极软易燃特厚煤层防灭火技术范文

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《煤矿开采杂志》2014年第三期

立体化防灭火技术是针对朱仙庄矿煤层自然发火期短、煤层极松软、断层构造多的防灭火难点研发提出的，是以高冒区快速充填－上下隅角快速堵漏－采空区大流量注复合阻化泡沫为主的煤自燃灾害立体化综合防治技术。

1高冒区快速充填防火技术

极软特厚煤层在开采时，煤体易破碎和冒顶，形成空洞，因此，防治煤层自然发火的重点是防止形成微风供氧和蓄热条件。朱仙庄矿发明运用MCA高分子材料防灭火技术。

1.1MCA高分子材料的特点MCA高分子黏度好，凝固时间和硬度易调节，无需喷浆堵漏，工艺简单。具体注胶工艺见图1。

1.2MCA高分子材料应用效果(1)水玻璃溶液和MCA高分子促凝剂溶液混合后，形成果冻状塑性胶体，充填堵漏效果好。混合液易渗入煤体裂隙中。可充分包裹煤体使不连续的小煤块融为整体，从而使煤体与氧的接触面积大大减少、煤的氧化放热速度降低，达到隔绝漏风，杜绝供氧的目的，效果显著。(2)该材料在成胶过程中为吸热反应。果冻状的胶体含水率在94%左右，能起到理想的降温灭火效果，且具有很强的保水、阻燃和受压性能。(3)该材料最大的优点在于可以对未喷浆的高冒处直接实施充填，能解决喷浆所引起的工期紧、材料运输难度大、材料投入多等不利因素。因此，新型MCA高分子材料在851，853，873，II865及876机、风巷等巷道冒高处进行应用，成功地消灭了冒高处自然发火隐患，取得了很好的效果。

2隅角快速堵漏防火技术

利用加10%的快速垒砌材料的碎煤袋快速封堵工作面上、下隅角，从而减少采空区漏风，减缓采空区遗煤的氧化速度，达到防灭火目的。(1)工作面初采期间，用快垒料碎煤袋作隔离垛对上、下隅角进行封堵。垛墙厚度在1m以上。每间隔10m封堵一道，至切眼进入滞息带为止;正常回收后，向上、下隅角内洒高分子材料;对采空区不能垮实的地点，用艾格劳尼进行充填。(2)在工作面机、风巷距停采线50m开始，加强工作面上、下隅角的充填堵漏，每间隔10m采用快垒料碎煤袋进行封堵，垛墙厚度大于2m。(3)工作面收作完成后，在工作面停采线上、下端头用快垒料碎煤袋各施工一道5m垛墙，然后紧贴垛墙施工永久封闭，垛墙与闭墙之间用胶充填，外墙采取气密性处理，先喷浆，再用胶喷涂，同时对预留的注浆管进行保护，最后施工总封闭。(4)过断层时，工作面上、下隅角除正常的回柱充填外，在工作面机、风巷分别距断层10m位置开始，在跨断层范围内每隔10m采用快垒料碎煤袋垛墙对上、下隅角进行封堵，垛墙厚度大于2m。封堵范围:下隅角由机巷下帮至第1架架尾，上隅角由风巷上帮至最上一架架尾。见图2所示。

3复合阻化泡沫防灭火技术

3.1复合阻化泡沫的制备复合阻化泡沫是由固态不燃物、惰性气体(N2)和水三相防灭火介质组成。其制备过程为:在制浆站里将水与粉煤灰按一定比例搅拌混合，通过压力泵和定量螺杆泵将发泡剂输送到注浆管路，浆液与发泡剂和阻化剂在混合器中混合后，再与接入的氮气相互作用产生含固体颗粒的复合阻化泡沫，复合阻化泡沫利用注浆管路注入防灭火区域。

3.2复合阻化泡沫的工艺流程根据复合阻化泡沫的制备工艺以及朱仙庄矿井下的实际情况，制定了注复合阻化泡沫的工艺流程，如图3所示。在风巷离停采线60m处，利用原交替埋设的2趟灌浆管对上隅角采空区灌浆，同时工作面每推进15～20m距离再铺设一趟灌浆管路向采空区和上隅角进行灌浆或灌注三相泡沫。

