区的浮煤及矿柱龟裂中，从而隔绝空气，抑制矿石发生氧化。亦提高了采空区密闭的封闭性，降低了漏风。随着泥浆中水分的不断蒸发，增加了灌浆区的湿度，抑制了矿石水分蒸发。因此达到了消灭和预防矿井火灾的目的。

灌浆系统应从灌浆站出发，通过回风立井至首采煤层铺设注浆管路，主管路沿井下回风大巷铺设，最后到达综采工作面。采用的注浆方法为采灌结合，注浆后要求在采空区底板形成5cm左右的泥浆层以预防浮煤发火。

3.2 注氮防灭火

依据《煤矿安全规程》相关规定和我国制氮设备能力及其他矿井氮气防灭火的成功经验，本矿井自身的氮气不仅可用作预防性注氮,还可以通过注氮方式进行灭火。日常生产中可以根据实际情况适当地进行一些预防性的注氮,当火灾征兆出现时进行持续性注氮,直至征兆完全排除为止。同时在井上下建立完善的安全防灭火及自动化监控监测系统。

3.2.1 预防性注氮。为了节约注氮时过大的消耗钢材，在设计工作面采空区防火措施时，优先使用拖管注氮工艺这项先进技术。注氮工作方式为：工作面进行正常回采时，使用方式为间断式注氮，当传感器监测到有发火征兆隐患时立即进行注氮操作。在工作面运输顺槽一侧顺着采空区埋设相应长度的注氮钢管至要求深度，然后利用顺槽回柱绞车牵引移动注氮管，使之随工作面的移动而移动。

用丝扣将5节共10m长的Φ89×4.5地质钻杆与管道进行了连接,然后顺着运输的顺槽将钻杆和管路架设在至于工作面的下隅角,当于工作面开始有序地往前推进时,采空区便将各个管路逐步埋入,采空区所需要埋入的管路长度一般应保持在15m～35m的范围内,方便拉管。为了有效防止碎氮气碎物太多,造成采空区域出氮气管道堵塞,可以在距离采空区出氮气管道2m以内的一个钻杆上多次地钻上些微细洞,让这些氮气能够在管内顺畅地流动。当一个工作面有出现火灾的征兆，把在采空区内部分埋入的钻杆移动至距切顶线15m处,再用20m长的橡胶软管将钻杆连接到一条顺槽式管路,接着开始灌注氮。伴随着工作面的快速推进,当钻杆所在氮口位于距离工作面切顶线35m左右时,切断多余的氮气,拔掉一条橡胶软管,将钻杆用绞车再次拉至离切顶线15m左右处,连接好的橡胶软管后再继续向下注氮,如此循环往复,直至把一个没有发生火灾等征兆的范围全部甩入采空区域或者窒息地带之中为止。

3.2.2 灭火性注氮。主要采用钻孔注氮、插管注氮和墙内注氮几种方式。钻孔注氮是指在施注位置附近巷道通过钻孔方式向井下着火区或火灾隐患区灌注氮气。插管注氮是针对在工作面的起、停采线或巷道高冒顶发生火灾时，直接向火源点插管灌注氮气的灭火方式。墙内注氮是指利用在防火墙上预先安装好的注氮管向有火区或存在火灾隐患的地方灌注氮气。

3.3 喷洒阻化剂防灭火

阻化剂防灭火技术是目前国内外正在积极引入并推广的一种预防煤层自燃的全新技术方法,它为我国在少土、缺水地区开展煤矿井下预防灭火工作的开展起到了重要作用。阻化剂防灭火技术的主要优点之处在于:技术上远远领先其他的防灭火技术、工艺简单、经济性好。阻化剂的来源比较广泛、且阻化率都比较高、物美价廉。针对本矿井水资源严重缺乏的情况和现状,并综合考量降低环境污染的可能性,尤其适宜采用阻化剂式防灭火系统。本矿设计选用工业氯化钙(CaCl2·5H2O)作为矿井防灭火阻化剂，其优点是阻化效果比较好、货源相对充裕、运输仓储方便、对井下装置和其他金属结构的腐蚀性小,对身体健康无害。根据实际需要通过输送胶管从喷射泵接到防灭火的处理地点，并与封孔器和喷嘴相连接。电机启动后，喷射泵将启动压注和喷洒程序实现灭火操作。