双顶煤矿煤层自然发火事故的预防与处理

　　双顶山矿业矿业股份有限公司是由原长春市属地方国有双顶煤矿经股份制改造而来的，该矿是自然发火较严重的矿井。自1990年建矿以来，自然发火事故频繁(1990-1999年累计发生自然发火事故48起)，造成损失煤量近 100万 t，严重影响正常的安全生产，给企业带来了巨大的经济损失，也使该矿井正常的生产经营难以维持。1999年以来该矿通过认真总结和吸取历次矿井自然发火的经验教训，理论联系实际因地制宜摸索出一套简单易行的处理回采工作面自然发火和矿井局部火灾的方法。成功地抑制了采空区和巷道局部自然发火，取得了良好的经济和社会效益，6a来该矿没有因火灾而影响安全生产的事故，安全生产形势每年都有1个稳步提高。
　　1 矿井概况把安全工程师站点加入收藏夹
　　双顶煤矿采用片盘斜井开拓，采用两主一副中央并列式抽出通风，矿井总回风量2 400 m3/min，属高瓦斯矿井。设计产量30万t，现投产1个采区，年产量30万t，所采煤层为中生代下统营城组，煤种属长烟煤，煤层属单一煤层，煤层厚度5一15 m，煤层倾角400 -- 60’左右，工作面采用水平分层单体ii钢放顶煤壁式采煤法，采2m放13 m，煤层极易自然，自然发火期为1-V2个月，最短为 15 d，煤层爆炸指数为46%。
　　2 易自然发火地点
　　(1)回采工作面采空区。由于工作面两端压差造成工作面采空区的漏风，厚煤层回采空区遗煤多，受多种因素的制约，有时推进度缓慢，造成采空区、上下两道浮煤氧化自然;由于煤层倾角较大，煤层易破碎，造成开采中上部采空区中灼热的遗煤进人新采空区迅速氧化而引起自燃。
　　(2)巷内部局部高冒和独头巷道。回采工作面上下顺槽在掘进过程中，遇煤质疏松、地质构造带挤压、地应力增大等有局部冒顶现象，但在处理冒顶时未及时采取有效充填和封堵措施，在空气扩散作用下微风串人，其浮煤体长期与氧气接触产生的热量不易扩散，导致局部升温发火。独头巷道扩散通风氧化温度不易扩散，积存浮煤缓慢氧化导致自燃。
　　(3)闭区正压密闭前自然发火。煤巷密闭由于封闭不严、掏槽深度不够，造成密闭四周漏风及煤层裂隙发育造成漏风等原因，导致正压密闭上、下部浮煤氧化或闭区浮煤自燃。
　　(4)巷道交叉点。巷道交叉点由于地压力大影响，煤巷四周松动圈范围扩大，裂隙增多由负压作用造成裂隙漏风浮煤氧化自燃。
　　3 自然发火的预防和处理
　　3.1 采空区及闭间灌浆堵漏防灭火
　　(1)灌浆防灭火是该矿经常使用的防灭火手段，它具有成本低、操作简单、效果显著的特点，通常采用采区上水平设简易搅拌灌浆站利用静压或注浆泵，通过管路辅到采区上下两道，对工作面开切眼、停采线进行预防性注浆防止自然发火。
　　(2)区段结束后对空区及时密闭，一般采用双道密闭，根据煤壁四周裂隙发育情况确定密闭间距为
　　1.5 m，对密闭中间进行注浆以减少或杜绝漏风，防止自然发火。
　　3.2 注胶防灭火
　　(1)对高冒难以处理的煤巷巷道，根据服务时间长短分别采用砌筑料石、砖、木板防火暄的方式对暄后冒区进行注浆或注胶体充填防止暄内浮煤氧化。
　　(2)对于采区上下顺槽煤巷的局部高冒已造成局部高温采取错施:一是打钻注水注浆来降温灭火;
　　二是采取注凝胶来防灭火。凝胶采用碳酸氢按和水玻璃溶液混合后生成，用注胶泵或泥浆泵将凝胶注人浮煤后一是吸收热量，降低煤体的温度;另一方面堵塞煤体间隙，覆盖在煤层上面，阻止空气的流动，使之不再氧化达到防灭火的目的。凝胶的配置根据成胶质量及反应时间确定 2种溶液的浓度，现场易掌握，结合实际选择如表适宜的凝胶配方。该方法操作简便，灵活机动，可同时起到防火和降温的作用，同传统的注浆防火措施比，具有水分流失慢，一旦流失可定期补充的特点，预防周期延长，几年来应用效果非常显著。
　　3.3 均压防灭火
　　均压防灭火是双顶煤矿采用的主要的方灭火手段。主要有开区均压，闭区均压和联合均压。
　　(1)开区均压防火。由于采区推进速度慢等等原因，使遗留在采空区自然带的浮煤随着时间的增长充分氧化生热，导致自燃。在这种情况下，必须提前采取措施，该矿是在回风道CO见量时(一般以达到0.002%为界线)，超过界线采取开区均压的方式进行预防自然发火，即在工作面上回风道设置调节风压设施，使风流受阻，增加工作面回风侧及上隅角风压，减少工作面人排风道间通风压差，漏风带缩短，随之而来的是采空区内原有的自燃带宽度变小，窒息带前移，已发展起来的自然现象也会得到抑制，几年来的实践效果非常明显，可以有效延长自然发火期，提高了煤炭的回采率.