3.3工程试验结果分析在873综放工作面采空区进行工业试验。总共向采空区注黄泥浆约1830m3，复合阻化泡沫57000m3，浆液从采空区流出量很小。23d后，从综放面支架后面采空区各个地方的煤体裂隙中看到了复合阻化泡沫扩散出来。试验结果表明复合阻化泡沫已经均匀充满了整个采空区，并进入了煤体的裂隙和漏风通道，有效地包裹了整个采空区低、高处的浮煤，封堵了采空区的煤体裂隙，对采空区内存在的自然发火隐患进行了有效地控制。

4注氮防灭火技术

注氮防灭火的实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定量的氮气，使其氧含量降到10%或3%以下，以达到防灭火的目的。具体做法是在工作面停采前60m开始，从下隅角埋设一趟直径50mm的注氮管路，然后每隔15m再预埋一趟，并从架尾向工作面上方延伸4m左右，最里端的1m处预埋管用花管并用钢丝网缠绕保护，以利于氮气的溢出及扩散。同时，风巷预接一路50mm注浆管，管口与发泡器相联，做好注三相泡沫的准备。如图4所示。

5其他辅助防灭火技术

5.1预测预报技术(1)在综放工作面上隅角及回风流中安装温度和CO传感器，实时监测工作面温度、CO浓度变化情况。综放工作面各传感器安装见图5。(2)采煤工作面测气员配备CO便携仪，对工作面上隅角、束管、架尾、架间、回风流等中CO情况随时进行检查。(3)利用上隅角埋设的束管，对采空区CO进行检查，并定期取样化验，同时，利用CO检测管对架尾、架间进行检测。

5.2防火钻孔工作面防火收作期间，在工作面风巷或高位钻场煤层顶板处设计施工防火钻孔，并且使钻孔覆盖停采线，同时，将防火钻孔联管向采空区内灌注三相泡沫或灌浆。工作面停采收作期间，必要时可利用高位钻场瓦斯抽排钻孔，向工作面采空区进行注浆(三相泡沫)，以消除现存煤层自然发火隐患。

5.3调整工作面风量适当调整通风系统，降低工作面通风阻力。工作面回采至停采线约10m处时，在满足需风量要求的前提下，尽量降低工作面风量(由1200m3/min降至600m3/min左右)，从而减少采空区漏风量。

6立体化综合防灭火技术效果

采取立体化综合防灭火技术，矿井Ⅱ863综放工作面采空区自然发火隐患能得到有效地控制。采用综合防灭火技术后Ⅱ863工作面采空区内CO，O2，N2变化情况如图6所示。经过传统的防灭火技术、连续灌注复合阻化泡沫和采空区注氮，从采空区的气体分析可看出，O2和CO浓度持续下降，O2的浓度长期保持在5%以下，实现了极软易燃特厚煤层立体化综合防灭火，有效控制了煤炭自燃的发生。

7结论

针对自然发火期短、断层多、煤质极软的特厚煤层，朱仙庄矿打破传统模式，提出了立体化防灭火技术，并在矿井进行了广泛应用，取得了显著效果。(1)通过向顶部高冒区注MCA高分子材料，降低了煤的氧化放热速度，达到隔绝漏风，杜绝煤炭自然发火。(2)采用加有10%的快速垒砌材料的碎煤袋等对工作面上、下隅角进行封堵，能有效控制采空区的漏风。(3)通过向高瓦斯采空区灌注复合阻化泡沫，消灭了高位火源，有效控制了采空区自然发火，实现了采空区埋管－钻孔－架间插管的全方位大流量注复合阻化泡沫防灭火。(4)辅以其他传统的防灭火技术，实现了高瓦斯极软易燃特厚煤层立体化综合防灭火，有效控制了煤炭自燃的发生，取得了显著的经济效益。

作者：陈贵单位：中国矿业大学安全工程学院淮北矿业股份有限公司朱仙庄煤矿