“隔离技术”在矿井防灭火中的应用

在煤矿开采过程中,采煤工作面后方以及邻近的采空区内遗留煤炭往往会因漏风连续供氧产生煤炭自燃的现象,通过隔离已采区和供风区的手段,使采空区处于无氧状态而窒息灭(防)火,如邻近旁侧采空区的巷道喷涂与钻孔压注胶体泥浆技术、回采工作面后方采空区的建巷道阻燃墙隔离带技术以及水隔离法防灭火技术等,收到良好效果。     

多重隔氧与立体降温综合防灭火技术及应用研究

针对综采放顶煤开采技术的采空区自燃高温范围大、高温点隐蔽等煤炭自然发火特性,根据煤炭自燃发生所需的必要条件,提出了"多重隔氧、立体降温"综合防灭火技术,即从降低采空区漏风量、减少煤体表面与空气接触和阻止空气渗入煤体孔隙三个方面减少煤氧接触,同时通过隅角预埋管路、架前防灭火钻孔和高位防灭火钻孔向采空区注入三相泡沫以抑制煤炭氧化发展,从而实现控制煤炭自燃隐患。该技术在郭家河矿1303综放工作面进行了应用,技术实施后采空区CO浓度由540ppm降为150ppm,有效控制了采空区煤炭自然发火隐患。     

北皂煤矿易自燃厚煤层综放采空区自燃氧化“三带”的确定

通过对山东龙口矿业集团北皂煤矿综放工作面采空区温度变化规律与气体成分变化规律测定,确定综放工作面采空区煤炭氧化自燃“三带”,从而合理确定各种防灭火工艺的具体参数,全面掌握综放工作面防灭火技术。     

综放面采空区自燃“三带”分布规律研究

为确保鹿洼煤矿综放工作面采空区自燃防治做到科学、合理、经济、有效,对该矿2307(2)综放工作面开采期间采空区自燃"三带"分布规律进行了测定与分析;确定了采空区自燃氧化"三带"的分布范围,以及基于煤炭自燃防治的最小安全推进速度。对该工作面采空区自燃"三带"分布规律的研究,可以有效指导工作面的安全生产,杜绝自然发火事故的发生。     

综放工作面采空区自燃及防治措施

汪家寨煤矿X41103工作面生产初期瓦斯涌出量及瓦斯浓度均较低,但由于回风巷冒落的松散煤体遗留在采空区,在瓦斯抽采系统的负压作用下,导致采空区发生煤炭自燃,针对此问题,首先采用干粉灭火器以及防尘水直接扑灭回风隅角及往外5 m范围自燃煤炭及烧红的瓦斯管;其次利用瓦斯抽放管向采空区灌水灭火;最后采取打钻至煤层顶板向自燃区域注水熄灭火源及注罗克休泡沫充填隔绝采空区煤炭空隙等措施,成功地处理该采空区煤炭自燃事故。通过对该次自燃事故的原因分析,从技术措施和管理措施方面对防治采空区煤炭自燃进行了说明。     

综放工作面采空区自燃“三带”的观测与分析

通过沿综放工作面全面布点测定方法,对采空区温度变化与气体成份进行分析,得出淮北朱仙庄矿873综放工作面的煤温和气样参数。并结合采空区煤炭自燃理论确定综放工作面采空区自燃"三带"的分布范围,从而为预防采空区煤炭自燃提供科学依据。     

综放工作面自燃倾向原因分析与处理

N2906综放工作面瓦斯涌出量大、自然发火期短,煤层间距小,采空区漏风量较大,在这些不利因素影响下工作面采空区发生了自燃倾向,根据自然发火产生、发展规律,及时采取加强化验分析、减风控抽、采空区多点注氮、深部浅部交替充填、斜交钻孔、巷道松动圈注水等措施,有效地控制了综放工作面自燃的发生。     

基于邻空巷钻孔技术的特厚煤层均压工作面采空区自燃“三带”研究

为了解决特厚自燃煤层均压工作面采空区自燃"三带"测试的难题,以同忻矿8207工作面采空区为研究背景,采用在邻空巷道向邻近采空区施工钻孔,通过在钻孔不同深度中气体取样化验分析的方法,得出氧化带宽度在30～184 m范围内,并对比分析了均压通风(8207工作面)与负压通风(8100面)条件下采空区"三带"测试结果。研究表明:8207面均压后采空区"三带"明显"漂移",氧化带宽度"拓宽"。对8207综放工作面采空区注氮布距进行了优化,有效治理了8207工作面回采期间采空区发火隐患。     

