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彬长新闻
胡家河矿高瓦斯易自燃煤层冲击矿压防灭火技术获新突破(科技创新系列报道四)
来源:bwin必赢国际娱乐在线/必赢国际登录/必赢国际娱乐网址  时间:2018/4/5 9:12:16  点击:472
    3月11日,在彬长矿业公司第三届人才与科技工作表彰大会上,胡家河矿《高瓦斯易自燃煤层冲击矿压条件下防灭火技术研究》项目荣获公司2014—2017年度科技进步二等奖。这是该项目继荣获中国煤炭工业协会科学技术二等奖后,斩获得又一殊荣。
    煤炭自燃是我国矿井的主要自然灾害之一。在我国国有重点煤矿中,存在煤炭自燃的矿井占矿井总数的56%,煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90%以上。近年来,国民经济快速增长对煤炭的需求拉动了煤炭工业的迅速发展,随着煤炭产量的日益增加,煤炭开采深度和强度也日益增加,煤炭的开采条件也不断恶化,突出表现在开采深度增加,地质构造条件复杂,瓦斯、火、水、冲击矿压以及煤与瓦斯突出等几大灾害日趋严重,并且部分煤矿多种灾害同时共存,在此种条件下,矿井火灾的预防和治理更显得突出。
    胡家河煤矿是新建矿井,年设计生产能力为500万吨,2012年10月份开始联合试运转,属于高瓦斯矿井。井田内煤层基本赋存稳定,煤层近乎水平,厚度15~26 m。采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤分层开采,工作面回收率确定为78%。全部垮落法管理顶板。煤层属于高瓦斯易自燃煤层,自然发火期最短为20天。
    胡家河矿采用综采放顶煤技术,冒落高度大、采空区遗留浮煤多,漏风严重,为煤炭氧化提供了充足的反应物,采空区煤炭自燃危险性增大;在强矿压条件下,灌浆巷与回风和泄水巷与进风巷道之间的煤柱被压酥,回风和进风巷道顶板破碎,支护难度加大,工作面及端头支架往前移动缓慢,最终导致工作面推采速度缓慢,给采空区浮煤氧化提供了时间,为采空区的自燃发火提供了充足的条件,从而增加了防灭火的技术难度。
    其次,402103工作面掘进巷道发生大面积冒顶,支护难度大,煤体破碎严重,除了影响工作面正常施工,更容易引发高冒区火灾。高冒落区域煤自燃后,灌浆、注三相泡沫难以驻留,凝胶流量小,并时常发生堵管现象,也不能及时地控制火势的发展。因此要实现矿井的安全生产,在采取综合防灭火措施进行防治火灾同时,针对不同时期的特殊条件还需要采取专门的防灭火措施,保证工作面安全回采,达到煤炭自燃治理目的,从而创造良好的经济效益和社会效益,为具有类似情况的工作面积累相应的防灭火经验。
    本课题在对矿井工作面采空区“三带”测试及危险区域预测、煤自燃基础参数测试的基础上,建立了煤自燃预测预报系统,进行了工作面综合防灭火系统设计并应用于回采工作面,防治了多起CO异常现象,降低了煤自燃灾害发生概率。针对掘进巷道高冒区高温点异常等难题,研发了充填材料,该材料具有低温阻燃的优点,能够封堵破碎煤体裂隙,有效隔绝煤氧化。
    建立胡家河矿煤自燃预测预报系统,实现对重点防火区域的连续自动监测。制定出应急处理预案,建立与监测结果相应的防灭火技术措施,加强对自燃危险区域的治理。根据胡家河矿现有的防灭火技术手段和现场需要,提出建设一套综合的防灭火系统的技术方案,以对采空区、巷道高冒及大面积有隐患的区域实施防灭火措施。
    建立了进、回两巷注胶封堵漏风,架间注胶隔离、灌堵结合的防灭火模式。利用灌浆巷及泄水巷的有利条件,在灌浆巷、泄水巷向工作面上、下隅角顶部施工钻孔,定期灌注凝胶,封堵上、下隅角,防止其向采空区漏风;每隔一段时间,在工作面架间施工钻孔,向采空区注凝胶,形成隔离带,同时在采空区灌注三相泡沫,既防止了水浆流失,又防止了工作面漏风。针对402103回风巷巷道顶板部分出现高冒区域,煤体离层氧化和蓄热,局部形成高温点的情况,研发了无机轻质充填防灭火新材料。
