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        綜采工作面自然發火特性安全控制體系

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        綜采工作面自然發火特性安全控制體系

        [摘要]通過對煤樣升溫自燃特性實驗以及標志性氣體的檢測分析,得出甘莊煤礦8505綜采工作面CO、CO2、烴類氣體濃度隨溫度變化的規律,確定判斷該礦工作面可能出現自然發火的標志性氣體的臨界濃度值,進而對煤層是否存在發火隱患、是否出現自燃隱患、煤溫是否超過臨界溫度、是否存在高溫或明火區4個階段進行判定,并確定自燃危險區域范圍及其形態。最后根據這4個階段的特點從防滅火應急預案、防滅火技術的組織與管理角度建立了組織保障措施、加強專業管理措施、制定嚴格監督檢查措施及目標激勵制度的全面系統的防控體系

        [關鍵詞]采空區;自燃預測;安全體系

        引言

        煤層自燃火災是礦井主要災害之一,隨著采礦技術的發展,工作面自然發火危險性將越來越大,開展工作面煤炭自燃防控工作是防止礦井自燃火災的重要工作。甘莊煤礦2019年礦井瓦斯等級鑒定結果為低瓦斯礦井,11#煤層自燃傾向性為自燃煤層,自燃等級為Ⅱ類,自燃發火期82d;煤塵具有爆炸性。因此,對該礦8505綜采工作面反映煤炭自燃氧化特征的CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等指標氣體濃度進行實驗分析,對提高工作面火災的預測預報精度是十分重要的。

        1綜采工作面取樣點布置

        甘莊煤礦8505綜采工作面煤層屬于小湖系9#煤,煤層厚度在0.8~1.9m,平均厚度1.5m,煤層傾角在20°~30°,平均傾角27°。工作面走向長790m,傾斜長120m,采用走向長壁后退式全部垮落法采煤方法。工作面運輸采用可彎曲刮板運輸機和落地式皮帶輸送機聯合運煤,工作面推進速度在1.2~2m/d,平均1.5m/d,產量400t/d。煤層自然發火期在1~3個月,工作面通風采用U型通風方式,計劃用風量678m3/min,實際供風量穩定在850m3/min左右。在8505綜采工作面新暴露煤壁處采集新鮮煤樣并現場封裝,送至中國礦業大學礦井火災防治實驗室進行實驗測試與分析。

        2甘莊煤礦煤層自燃特性參數實驗與分析

        2.1實驗裝置及試樣制備

        煤樣程序升溫自燃特性實驗裝置主要由供氣、溫度測控、煤樣罐、氣體分析系統等組成。將所取煤樣經粉碎后篩取0.5kg粒徑在0.2~0.45mm的煤樣進行實驗。

        2.2煤樣測試結果與分析

        該煤樣自燃標志性氣體測試結果如圖1~3所示。由圖1~3分析可知,甘莊礦8505綜采工作面煤樣在氧化過程中有規律的出現CO、CO2、乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等5種氣體,且5種氣體生成量均隨煤溫的升高而增加。在溫度30℃時,CO、CO2就開始出現,其CO濃度為0.71×10-6、CO2濃度為944.4×10-6,到溫度70℃時,開始出現乙烷,而到溫度為120℃時,乙烯氣體開始出現,其濃度為1.02×10-6,隨后在溫度150℃時出現丙烷,其濃度為0.07×10-6。因此,如果在工作面上隅角檢測出CO,并且其濃度不斷升高,可認為是煤炭自燃的預兆,應加強該工作面的檢測工作,密切注意CO濃度的變化[1];如果能檢測出乙烯(C2H4),說明該區已存在120℃以上的高溫區,需立即采取措施,治理煤炭自燃;如果能檢測出丙烷(C3H8),說明已存在150℃以上的高溫區。

        3工作面煤炭自燃監測及早期預報

        3.1煤炭自燃預報氣體選取

        利用煤炭在自燃時產生的高靈敏、易測量及規律性強的氣體為標準,通過氣像色譜儀對各氣體濃度進行分析,確定煤的自燃狀態。通過國內外應用實例及實驗分析確定以CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等氣體作為自燃預測的標志性氣體[2]。