瓦斯抽采钻孔合理封孔长度确定方法

为确定十二矿顺层抽采钻孔的合理封孔长度,提高抽采效果,分析了封孔长度与巷道应力"三带"的关系,采用数值模拟和现场实测的方法确定了巷道应力"三带"的分布特征:卸压带范围为煤壁向里0～4 m,应力集中带范围为煤壁向里4～10 m,原始应力带范围为煤壁向里10m以深,从而确定了合理封孔长度为10 m,并通过现场考察,验证了封孔长度为10 m是合理的。     

贺驼煤矿采空区自燃“三带”分布异常分析

为有效防治采空区煤炭自燃,对贺驼煤矿11102综放工作面采空区气体成分变化规律进行测定,并结合采空区煤炭自燃理论,确定出该工作面采空区自燃"三带"分布范围。在此基础上,利用Fluent软件分析了采空区进、回风侧自燃带异常分布的原因。结果表明,贺驼煤矿综放工作面进、回风隅角封堵,以及采空区预埋管路抽瓦斯是导致该现象的原因。     

高位巷抽采负压对瓦斯及煤自燃协同防治的影响

高位巷抽采负压为影响采空区瓦斯及煤自燃复合灾害防治的关键因素之一,为确定合理的抽采负压,结合某矿401102综放工作面瓦斯易超限及自然发火实际情况,采用ANSYS数值模拟及现场实测方法,研究高位巷抽采负压对瓦斯抽采效果及煤自燃"三带"分布的影响,并进行工程实践。结果表明:抽采负压对采空区复合灾害防治有显著影响,负压由0.5 kPa增至3.5 kPa,瓦斯抽采纯量增加21.02 m^3/min,相比"U"型通风,高位巷负压3 kPa时,氧化升温带宽进风侧扩大17 m,中部与回风侧分别缩小14 m和11 m;提出了合理抽采负压范围的界定方法,确定负压波动区间为[0.951 6,2.558],最佳点为2.558 k Pa。煤层采用高位巷抽采方式时,合理设定抽采负压能够保证采空区瓦斯及煤自燃灾害的耦合防治。     

顶板长钻孔替代高抽巷抽采控瓦斯与采空区注氮防火耦合治理研究

高瓦斯矿井易自燃煤层,工作面受上隅角瓦斯超限与采空区遗煤自燃双重威胁。为解决高抽巷抽采瓦斯导致采空区氧化带面积变大、增大遗煤自燃危险性的问题,以顶板长钻孔替代高抽巷,配合进风巷侧注氮,通过对长钻孔参数与注氮参数的优化,进行防火与控瓦斯耦合治理的研究。以中兴煤业1401工作面实测数据结合ANSYS数值模拟,研究了长钻孔数量、位置对工作面上隅角瓦斯的影响规律,获得以5个直径300mm、距回风巷10m、距煤层底板15m的顶板长钻孔替代高抽巷的最优方案。在此基础上,为保障对采空区遗煤自燃的有效控制,研究了注氮量与注氮位置对采空区氧化带分布的影响规律,获得在进风巷侧氧化带与散热带分界位置注入5.5m3/min的氮气,将采空区氧化带宽度降至25m的优选结果。通过对上隅角瓦斯与采空区遗煤自燃的综合控制,保证了工作面的安全生产。     

高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理研究

为解决高瓦斯易自燃煤层安全生产过程中的关键难题,结合阳泉矿区石港矿实际情况,利用实验室试验、理论分析和现场实测相结合的方法对高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理进行研究。结果表明:高瓦斯易自燃煤体在含瓦斯风流不同瓦斯体积分数条件下,氧化产物总体上呈现"滞缓效应",而在等温条件下,随着CH4体积分数的增加煤自燃氧化产物总体上呈现"抑制效应";立体抽采条件下采空区漏风使得自燃"三带"范围变宽,同时利用高抽巷和尾巷CO体积分数可进行采空区自然发火预测,将自然发火划分为两个阶段;高瓦斯易自燃采空区立体抽采条件下散热带可采用氧气氮气体积比等于0.221来进行划分,自燃带仍可采用氧气体积分数5%来进行划分。     

近距离突出煤层群首采面瓦斯综合治理技术应用

针对依兰三矿极复杂地质条件下近距离突出煤层群开采时面临的瓦斯突出和回采工作面瓦斯超限、自然发火等问题,从保护层开采影响范围、开采后的残余瓦斯压力、回采面瓦斯涌出量、煤层自然发火角度分析了各煤层开采顺序,确定了首采面布置在上1煤层,从上至下依次开采较为合理。回采前确定采用千米定向钻机预抽中煤层巷道区域瓦斯+中煤层穿层钻孔预抽上1煤层条带瓦斯的区域消突方法;回采期间工作面采用高位钻孔+顺层钻孔的瓦斯治理方法,从而实现卸压抽采、条带消突预抽、实施防灭火工程等。采用以上瓦斯治理方法能够有效解决工作面瓦斯超限,达到了区域消突的目的,千米钻机长钻孔钻孔抽放浓度维持在80%以上,回风流瓦斯体积分数基本稳定在0.4%以下。     

