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山 西 省 煤 炭

優(yōu) 秀 學 術(shù) 論 文 評 審 表

 

  論文題目  白洞礦井石炭系煤層開采綜合防滅火技術(shù)研究                         

 

  申報學科組                 學科組代碼          

 

 作者姓名  趙晨德 職稱    高級工程師    年齡  41       

 

 工作單位 （詳細）    同煤集團同家梁礦 職務(wù)  同家梁礦礦長       

 

 通訊地址      同煤集團同家梁礦          郵編       037025     

 

聯(lián)系電話     0352-7063149                       

 

 

 

      推薦單位         同煤集團科協(xié)                                

   

                                          年   月    日

表一   論文摘要 （白洞煤業(yè)公司利用防滅火措施，消除了煤炭自然發(fā)火隱患，實現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)，為存在自然發(fā)火隱患的礦井提供了可借鑒的技術(shù)經(jīng)驗。 1. 礦井概況 2. 礦井“一通三防”概況 3. 礦井防滅火概況 4. 石炭系開采情況 5. 掘進現(xiàn)狀和掘進期間的防火措施 6. C5#層301東部盤區(qū)8102工作面回采期間的防火措施 由作者本人填寫） 7. 全文主要結(jié)論 8. 今后工作展望
所報學術(shù)會議 及報送年月
在何種刊物 上發(fā)表過	科技信息國際刊號ISSN1001-9960國內(nèi)刊號CN37-1021/N總第328期2010年第8期

 

表二   申報單位初評意                                                             申報單位負責人簽字                                   申報單位蓋章                                              年  月  日

表三  省學會評委會專家意見                                                   審閱人簽字                                            年   月   日

 

 

 

   白洞礦并石炭系煤層開采綜合防滅火技術(shù)研究

同煤集團白洞煤業(yè)公司（現(xiàn)同家梁礦 ）趙晨德

[摘 要]白洞煤業(yè)公司利用防滅火措施，消除了煤炭自然發(fā)火隱患，實現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)，為存在自然發(fā)火隱患的礦井提供了可借鑒的技術(shù)經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]煤層開采  綜合防滅火  技術(shù)研究

一、 礦井概況

白洞煤業(yè)公司井田地處大同煤田之東南部，位置距大同市西南22.5公里口泉溝中部 ，其地理坐標為：東經(jīng)1l2°59′49"～113°04′06"、北 緯39°58′38"～40°01′11"。東距大運高速路 22.5公里，礦內(nèi)有大同至王村運煤鐵路專線經(jīng)過，并每日有客車通行，有公路相通，交通便利。井田的北部和東北部與同家梁礦井田相鄰，兩部與南部與四老溝井田接壤，東南邊界為大同盆地東南翹起的煤層露頭區(qū)。井田呈北西一南東向，長約 6.3km，北東一南西向?qū)捈s2.2km，侏羅系井田面積為13.85km²，石炭系井田面積為8.27km²。

白洞煤業(yè)公司是原白洞礦資源枯竭關(guān)閉破產(chǎn)后，于 2001年 11月重組成立的礦井。礦井于1955年興建，1958年投產(chǎn) 。井田內(nèi)侏羅系共有 可采煤層9層 ，現(xiàn)已基本采完。在 11#層和 14#層兩個主采層中只剩下部分大巷煤柱未回收?，F(xiàn)僅剩余可采儲量 87萬噸，故延深開采石炭二 迭系煤層，石炭系井田共有 3^#、5^# 、6^# 、7^# 、8^# 、9^# 六層煤，表內(nèi)儲量為22471萬噸，可采儲量為 9666.6萬噸，其中c3^# 層中可采儲量為 409萬噸，C5 ^#層可采儲量為5705.9萬噸，現(xiàn)在全井田剩余儲量為21298.1萬噸。礦井原設(shè)計能力為9O萬噸，1979年改擴建后設(shè)計能力為160萬噸∕年，后因侏羅系煤炭資源枯竭于2002年10月開始開采石炭二疊系煤層，2006年核定生產(chǎn)能力為180萬噸，通風能力為240萬噸。礦井現(xiàn)開采C5 ^# 層301盤區(qū)，礦井開拓方式為立井、斜井開拓 。

