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综掘工作面掘进期间防灭火专项设计
2023-02-05 17:40:08 ℃宋佳林
(1.中煤科工集团 沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;
2.煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁 抚顺 113122)
斜沟煤矿23109 工作面位于21 采区北翼中部,西侧为实煤区,东侧为23111 工作面及其采空区,东侧北部为原马圐圙煤矿13 号煤采空区(已关闭)和原斜沟矿旧矿13 号煤采空区(已关闭),切割北侧上覆有麻墕塔沟8 号煤小窑巷道(均实测)。
23109 材料巷在13 号煤层中沿煤层底板掘进,工作面掘进方位0,巷宽5.2 m,巷高3.6 m,全长3 429 m,施工方式为机掘一次成巷,矩形断面,支护方式为锚杆、锚索、锚网、钢带联合支护。
23109 材料巷东北部有原马圐圙煤矿13 号煤采空区(2007 年7 月22 日淹井后关闭)和原斜沟矿旧矿13 号煤采空区(已关闭),以往均发生过疑似自然发火现象。煤科集团沈阳研究院有限公司提供的《斜沟矿煤自燃倾向性鉴定报告》和《斜沟矿自然发火期测试分析报告》鉴定结果见表1。
表1 8 号、13 号煤层自燃倾向性、最短自然发火期鉴定结果Table 1 Identification results of spontaneous combustion tendency and shortest spontaneous combustion period of No.8 and No.13 coal seams
该设计拟采用施工超前钻孔探测的方法探测疑似的火区,通过对钻孔内的气体成分进行化验分析(检验有无自然发火标志性气体),确定探查区域是否存在火区。
(1)巷道掘进期间,利用钻探超前探测,防止巷道掘进过程中误透、误冒火区。
(2)钻探超前探测过程中,如果发现有自然发火标志气体和自然发火征兆时,另行编制设计确定火区范围,留设足够宽(厚)度的隔离火区煤(岩)柱有效隔离火区。
(3)回采前,采用向自燃区域注氮、注黄泥浆和阻化剂的综合防灭火措施消除自燃区域,确保安全回采。
根据中煤科工集团重庆研究院有限公司提供的《斜沟矿13 号煤自然发火标志气体指标测定报告》结论。
在30~100 ℃,可以选择CO 作为该温度段内的标志气体。当通风量变化不大的情况下,CO浓度上升到日常量一倍时,说明自燃煤炭的温度已经达到90 ℃以上。特别注意是只要发现井下CO 持续存在且浓度是不断增加的,就是煤炭自燃的征兆。
在100~200 ℃,烯烃随温度升高量逐渐增大,由于C2H4的灵敏度较高,准确性较好,一般来说只要检测到C2H4,便可以判断煤温达到100 ℃以上,自然发火进入了加速氧化阶段。由于C2H4产生量小,此温度段建议采用CO 和C2H4作为指标气体。
工作面采用“长探+短探”的探测模式,在23109 材料巷小窑老空区警戒线内先使用千米定向钻机施工超前探测钻孔,向东控制帮距60 m,然后按照工作面“有掘必探”设计说明书施工短探钻孔;
警戒线外按照工作面“有掘必探”设计说明书施工正常超前探测钻孔。
(1)钻机型号及主要参数。
短探采用ZDY-1300 矿用液压钻机,钻头直径φ75 mm,钻杆直径50 mm,钻杆长度1.5 m。长探采用ZYL-23000 千米定向钻机。
(2)超前距、帮距的确定。
根据《23109 材料巷“有掘必探”及探测原马圐圙煤矿13 号煤采空区和原斜沟矿旧矿13 号煤采空区专项设计》,结合23109 材料巷实际情况,23109 材料巷短探超前距取40 m,长探取超前距取100 m。
短探每次钻探深度90~93 m,超前距40 m,帮距20 m。在掘进中心水平方向上扇形布置3 个钻孔,顶板方向布置1 个钻孔。若钻探施工无异常,确保允许掘进范围内无火灾隐患,允许向前掘进50 m,到位后进行下一次钻探,依次循环。
23109 材料巷小窑老空区警戒线内(材料巷开口2 400 m 处)开始,共2 次长探,每次施工7 组21 个钻孔,钻孔深度600 m(水平长度),超前距100 m,帮距向东控制60 m。
(3)短探钻孔布置及参数。
若物探探测无异常,短探时巷道掘进执行下列“有掘必探”超前探测钻孔设计,钻孔设计表见表2。
表2 23109 材料巷短探钻孔设计表Table 2 No.23109 material roadway short exploration drilling design table
(4)长探钻孔布置及参数见表3。
表3 23109 材料巷长探钻孔设计表Table 3 No.23109 material roadway long exploration drilling design table
如果发现有自然发火标志气体和自燃征兆时,另行编制专项设计确定火区范围。留设足够宽(厚)度的隔离火区煤(岩)柱有效隔离火区(40 m),若在隔壁煤柱区域内发现自然发火标志性气体或自燃征兆,则向钻孔内喷洒阻化剂水;
若在老窑采空区区域内发现自然发火标志性气体或自燃征兆,则通过钻孔向老窑采空区内注入氮气,如果注氮效果不理想,持续出现自然发火标志性气体,则采取氮气与黄泥浆联合注入。
4.1 灌注阻化剂防灭火
拟采用MD25-80×10(P)型卧式多级离心泵(10 级)1 台,离心泵主要参数如下。
选用氯化镁(MgCL2·6H2O)作阻化剂,在泵站液箱内配制成12%~15%的溶液,搅拌均匀,氯化镁每次使用量为200~250 kg。设备就近安置钻场附近的调车硐室内,当钻孔内出现自然发火标志性气体或自燃征兆时,向钻孔内部灌注阻化剂水。
4.2 注氮防灭火
设计拟采用钻孔注氮和插管注氮相结合的方式进行注氮防灭火。
掘进过程中,在23109 材料巷向疑似自然发火区域施工钻孔(全套管),通过钻孔将氮气注入火区。若在工作面开切眼或巷道高冒区发现疑似火区,则采用向火源直接插管的注氮方式。
23109 材料巷输氮管路采用直径108 无缝钢管,制氮设备位于21 采区集中注氮硐室。目前,21 采区集中注氮硐室共有6 套DT-1000/6 型制氮设备(三用三备)。制氮设备压缩空气来自于地面空压机站,每套制氮装置的主要技术参数如下。
4.3 移动式黄泥灌浆防灭火
移动式黄泥灌浆泵站就近安置钻场附近的调车硐室内。将制浆原料黄土运送至井下,然后将原料装入灌浆装置,利用压力水进行制浆,然后通过泥浆泵加压进入灌浆管路至钻孔内部,向疑似火区进行灌浆。移动式灭火注浆装置主要参数如下。
针对8 号、13 号煤层易自燃特性,设计提出了自然发火区探测方案,建立了一套较完善的防灭火综合系统设计,及时预测预报发火点的自燃进程变化,为煤矿自燃火灾事故的防治工作提供科学依据。并通过采用以灌注阻化剂防灭火、注氮防灭火、移动式黄泥灌浆防灭火等防灭火措施,有效地防治了采空区煤炭自燃,实现了预期的安全生产目标。
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