        3.2檢測方法及檢測點布置

        (1)檢測方法。同時采用人工檢測、束管監測和人工采樣分析的方法對工作面煤層自然發火情況進行監測,各種檢測應定點、定時,以便于進行分析。(2)檢測地點。檢測地點設于回風隅角支架后部(測點1、3)和回風流中(測點2),工作面氣體監測點布置如圖4所示。檢測參數為CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等氣體。每天按早、中、晚班進行監測。

        3.3檢測結果分析

        早期預報指標及結果如表1、2所示。

        4建立自燃防控體系

        4.1制定工作面防滅火應急預案

        (1)建立以黃泥灌漿為主、注氮及阻化劑為輔的綜合防滅火系統,對采完后的工作面做永久性封閉,工作面采用SG-2003型煤礦自燃火災束管監測系統。(2)建立移動式注漿、注氮及阻化劑泡壓注系統和安全監測監控系統。(3)采取措施(如不放頂煤),增大工作面日推進度。對采空區上、下隅角封閉注膠并控風,減少漏風。(4)采取系統均壓措施,升高工作面壓力,減少采空區有害氣體的涌出[3]。

        4.2防滅火技術的組織與管理

        (1)采掘過程中的防火管理。把好分層巷道噴堵關;嚴格按照設計采掘,提高回采率,減少人為丟煤量;加快工作面推進速度;協助搞好通防管理;無論生產接續多么緊張,都要盡量避免前采后掘和采后即掘;適時停采嚴禁盲目超采,要為實施有效封閉留出足夠的空間[4]。(2)加強專業化管理。對煤炭自燃進行專業化管理是防治礦井火災的重要部分,建立專業化管理機構,結合甘莊煤礦實際,著重做好3個強化,即強化專業管理,嚴把審批關;強化防滅火口正規化管理;強化防滅火現場基礎管理。(3)制定監督檢查措施。加強采掘工作面通防設施管理情況的綜合考核;加強回采工作面兩巷及面內雜物、溢煤清理與回收的專項考核;加強回采工作面灑漿質量的專項考核;加強地面制漿質量的考核;各類罰款由財務科記入通防基金;考核領導小組每季召開一次通防工作總結例會;采取目標激勵措施。防滅火工作是一項艱苦、復雜的工作,應實行目標管理,制定各種獎懲措施,并嚴格執行。

        5結論

        (1)利用煤樣程序升溫自燃特性實驗裝置對甘莊煤礦煤自燃特性參數進行實驗測試,得出CO、CO2、乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等5種氣體隨溫度的變化規律,并通過現場檢測確定各標志性氣體濃度的臨界值,通過檢測標志性氣體濃度可對工作面自然發火危險性進行判定。(2)分別檢測工作面回風隅角支架后部和回風流中的標志性氣體CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8濃度,對易燃煤層開采進行早期預報。(3)甘莊煤礦8505綜采工作面自燃火災比較嚴重,因此,應綜合運用多種技術和管理手段來防止煤的氧化。同時,要從人、機、環境、管理角度對自燃隱患點進行綜合治理。另外,安全文化是企業內部事故預防功能強弱的關鍵因素,結合自燃火災的不同特點,煤礦還應加強安全文化建設。(4)利用系統原理,從煤炭自燃預測、預報和火災處理3個方面綜合考慮,制定全面的礦井煤炭自燃防控體系。

        [參考文獻]

        [1]張辛亥,劉燦,周金生,等.綜放工作面采空區流場模擬及自燃危險區域劃分[J].西安科技大學學報,2016,26(1):6-9.

        [2]李宗翔.綜放工作面采空區瓦斯涌出規律的數值模擬研究[J].煤炭學報.2002,27(2):173-178.

        [3]李宗翔,張春,王國軍,等.炮采放頂煤采空區自然發火的數值模擬應用[J].中國安全生產科學技術,2006(1):35-39.

        [4]楊勝強,程濤.尾巷風壓及風量變化對采空區自然發火影響的理論分析與數值模擬[J].煤炭學報,2018,36(2):308-312.

        作者:梁忠秋 單位:煤科集團沈陽研究院有限公司

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