二、礦井“一通三 防”概況

礦井采用 中央并列抽出式通風。礦井有獨立 、完整 、穩(wěn) 定的通風系統(tǒng)。有三個進風井 (副立井、羊澗溝斜井和三井溝斜井 )，一 個回風井(西風井)。西風井安裝兩臺型號為 2K60—4一NO．28軸流式改造型主要通風機，其中一臺正常運轉(zhuǎn) ，一臺備用 。主要通風機電機功率為1000KW，葉片角度為0°。礦井總進風量為 9029m³／min，其中副井進風量5448m³／min，羊澗溝斜井進風量為 3306m³／min，三井溝斜井進風量為275m³／min，礦井總回風量為9406m³／min，靜壓 1578Pa。礦井內(nèi)各盤區(qū)均有專用回風巷，各采掘工作面、峒室等均實現(xiàn)獨立通風系統(tǒng)。

礦井屬于低瓦斯礦井，2008年瓦斯鑒定為：礦井瓦斯絕對涌出量為 1.12m³／min，相對涌出量為 0.45m³/t； 二氧化碳絕對涌出量為20.9m³／min，相對涌出量為8.31m³／t。其中侏羅系 11^#層和14^#層瓦斯絕對涌出量為O.42m³／min，二氧化碳絕對涌出量為 17.77m³／min。石炭系C3^#層和C5^#層瓦斯絕對涌出量為0.7m³／min，二氧化碳絕對涌出量為3.8lm³／min。

三、礦井防滅火概況

礦井現(xiàn)有一個火區(qū)，即侏羅系11^#層 后石門火區(qū)，火區(qū)面積為31.2萬平方米，開采時間為 1971—1979年，發(fā)火時間為 1976年7月初發(fā)，1987年8月復燃，經(jīng)過均壓、灌漿等方法進 行滅火，現(xiàn)處于穩(wěn)定窒息狀態(tài)。礦井原存在后石門火 區(qū)，到 2009年11月15日已灌漿 4.19352萬 m³黃土，并通過取樣分析 、檢查 、化驗火 區(qū)外 圍密閉無一氧化碳 、乙烯 、乙炔泄出，溫度(其中火區(qū)溫度16℃ 、密閉外水溫12℃)、壓能與系統(tǒng)溫度 、壓能無差異；火區(qū)內(nèi)的氧氣濃度為4.28％?，F(xiàn)已上報了火區(qū)注無銷報告對后石門火區(qū)進行注銷；礦井并成立了巷道維護組，對專用回風巷進行清理，對風橋進行墊坡，保證了流線型，并定期由區(qū)領(lǐng)導進行督促檢查，采用錨噴支護，實現(xiàn)了無煤塵堆積、無雜物，失修率為零，每周至少對火區(qū)、采空區(qū)外圍密閉、盤區(qū)回風巷、回采工作面及可能發(fā)熱的地點取樣化驗分析一次，及時掌握火區(qū)、采空區(qū)等區(qū)域自燃發(fā)火動態(tài)，并且每月有一份火情分析報告，預防火災(zāi)事故的發(fā)生 。

四、石炭系開采情況

礦井現(xiàn)開采C5^#層 301盤區(qū) ，礦井開拓方式為立井 、斜井開拓，在301盤區(qū)內(nèi)布置了一個綜采隊(8103工作面)，四個機掘隊：機掘一隊(5102—1巷)、機掘二隊(2102巷)、機掘三隊(8110—1備用面)、宏泰28隊(5102巷)，一個炮掘隊：宏泰 14隊(C5^# 層東部水倉)。

