液態二氧化碳防滅火技術在徐莊礦7139(2)工作面的應用

作者:喬寧 李東良  來源:安全管理網 
評論:  更新日期:2019年07月17日

摘 要:徐莊礦7139(2)工作面為下分層開采,上分層開采時由于斷層原因,采空區內留有大量遺煤,下分層工作面形成后,因上、下分層間存在漏風通道,導致7139工作面上分層采空區內發生煤炭自燃。本文從分析導致自然發火的主、次要原因入手,認真總結、研究了該面滅火措施。該面首先從封閉火區,切斷火區供氧,減小火區范圍入手,然后向發火區域壓注液態co2進行滅火,并嚴密監測,最終使火源熄滅,恢復正常生產。

關鍵詞:自然發火 封閉 滅火 壓注 監測 效果分析

1 7139(2)工作面概況

7139(2)工作面上部為7137采空區,下部為F15斷層和7198工作面。工作面走向長446m,傾斜長130m,工作面可采面積60964m2,地質儲量20.3萬噸,按93%回采率計算,可采儲量為18.9萬噸。

工作面內沿走向方向共布置二條主要巷道,巷道為架棚支護,材料道位于東五軌道一甩道,全長481米;溜子道位于東五下口與東五平皮帶相通,全長502米;切眼長137米。回采范圍內煤層基本為單斜構造,煤層產狀:347°∠12°~23°,淺部傾角較小,深部傾角較大。溜子道6號點附近由于斷層影響,地層角度較大。兩道及切眼工揭露8條斷層,最大落差H=1.5m,皆為正斷層。據上分層回采資料,面內發育8條正斷層,最大落差H=4.0m。水文地質方面:工作面水文地質條件簡單,頂部上分層已先期回采完畢,局部老塘少量積水在工作面掘進過程中已經放出,預計工作面回采時老塘涌水量小于5m3/h。該工作面煤層瓦斯含量低,煤塵為強爆炸性。

7139(2)工作面自2010年1月形成后進行了封閉備用。2010年5月工作面啟封,開始安裝準備,至2010年12底該工作面已基本安裝完畢(煤機未安裝),形成了生產系統。

2 工作面發火原因分析、發火地點判斷及處理過程

①.發火原因分析

a.上分層采空區由于斷層原因存留了大量煤炭是導致發火的根本原因

上分層工作面由于受到兩條斷層(落差分別為2.4和2米)影響,造成上分層采空區內丟失大量的煤炭。由于下分層工作面與上部采空區存在漏風通道,沒有及時進行堵漏,加快了采空區內遺煤氧化進程,是導致工作面發火的根本原因。

b.下分層與上分層采空區存在漏風通道,上分層采空區通過上分層巷道與7198采空區相互連通形成漏風通道是導致工作面發火的重要原因之一

由于工作面為下分層,使得本身下分層巷道與上分層采空區之間存在漏風通道,(由于上下巷同時噴漿工作量非常大,著火前下巷頂部噴漿段僅僅完成了180米)造成向上部采空區漏風;同時由于下部為7198采空區,通過上分層巷道(封閉墻體可能由于壓力作用壓裂損壞),極易造成與下部7198老空區相通,形成串聯漏風通道,加大采空區漏風導致上分層遺煤發火的重要原因之一。由于向上部采空區漏風,致使無法從下分層巷道觀測出異常現象,也是導致煤炭自燃未能及時采取控制措施的重要原因。

