自燃超厚煤層綜放開采煤自燃防治技術(shù)[1]

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1、自燃超厚煤層綜放開采的煤自燃防治技術(shù)[1]自燃超厚煤層綜放開采的煤自燃防治技術(shù)1戚緒堯，王德明，周福寶中國礦業(yè)大學(xué)能源與安全工程學(xué)院，炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇徐州（221008）E-mail：qixuyao@163.com摘要：論文分析了易燃超厚煤層綜放開采的自然發(fā)火特性，并介紹和總結(jié)了三相泡沫技術(shù)在大同塔山煤礦的成功應(yīng)用?，F(xiàn)場應(yīng)用實踐表明：三相泡沫流量大、易堆積、工藝簡單，具備良好的防火性能，是防治自燃超厚煤層自燃災(zāi)害的有效手段。關(guān)鍵詞：超厚煤層；自燃；防治；三相泡沫中圖分類號：TD7

2、51.引用我國的煤自燃災(zāi)害十分嚴(yán)重，大約56%的煤礦存在煤自燃問題，因其引起的火災(zāi)占礦井火災(zāi)總數(shù)的94%[1]。煤自燃已經(jīng)成為制約高產(chǎn)高效礦井安全生產(chǎn)與發(fā)展的主要因素之一，實現(xiàn)其有效防治意義重大。在煤自然發(fā)火的防治工作中，易燃超厚煤層綜采面采空區(qū)由于冒落空間大、遺留殘煤多和漏風(fēng)情況復(fù)雜的特點，防治工作面臨的難度更大。同煤集團塔山礦目前開采煤層平均厚度17m，所采煤層為自燃煤層，防滅火任務(wù)艱巨。該礦通過向采空區(qū)灌注三相泡沫的方式，成功抑制了煤自燃的發(fā)展過程，保證了生產(chǎn)的正常進行，對類似礦井的煤自燃防治

3、工作具有很好的借鑒意義。2.易燃超厚煤層的自燃特性分析煤的自燃過程實際上煤氧化產(chǎn)生的熱量大于向環(huán)境散失的熱量而導(dǎo)致煤體熱量聚集，使煤溫上升達(dá)到著火點的過程。這一過程必須在一定條件下才會發(fā)生[2]：①煤具有自燃傾向性的煤呈破碎狀態(tài)并集中堆積存在；②有連續(xù)的通風(fēng)供氧條件；③熱量易于蓄積；④維持氧化蓄熱過程不斷發(fā)展的時間。其中，第一個條件由煤的物理化學(xué)性質(zhì)所決定，取決于成煤物質(zhì)和成煤條件，表示煤與氧相互作用的能力；其他幾條為外因，取決于礦井的地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件。近年來，綜采放頂煤技術(shù)憑借其顯著的技術(shù)和

4、經(jīng)濟優(yōu)勢得到了迅速發(fā)展，已成為厚煤層開采的主要方法。在自燃厚煤層綜放面煤自燃防治過程中，存在以下方面的隱患：（1）綜采放頂煤采煤法采出率相對較低，一般比分層開采低10%左右[3]，因此遺留殘煤較多，這些煤在采空區(qū)中堆積起來，為煤自燃災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展提供了可燃物。（2）采用綜采放頂煤技術(shù)，冒落高度大，采空區(qū)風(fēng)道情況復(fù)雜，漏風(fēng)嚴(yán)重，極有可能為煤的氧化、蓄熱提供合適的通風(fēng)供氧條件。若由于生產(chǎn)或技術(shù)方面的原因，工作面推進速度減緩時，導(dǎo)致以上煤低溫氧化蓄熱過程持續(xù)進行下去，則會最終導(dǎo)致遺煤達(dá)到自熱氧化溫度而發(fā)生

5、自燃。3.工作面概況及防滅火現(xiàn)狀塔山礦是大同煤礦集團開發(fā)建設(shè)的新型現(xiàn)代化礦井，井田位于大同煤田東翼中東部邊緣地帶，東西走向長17.22～20.84km，南北傾斜寬9.36～12.56km，井田面積170.91km2。該礦設(shè)計生產(chǎn)能力為1500萬t/a，2006年6月開始試生產(chǎn)，首采工作面為8102綜放面。該工1本課題得到國家自然科學(xué)基金（項目編號：50674088）的資助。-1作面位于一盤區(qū)，運輸巷斷面寬5.5m，高3.3m；回風(fēng)巷寬5.2m，高3.5m；工作面長度230m，走向長度1450m，設(shè)計

6、年產(chǎn)原煤600萬t，設(shè)計通風(fēng)量為2000m3/min。8102綜放面所采煤層厚度13～22m，平均層厚17m，采放比達(dá)1:4，且煤自燃傾向性為自燃等級。塔山礦當(dāng)時處于試采階段，由于當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)的限制加之煤層較厚，該工作面采空區(qū)遺煤厚度大且推進速度較慢，為采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃提供了時間上的可能性。從工作面長度上看，8102綜放面長達(dá)230m，采空區(qū)空間大，加之頂板不易冒落等原因，采空區(qū)充填效果較差，漏風(fēng)情況嚴(yán)重；另外，瓦斯抽放也在一定程度上加劇了漏風(fēng)現(xiàn)象，這些為采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃提供了供氧條件。煤氧化放

7、熱過程的持續(xù)進行，若同時符合適宜的蓄熱條件，一旦蓄積足夠多的熱量，即有可能最終引發(fā)煤自燃災(zāi)害事故。另外，塔山礦的主要巷道均為煤巷，不沿頂板或底板，且服務(wù)年限長達(dá)140年，在工作面推進過程中受各種因素的影響也存在自然發(fā)火隱患。之前，8102工作面主要通過下隅角一路4寸預(yù)埋注氮管注氮氣以防止采空區(qū)自燃災(zāi)害的發(fā)生。2006年7月15日，8102面上隅角開始出現(xiàn)大量CO且呈現(xiàn)急劇上升趨勢，這意味著該面采空區(qū)已經(jīng)存在自燃隱患點。針對安全生產(chǎn)和防火工作的需要，在綜合分析各方面條件的基礎(chǔ)上，決定采用預(yù)埋管注三相泡

8、沫對采空區(qū)煤自燃進行防治。4.三相泡沫技術(shù)簡介三相泡沫是由氣相（氮氣）、固相（粉煤灰或黃泥等）、液相（水）以經(jīng)發(fā)泡而形成的具有一定分散體系的混合體[4]，成功的集氣相介質(zhì)的窒息性、固相介質(zhì)的隔絕氧氣功能和液相介質(zhì)的吸熱降溫功能等優(yōu)點于一體，大大提高了防滅火的實際效果。粉煤灰或黃泥漿注入氮氣發(fā)泡后形成三相泡沫，體積大幅度增大，加之其流動呈面流動狀態(tài)，在采空區(qū)中可向高處堆積，對低、高處的浮煤均能有效地覆蓋，避免了普通注水或注漿工藝中的拉溝現(xiàn)象，能夠?qū)Σ煽諈^(qū)遺煤或著火煤體的