    该项目提出了工作面初采初放阶段利用高抽巷防治采空区煤炭自燃的方法。初采初放时期,采空区走向距离短,不放顶煤造成采空区浮煤多,且工作面俯采,常规的通过埋管及灌浆巷灌注防灭火材料不能有效覆盖浮煤,并容易淹工作面。高抽巷里段有150m的下坡,由401101回顺向高抽巷里端坡顶施工钻孔,灌注防灭火材料,防灭火介质可以在采空区的横向、纵向与垂直方向呈立体状分散,有效的覆盖并浇淋采空区浮煤,产生了良好的降温效果,解决了高抽巷隔绝氧气、煤体降温的问题。
    建立了进、回两巷注胶封堵漏风,架间注胶隔离、灌堵结合的防灭火模式。工作面回采期间,大部分属于俯采,灌注的黄泥浆和三相泡沫容易流至工作面,不能有效覆盖采空区浮煤,同时恶化工作面环境。强矿压导致采空区两侧煤柱破碎,煤质较硬,上下巷道顶煤冒落不充分,造成采空区两端头漏风严重。强矿压造成两巷顶板破碎,导致工作面回采缓慢,煤自然发火危险性增加。利用灌浆巷及泄水巷的有利条件,在灌浆巷、泄水巷向工作面上、下隅角顶部施工钻孔,定期灌注凝胶,封堵上、下隅角,防止其向采空区漏风;每隔一段时间,在工作面架间施工钻孔,向采空区注凝胶,形成隔离带,同时在采空区灌注三相泡沫,既防止了水浆流失,又防止了工作面漏风。
    研发了掘进巷道冒顶区域无机轻质充填防灭火材料。工作面支架前探梁上方或者巷道顶板经常会因为冒落形成空洞或大的漏风裂隙,冒落位置容易积聚瓦斯、一氧化碳等有害气体。特别是工作面支架上方煤体冒落形成较大的漏风通道,易使煤体逐渐氧化产生高温,而引起煤炭自燃。为此研发了无机轻质充填防灭火新材料,该良好的封堵性可将漏风通道封堵,同时其良好的阻燃性可有效防止煤炭自燃,对掘进巷道冒顶区域防灭火工作起到了良好的作用。
    该项目是针对厚煤层、高瓦斯、强矿压条件下工作面采空区和掘进巷道高冒区煤自燃的防治形成的技术体系,具有很强的系统性与适用性,应用该项目研究成果成功治理多起煤自燃灾害。现以胡家河矿为例进行说明。
    胡家河的401101工作面为胡家河矿的首采工作面,初采初放阶段,采空区发生煤自燃,CO浓度急剧上升。且煤层瓦斯涌出量较大,采空区瓦斯浓度较高,为防止引起瓦斯爆炸必须快速治理煤自燃灾害。治理的初期利用上隅角预埋的管道灌注三相泡沫、黄泥浆等防灭火材料,CO浓度始终没有下降,而且大量水浆涌至工作面,造成工作面环境恶化。经研究和分析,高抽巷下部正是遗煤较多,且容易氧化的区域。于是在回风巷向高抽巷布置3个钻孔,孔长约80m,通过钻孔利用高抽巷灌注防灭火材料,居高临下对煤氧化区域进行浇淋。实施后CO下降明显,成功治理了初采阶段的煤自燃。
    该工作面正常回采阶段,受断层、矿压的影响,进、回风巷的顶板破碎严重,造成工作面推采速度缓慢,采空区发生了多起煤自燃事故。经过分析,提出了在两巷注胶封堵漏风、架间注胶隔离,灌堵结合的防灭火方法,并成功治理了多起采空区煤自燃事故。为了使煤自燃防治更为主动,根据“三带“分布和工作面推进速度,大约每间隔1个月的时间实施一次该治理方法,并逐渐将其作为常态化的采空区煤炭自燃治理模式,取得了良好的防灭火效果。
    胡家河402103工作面回风巷掘进期间顶板破碎出现多处高冒区,破碎煤体氧化,有的氧化区域甚至出现明火,利用钻孔往火区灌注了无机充填材料,成功快速地治理该巷道的多处高冒区火灾。另外,应用该防灭火材料, 402103运输巷、2号回风大巷等巷道的多处高冒区煤自燃也均得到有效控制。
    随后项目的研究成果在胡家河矿、大佛寺煤矿、小庄煤矿、文家坡矿的10多个工作面和掘进巷道得到了广泛的推广应用,在高瓦斯、冲击矿压和易自燃的复杂地质条件下,有效地控制了综放工作面采空区和掘进巷道高冒区的煤炭自燃,保障了矿井的安全生产,为彬长集团创造了显著的经济与社会效益。(胡家河矿宣)
编辑:弯桂清


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