五、掘進現(xiàn)狀和掘進期間的防火措施

礦井存 C5^# 層 301盤區(qū)東部布置一條東部皮帶巷、一條東部軌道巷和延用原2112巷為東部回風巷，回入 C3^# 層301盤區(qū)北部回風巷。皮帶巷沿底掘進，軌道巷沿頂掘進，回風巷沿 C3^# 層頂掘進(C3^#層煤不可開采)三條巷全部采用錨噴支護并對軌道巷進行了底板硬化處理，實現(xiàn)了不見煤，無雜物，有效的杜絕了發(fā)火現(xiàn)象，盤區(qū)采用后退式開采，準備先在東部礦井邊界處開拓形成一個8102綜放工作面，兩順槽長度為600米，即C5 ^#層 301東部盤區(qū)8102工作面設(shè)計為傾向長壁后退式綜合機械化采煤工作面，在煤層自然發(fā)火期內(nèi)已能夠全部開采完畢，采用三巷布置方式，頭、尾、高頂巷三巷及工作面切眼均為矩形斷面。兩條順槽(2102巷、5102巷)均沿 C5^#層煤層傾向布置，沿底掘進；一條高頂巷(5102—1巷)沿 C5^# 層煤層頂掘進；工作面切眼沿 C5 ^#層煤層走向布置，見底掘進。

2102巷(頭巷)為機軌合一巷，用于停放電氣列車、鋪設(shè)皮帶兼進風，斷面規(guī)格為(寬×高)5.0m×3.3m，凈斷面積16.5m² ，采用錨桿、錨索聯(lián)合支護。

5102巷(尾巷)為軌道巷，用于運料兼回風 ，斷面規(guī)格為(寬×高) 4.2m× 3.3m，凈斷面積 13.86m²，采用錨桿、錨索聯(lián)合支護。

高頂巷為抽排瓦斯巷，用于專排瓦斯巷，斷面規(guī)格為(寬×高) 3.2m×2.5m，凈斷面積8m²，采用錨桿、錨索聯(lián)合支護。

工作面切眼垂直于2102與5102巷布置，斷面規(guī)格為(寬×高) 7.5m×3.3m，凈斷面積 24.75㎡，采用錨桿、錨索聯(lián)合支護。巷道兩幫采用金屬網(wǎng)護幫,回采期間工作面采用“U”型通風，即2102進風，5102回風。

六、C5^# 層301東部盤區(qū)81O2工作面回采期間的防火措施

1、工作面概況

8102工作面為白洞礦井首個綜放工作面，該面布置在盤區(qū)C5^#煤層。工作面開采區(qū)域煤層厚度為10.9—14.0米，平均 12．84米。工作面傾向長度120米，走向長度600米。

采煤方法為綜采放頂煤，回采 3.3米，放煤高度9.54米，設(shè)計配風量為1040m³／min。

2、工作面自然發(fā)火隱患分析

8102綜放工作面開采的是 C5 ^#煤層 ，屬易燃煤層，煤層厚，放煤量大，工作面推進速度相對較慢，造成采空區(qū)氧化帶氧化時間較長，給采空區(qū)自然留下了隱患；煤體破碎、松散，采空區(qū)遺煤較多，遺留在采空區(qū)的浮煤極易氧化蓄熱；工作面配風量較大，為工作面防火帶來了難度。

3、工作面防火措施的確定

針對白洞礦井 C5 ^# 層301盤區(qū)8102工作面具體情況，采取的防滅 火技術(shù)措施是：

(1)進行人工檢測，在每班派專人使用光干涉瓦檢儀和便攜儀巡回檢測工作面、上隅角、回風巷等處的 O₂、CH₂、CO和溫度 ，發(fā)現(xiàn)問題及時采取相應(yīng)措施進行處理；

(2)安裝監(jiān)測監(jiān)控傳感器對工作面有害氣體進行有效監(jiān)控，分別在工作面上隅角安裝甲烷傳感器和一氧化碳傳感器，工作面回風處距工作面 10m內(nèi)安裝甲烷傳感器，回風繞道以里10一15m處安裝甲烷傳感器、一氧化碳傳感器和溫度傳感器，排瓦斯巷下風流 10—15m處安裝甲烷傳感器；

(3)加快對工作面開采的推進速度 ，增加對后古塘浮煤的回收率，以減少后古塘浮煤氧化帶自然起火；

(4)建立煤層自燃發(fā)火預測預報系統(tǒng) ，煤層自然發(fā)火預測預報系統(tǒng)采用地面色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)、人工取樣地面色譜分析和便攜式檢測相結(jié)合的方式，對工作面進行自然發(fā)火預測預報；