c.上分層開切眼在回采結束后沒有進行大量注漿,造成采空區的遺煤呈分散狀態,未實現與氧的有效隔離,也是導致煤炭自燃的重要原因。

d. 煤層自然發火期較短是導致上分層采空區遺煤自燃的客觀原因

徐莊煤礦煤層易自然發火,發火期一般為5-7個月,最短發火期不到一個月,由于該工作面安裝時間較長,使得上部遺煤長期處于緩慢氧化狀態,從而導致遺煤氧化,發生自燃。

e. 工作面安裝過程中替棚作業破壞了下分層的再生頂板,造成漏風加大,從而也加速了采空區遺煤氧化、自然發火進程。

②.7139工作面自燃點判斷

經過分析研究,認為7139(2)工作面自燃點有2處,它們分別是開切眼下口頂煤段和工作面20#架附近上分層采空區由于斷層原因遺留浮煤段。

a. 開切眼下口頂煤段

由于上下分層巷道內錯,造成開切眼下口存有大量頂煤(呈三角分布),受壓力影響造成頂煤破碎,從而導致煤炭自燃。

b. 工作面20#架附近上分層采空區由于斷層原因遺留浮煤段

距開切眼下口向上28米段為一落差2.4米的斷層,造成上分層采空區內在斷層區域處遺留有一定量的煤炭,并且呈堆積破碎狀態,從而導致煤炭自燃。

c. 自燃征兆突然性的判斷

該工作面在有煙霧冒出前一天,工作面防火人員進行巡視時,沒有發現煤層自燃的明顯征兆(掛汗和煤焦油味等),至29日中班發現時,工作面下巷已經有大量煙霧。出現這種突然性情況,初步分析有2個方面的因素:

a.由于工作面存在漏風通道,且是向上部采空區漏風,從而掩蓋了自燃點的某些征兆,以至于在煤炭自燃初期沒有及時發現。

b.由于頂煤緩慢氧化,以至形成燃燒,最后導致架棚或支架頂部的背板等可燃性的支護材料發生燃燒,從而失去支護功能,使得上部的高溫煤炭落入下分層巷道內,加劇了燃燒,燃燒導致支護徹底失去作用,從而造成上部浮煤更大范圍的向下冒落,使下巷突然出現大量煙霧。

③. 處理過程

2010年12月29日中班16:00發現工作面下巷有煙霧冒出,由于煙霧較濃,難以接近著火點進行直接滅火,因此決定封閉工作面。

12月29日中班18:30分在材料道外口打板墻一道,并噴涂了快速密閉材料控制漏風,在溜子道打板墻一道,也采取了同樣措施。

12月30日凌晨6:00在材料道板墻外砌筑了一道500mm厚的磚墻,溜子道板墻外砌了一道380mm厚的磚墻。

12月30日13:45分,開始向工作面壓注CO2滅火,CO2釋放口在切眼內從材料道向下30米處。

壓注CO2期間,于2011年1月1日早班對7139皮帶聯絡巷密閉墻進行了處理,將下口板墻向里挪移,在外口另構筑1道板墻,并在兩墻中間壓注羅克休并對外口板墻進行了噴漿堵漏風處理。

2011年1月1日早班在材料道及溜子道外口外復建密閉墻各一道,在墻中間壓注了羅克休,并對墻體及兩幫進行了噴漿堵漏風處理,噴漿厚度約為100mm。(封閉密閉墻位置如下圖所示)

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3 滅火措施

根據對7139(2)工作面存在2處自燃點的判斷,加之上述兩點的位置較為特殊,深入研究后,采取了在地面將液態CO2直接汽化成氣態CO2的方法,經由注漿管路選擇適合的釋放口位置輸送到2個發火點。釋放口的選擇位置為距離上口向下40米處。采用大流量、高濃度、長時間注CO2氣體的措施處理這兩處自燃隱患點,使得CO2氣體充滿了整個7139(2)工作面并向上分層擴散,最終將上述2處可能存在的火點窒息。

4 壓注后氣體監測

①.合理建立氣體監測點

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合理準確的設立監測點,全面系統準確地監控工作面內部的發展變化情況是整個防滅火工作的關鍵,不僅可以準確地反映各種防滅火措施的實施效果,而且可以為下步滅火工作重點的調整提供依據。針對7139(2)工作面情況及井下巷道布置現狀,逐步建立和完善了井下8個監測點,為防滅火工作的順利開展奠定了堅實的基礎。這8個火區監測點分別是(見圖:7139(2)工作面氣體監測測點布置示意圖):