高位巷道瓦斯抽采诱导浮煤自燃影响效应

基于高瓦斯易自燃煤层高位巷道瓦斯抽采技术条件下,以研究煤自燃形成机理为切入点,依据义马煤业集团耿村矿13190工作面自然发火实际情况,通过理论分析,数学建模及现场辅助测试,对煤岩裂隙发育漏风通道模式、采空区浮煤碎胀特性、漏风动力源展开研究,发现巷道瓦斯抽采,增加了高瓦斯易自燃煤层的自燃风险,主要体现在:1)造成工作面、采空区及抽放巷道端口间存在漏风通道及动力;2)采动应力及抽采巷道松动圈造成采空区煤岩裂隙充分发育,采空区浮煤压实程度降低,浮煤碎胀性增加,有利于煤自燃蓄热;3)采空区浮煤一旦氧化,造成采空区高温点与漏风通道间存在温度梯度,从而形成的内生火风压,加剧采空区破裂浮煤的自燃进程,诱导采空区浮煤自燃发生。     

下分层工作面煤自燃早期辨识与防治

难胶结人工顶板层状漏风诱发煤体自燃是下分层工作面巷道掘进及生产过程中防灭火难题。针对煤自燃初期气体产物量小易受风流稀释而难以检测的问题,在向下分层煤层顶板布置专用测试装置,监测煤体内部气体的温度和气体成分,判定煤自燃状态。研究结果表明,煤体内测点最高可检出175×10^-6,巷道风流仍不能及时发现煤氧化气体产物;易自燃下分层煤体因二次氧化,自燃进程快,监测煤体内部气体能够实现煤自燃的早期辨识;煤层顶板冒落岩石胶结程度低,形成平面漏风是下分层煤体自燃的直接原因,通过向上分层采空区沿煤层走向注入高分子材料形成漏风封堵墙,有效控制了下分层煤体的自燃。     

地面钻孔注浆封堵井下巷道隔绝火区灭火技术

由于大柳塔煤矿大柳塔井邻近的小煤矿五当沟井口附近采空区遗煤的自燃,危及大柳塔井安全开采,而五当沟井口巷道垮塌严重且已封闭,大柳塔井与五当沟井采空区联通巷道也垮塌,两侧均不能通过井下采取灭火措施,因此采用地面打钻,干法灌注粗、细骨料,渗入式注浆与静压注浆相结合的方法构筑密闭墙,封堵井下巷道隔绝采空区火区,取得了良好效果。     

采煤工作面采空区自然发火综合防治技术

为解决采煤工作面回采过程中采空区出现自然发火隐患,通过现场取煤样实验,确定煤自燃特性参数,并且确定以CO、C 2H 4气体为现场煤自燃标志性气体。分析了在高抽巷未及时垮落影响下的采空区煤自燃诱因及自燃征兆凸显过程,现场采用了以堵漏、降温、高抽巷降压控氧为主要手段的协同防控技术。对高抽巷内气样进行检测结果表明,回采工作面采空区的CO浓度得到了有效控制,确保了采煤工作面的安全回采。     

煤自然发火预报的研究及软件的开发

以提高各标志气体对煤自然发火预报的灵敏性和可操作性为出发点，以煤升温氧化气体产物的测定实验为基础，对青山矿硬子槽各煤样产生气体量随温度的变化进行了研究.根据矿井的实际情况，引入初始化数值K，即各升温点对应的CO+CO₂系列数值与CO₂初值之比，确定了青山矿区大槽煤煤自燃标志气体的预报曲线和相应的拟合曲线.并采用Visual Basic语言编制相应的软件系统，该系统与束管监测系统和色谱仪组成一个全自动的煤自燃预报系统，可对矿井的煤温实行连续监控，从而提高了煤自然发火预测预报的准确性和可操作性.     

基于“留巷+超前工作面倾向钻孔”的无煤柱煤与瓦斯共采技术研究

为了对某煤矿无煤柱煤与瓦斯共采技术进行研究,研究了“留巷+超前工作面倾向钻孔”技术,对某煤矿工作面及试验钻孔进行了布置设计,研究了留巷围岩控制参数、钻孔结构参数及布置参数,然后对留巷围岩控制效果和钻孔稳定性进行了监测和分析。研究得出:工作支撑压力影响区分为3个区域,围岩最大变形速度达到89 mm/d,顶底板最大变形速度达到136 mm/d,基本顶垮落变形区和直接顶垮落区,顶底板最大移近速度达到40 mm/d,围岩最大变形速度为22 mm/d。通过对钻孔稳定控制技术的应用,提高了钻孔稳定性,改善了瓦斯抽采钻孔抽采效率。研究为钻孔的合理布置提供了技术支持。