　　(2)闭区均压防灭火。在回采过程中，由于煤层倾角变大，造成回风道以上阶段煤柱受到破坏，上部采空区内已氧化的浮煤灌人新采空区内继续氧化，往往造成采空区火灾，回风道CO浓度迅速增长，此时要在采空区上下巷分别建立2道密闭墙，进行隔绝灭火，控制火情。由于采区巷道压力较大，很难闭严，往往封闭后回风道CO浓度仍较高，此时根据具体条件在上巷或下巷利用2.0 kW局部通风机进行闭区均压，降低两侧密闭压差，减少密闭漏风，防止火灾气体危胁回风巷内人员安全，空区内漏风减少，火灾很快熄灭。
　　(3)连通管均压。即把采区的正负压密闭外建均压室，利用连通管相连或与正负压相连使正负压密闭前压力相等等达到减少漏风的目的。2001年2月该矿一井采区发生采空区自然火灾，此时距停采线30 m，回风流中co浓度达到0.05%。强行封闭几天后，由于密闭前后围岩裂隙甚多，造成漏风后引起采空区瓦斯空爆，几次闭间灌浆也效果甚微，后采取往采空区注水方式，水迅速淹没了人风侧密闭，空爆才得到了抑制，由于注进去的水再漏出来，增大了排水难度，于是维持几天后，在采空区上部、中部密闭前设调压室，利用150 m可塑性385#风筒与外部上山相连，使回风侧密闭前压力与人风侧闭前压力基本均衡，经U型压差计实测压差<10 Pa水柱(均压前压差为80 Pa水柱)，漏风大大减少，回风侧co碳浓度也迅速稳定下降，火区熄灭了，实现了对下段煤炭进行了成功回采．　　
　　3.4 风机 风门调节风门联合均压
　　该矿一井2004年将原来的非正规采法改为水平分层单体。二钢放顶煤壁式采煤法后，工作面长度为15一20 m，采2m放13 m，工作面风量230一250衬/min，工作面产量增加，回采率提高，工作面推进度降低28 m。开采1个月后，回风顺槽CO浓度为0.006%，上隅角CO浓度为0.06%，在采取开区均压效果不大的情况下决定采用正压开采，即在人风顺槽设2道相距 5m的风门，风门外设 7.5 kW对旋局部通风机，用直径 0485 mm风筒供风，在回风顺槽出口处设置2道调节风门，风门上设置调节风窗，在风门外设置水柱计测试风门内外压差，使工作面在接近正压下回采。采取措施之后，工作面的有效风量为210---230 m3，工作面的风压通过改变风门上风窗面积大小来调节，其风压的大小直接关系到工作面防火和释放瓦斯效果。如果风压过大虽然能把瓦斯压人采空区深部，但将使采空区漏风加大，氧化带变宽;如果风压过小，则不能把瓦斯压人采空区工作面瓦斯超限达不到正压通风的目的。经反复考察实测调节风门前后压差在40 - 50 Pa时，上隅角、回风道co逐渐下降，通过一个圆班的回采，CO浓度迅速下降到0.002 4%以下，经过 4个月的回采，回风侧CO浓度基本消失，只有上隅角CO浓度在0.003 % -0.006%之间，效果非常显著。工作面月推进度仅为30-40 m，当采下分层时同样采取正压通风的方式收到明显的效果。一年多来的回采，采空区没有出现自然发火现象，保证了工作面的正常回采。以科学理论为依据，再以实践为基础，走出了一套理论联系实际，综合防治自然发火的路子，取得了较好的经济效益和社会效益。总结经验和教训，该公司虽然在防灭火工作中取得了初步成效，但随着开采深度的增加，自然发火日趋严重，在进一步完善现有消防火设施和办法的基础上，需不断研究新方法、采用新技术，加大安全投人，因地制宜地走出1条综合治理矿井自燃火灾的路子，为安全生产保驾护航。
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