(5)建立注氮防火系統(tǒng) ，將氮氣送人采空區(qū)氧化帶，使該區(qū)域空氣惰化，將氧氣濃度降到煤白燃發(fā)火的臨界濃度(7％)以下，以抑制煤得氧化白燃；

防火注氮流量的計算：

工作面防火注氮流量的大小主要取決于采空區(qū)的幾何形狀、氧化帶空間大小、巖石冒落程度、漏風量大小及區(qū)內(nèi)氣體成分的變化等諸多因素。MT／T701—1997標準中推薦的計算方法為按采空區(qū)氧化帶氧含量計算，其余的計算方法僅作參考。  

①按采空區(qū)氧化帶氧含量計算(MT／T701—1997標準中推薦的計算方法)

此法計算的實質(zhì)是將采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧含量降到防火惰化指標以下，按下式計算注氮流量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

防滅火注氮流量的確定(見下表)

通過上述計算，依據(jù)國內(nèi)外應(yīng)用氮氣防滅火的經(jīng)驗，結(jié)合白洞煤業(yè)公司C5 ^# 層 8102綜放工作面的開采條件，以及按設(shè)計綜放工作面投產(chǎn)后就可達產(chǎn)，將防滅火注氮流量確定為1000m³∕h。

理論計算結(jié)果	按采空區(qū)氧化 帶氧含量計算	按工作面 產(chǎn)量計算	按瓦斯量 計算	防滅火注氮 流量的確定
注氮流量 （m3/h）	936	526	503	10000

 

七、全文主要結(jié)論

煤礦火災(zāi)防治是一系列措施方案組成的綜合技術(shù)體系．礦井防滅火技術(shù)的實施必須面對復雜的礦井地質(zhì)條件、多變的人員作業(yè)條件、艱巨的現(xiàn)場工程條件以及不可確知的火源或發(fā)火隱患變化條件等方面的制約，往往采取單一技術(shù)方法不能取得理想的防滅火效果，為此，必須因地制宜，采取綜合防滅火措施，即將幾種防滅火技術(shù)手段有機地結(jié)合起來，可達到最佳的防滅火效果，目前，在煤礦生產(chǎn)實踐中，“以防為主”的防滅火原則基本得到了貫徹并逐漸形成了火災(zāi)預測、監(jiān)測、預防、治理相結(jié)合的綜合火災(zāi)防治技術(shù)體系。

通過對以上防滅火技術(shù)的論述，綜合防滅火技術(shù)中的各項措施，雖有主次之分，但并不意味一些輔助措施不重要。對于目前礦井防滅火出現(xiàn)的復雜性，若采取單一方法，通常不能取得理想的防滅火效果，因而，必須強調(diào)采取綜合防滅火措施。綜合防滅火技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可以取長補短，對搶險救災(zāi)和防滅火工作具有獨特的作用。因此在目前防滅火工作日趨嚴峻的情況下其推廣應(yīng)用前景是非常廣闊的。

八 、今后工作展望

煤自燃發(fā)生和發(fā)展是一個極其復雜的動態(tài)變化過程，我們應(yīng)該通過實驗研究的目的找出其規(guī)律，通過對其規(guī)律的研究建立數(shù)學模型，做好早期預測預報工作，以便于有針對性地采取防治措施。雖然，綜合防滅火技術(shù)在治理煤炭 自燃發(fā)火中起到了非常重要的作用，但是，在實際應(yīng)用中還有很多不足需要今后進一步研究：

(1)準確查找煤炭 自燃發(fā)火位置，是徹底治理煤炭自燃發(fā)火隱患的根本途徑，目前，我國在此方面也進行了大量的研究，但還未有一套成熟的理論和設(shè)備能夠解決這一問題。

(2)在防滅火技術(shù)和材料方面，目前主要有注三相泡沫、注漿、注惰氣 、注阻化劑、膠體泥漿、稠化砂漿和泡沫樹脂等。有些材料腐蝕井下設(shè)備，危害工人健康、污染井下環(huán)境等。在今后的工作中應(yīng)主要研究安全、綠色、經(jīng)濟、高效的防滅火材料和設(shè)備。

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