7139(2)工作面氣體監測測點布置示意圖

②.規范井下取樣操作

嚴格規范取樣測定操作,做到定點、定人、定時。采取井下現場人工監測、取樣色譜分析化驗相結合的監測手段,提高監測數據的可靠性。要求井下取樣測定由礦救護隊和通風班完成,嚴格按照井下布置的8個測點進行監測,按照操作規程要求認真仔細地檢查好每一點。取樣監測的人員要相對穩定,每個點至少有一名老隊員,確保監測工作的連續性及取樣地點的準確性。

5 工作面壓注效果分析

通過采取上述密封、壓注液態CO2等措施,從上、下巷封閉的墻體內監測的數據分析總結如下:

①.密閉墻在壓注CO2時三個密閉墻墻內壓力均高于墻外壓力,杜絕了向工作面內部漏風的可能性。

②.在1月17日停止了壓注CO2,停注后發現材料道密閉墻墻內壓力始終低于墻外壓力,而溜子道及皮帶聯絡巷密閉墻內外壓力變化起伏較大。故依據1月1日至1月16日送到公司化驗的7139(2)上下兩巷密閉墻內氣樣數據分析,材料道及溜子道內CO、O2濃度,從1月1日至1月16日止基本呈下降趨勢,CO2濃度呈上升趨勢,其中材料道內CO濃度從5048ppm下降到8ppm,O2濃度從19.8﹪下降到2.37﹪,CO2濃度從6.2﹪上升到65.5﹪。溜子道內CO濃度從17179ppm下降到6ppm,O2濃度從19.8﹪下降到1.83﹪,CO2濃度從6.2﹪上升到75.2﹪。切眼內CO濃度從11190ppm下降到9ppm,O2濃度從19.8﹪下降到1.58﹪,CO2濃度從16.96﹪上升到83.89﹪。

③.從封閉至1月17日止,共向工作面內壓注CO2約300噸,采取的是一種主動滅火措施。另外切眼內CO2濃度高達80﹪以上,O2濃度維持在5﹪以下,又因為不壓注時,墻外壓力高于墻內壓力,并且墻內外壓差較大,墻體密封較好,無法取得工作面內的氣樣。綜上分析認為:7139(2)工作面內的自燃隱患點已經得到了有效控制。

該面于2010年2月成功啟封,8月24日回采完封閉,期間未再發生煤炭自燃。

6 結束語

徐莊礦7139(2)工作面自發現明顯的發火征兆至恢復正常生產歷時1月有余。經過該礦有關技術人員的細致分析,深入研究,采取了先封閉火區再向發火區域壓注液態co2的滅火措施。期間首先建造多道密閉墻,并做了向墻面噴漿和在墻體間壓注羅克休處理,切實堵塞了漏風通道;之后合理確定釋放口位置向火區壓注co2氣體,并同時加強壓注期間的監測工作,嚴密監測密閉墻內外的壓力及氣體成分變化,取得了顯著的控制自然發火的效果,在較短時間內使火源全部熄滅。這種滅火措施對同樣條件的工作面發生煤炭自燃,在采取滅火措施時,具有一定的借鑒和指導意義。

限于作者水平,文中定有不妥,懇請同行予以批評指正。

作者簡介:

喬 寧:高級工程師,國家注冊安全工程師,1989年從事礦山救護工作,歷任大屯煤電公司救護大隊一中隊副中隊長、中隊長、直屬中隊中隊長、副總工程師,現為中煤華晉集團有限公司救援中心副主任。

李東良:工程師,國家注冊安全工程師,2003年在大屯煤電公司徐莊煤礦參加工作,歷任徐莊煤礦通風科技術員、副科長,現為中煤大屯公司徐莊煤礦通風科科長。

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