關于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

附件6

山 西 省 煤 炭

優(yōu) 秀 學 術 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  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

   白洞礦并石炭系煤層開采綜合防滅火技術研究

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經(jīng)驗。

[關鍵詞]煤層開采  綜合防滅火  技術研究

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。現(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。礦井原設計能力為9O萬噸，1979年改擴建后設計能力為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)外應用氮氣防滅火的經(jīng)驗，結合白洞煤業(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。

七、全文主要結論

煤礦火災防治是一系列措施方案組成的綜合技術體系．礦井防滅火技術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手段有機地結合起來，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預測、監(jiān)測、預防、治理相結合的綜合火災防治技術體系。

通過對以上防滅火技術的論述，綜合防滅火技術中的各項措施，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。綜合防滅火技術結合應用，可以取長補短，對搶險救災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備能夠解決這一問題。

(2)在防滅火技術和材料方面，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備，危害工人健康、污染井下環(huán)境等。在今后的工作中應主要研究安全、綠色、經(jīng)濟、高效的防滅火材料和設備。