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[摘要]以涼山州益門煤礦煤層自然發火防治工程實踐為例,簡述了煤層自然發火標志性氣體指標的在線監測和防治煤層自然發火的主要措施及滅火方法,為礦井實現生產穩定和安全發展提供了可靠保障。
[關鍵詞]煤層自然發火;防治工程;標志性氣體;滅火方法
引言
涼山州益門煤礦按照《煤礦安全規程》第596條“開采有自然發火傾向的煤層或者開采范圍內存在火區時,必須制定防滅火措施”的規定[1],因地制宜制定了《益門煤礦開采煤層自然發火防治工程實施方案》。在實施《益門煤礦開采煤層自然發火防治工程實施方案》過程中,聘請了防滅火專家進行現場指導,按期完成了建設內容。經過近4a的防滅火工程實踐,杜絕了煤層自然發火事故的發生,為礦井的可持續發展提供了保障。
1煤礦基本情況
涼山州益門煤礦(以下簡稱益門煤礦)位于涼山州會理縣益門鎮北東3km處,屬地方國有礦山企業。井田區域為益站復式背斜東翼、構造剝蝕高山丘陵區;區域地處橫斷山系中段東緣,山嶺水系多呈南北向展布,外圍山巒重疊。礦區呈狹長帶狀分布,屬高中山中切割侵蝕構造地形,沿益門河兩岸多屬斷層形成的單面山。區內槽向沖溝發育,沖溝呈線狀流向益門河,區域穩定性較好。該煤礦煤系地層屬陸地拗陷沼澤沉積型,含煤地層為三疊系白果灣組。含煤層厚442.76m,共含煤16層,編號C1~C16,多數為復合煤層,僅C1、C10、C15、C16為單一煤層。煤層厚度及夾石變化較大,各煤層延長1000~6300m不等,總厚度50.32~83.87m。煤巖成分以亮暗煤為主,次為鏡煤,少量絲炭。煤質除C16煤層為無煙煤外,其余為主焦煤或良好的配焦煤。工業牌號有瘦煤、焦煤和無煙煤(次煤)3種。礦井現有可采煤層7層,分別為C1、C2、C3、C6、C11、C12、C16層煤。開采原煤平均揮發分在5.53%~8.12%,屬中高灰、低中硫、中熱值無煙煤,全硫平均值在0.67%~0.80%,屬低硫煤,各煤層水分平均在1.00%~4.04%,煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級(自燃煤層)。各煤層頂底板巖性相似,縱橫巖相變化迅速,缺乏標志層,常為厚薄不等的石英細砂巖、粉砂巖、鈣質與砂質粘土巖交錯互層。礦井2020年度瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井,礦井瓦斯絕對涌出量為5.866m3/min,相對瓦斯涌出量為5.276m3/t;二氧化碳絕對涌出量為6.405m3/min,相對涌出量為5.761m3/t。礦井2020年核定生產能力60萬t/a。礦井采用的開拓方式為綜合性開拓,即平硐開拓+斜井開拓。開采+1941m標高以上煤層,由+1941m主平硐、+2024m副平硐等巷道構成開拓開采系統;開采+1941m水平以下煤層時,由+1941m主斜井、+1941m副斜井等巷道構成開拓開采系統;礦井回風集中由+2142m回風井回風。礦井現有3個水平,其中生產水平2個,接替水平1個。2個生產水平為+1941m水平(一水平)和+2024m水平(二水平),1個接替水平為+1810m水平(三水平)。現有生產采區3個,即12綜采區、23綜采區和22采區,接替采區2個,即21采區和25采區。現有生產工作面2個,即1212采煤工作面和2232采煤工作面。礦井采煤方法為綜采支架水平分層放頂煤開采法。回采工作面采用U型布置,綜合機械化或爆破落煤回采工藝;煤皮假頂+全部垮落法管理采空區。礦井通風方式為中央邊界式通風方式,通風方法為機械抽出式通風方法,工作面采用U型通風。新鮮風流自+1941m主平硐、+1941m主斜井、+1941m副斜井、+2024m副平硐分別進入井下硐室及各用風地點,泛風匯集于+2142m回風井回出地表。礦井在+2142m回風井安裝2臺FBCDZ№20型軸流式通風機,每臺通風機配有防爆電動機2臺,電機容量2×185kW,電壓380V。礦井總進風量為5243m3/min,總回風量為5416m3/min。礦井通風等積孔為2.15m2。采用主要通風機反轉反風。
2煤層自然發火防治工程實施方案
2015年5月,礦井按照《益門煤礦采掘計劃安排》和《益門煤礦災害防治與處理計劃》的要求,由礦總工程師牽頭,組織相關的工程技術人員編制了《益門煤礦開采煤層自然發火防治工程實施方案》。主要內容有:(1)成立煤層自然發火防治工作領導小組。組長、副組長分別由礦長、總工程師擔任。成員由總工辦、調度室、安檢科、通風科、供應科等相關部門負責人組成。領導小組下設辦公室,該辦公室設在總工辦,由總工辦主任兼任辦公室主任。(2)礦井主要運輸巷、總回風巷、各水平階段巷、采區上山等布置在煤層底板砂巖內;工作面順槽等煤層巷道采用U型鋼+噴漿支護;工作面長度不得超過70m,推進長度必須控制在300m以內;工作面煤炭采完15d必須封閉。(3)回采工作面采用后退式回采、U型通風;風門雙向聯鎖設置。(4)在礦井總回風巷等各個測風站、工作面回風巷距全負壓風流匯合處10~15m、皮帶機頭下風側15m等處設置CO傳感器。在中央變電所、采區變電所、總回風巷、工作面等處設置溫度傳感器;在皮帶機頭下風側15m處設置煙霧傳感器。(5)采用JSG9型井下移動式火災氣體束管采樣系統,對H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C2H2等9種氣體含量進行在線監測。采用CO作為該礦煤層自燃早期預測預報指標氣體,并輔以C2H6、C2H4、C2H2等指標來判斷煤炭自燃情況。(6)煤層自燃監測點布置在易發火區域、高負壓區域、恒定的漏風處,并排除炮煙、溫差自然風壓的影響。(7)井下氣體采集主要采用人工采集和JSG9型煤礦自然發火束管監測系統采集2種方式,并使用便攜儀、瓦檢儀和氣相色譜儀進行分析。(8)采用束管采樣系統、氣相色譜儀和氣體采樣控制柜對礦井易發火區域(高冒處、充填不充分的采空區、工作面回風隅角)的煤體進行監測分析,并及時作出預報。(9)礦井在+2100m水平、+2024m水平和+1941m水平各建立1個容量均為200m3的水池,作為井下消防灑水及供水施救的高位貯備水池。同時,主供水管與生活主供水管路之間設聯絡閘閥隔開。高位水池采用管徑為108mm、壁厚為6mm的輸水管與井下各水平大巷消防灑水(供水施救)管道相連;井下消防、灑水管網延伸到各采掘工作面。各水平大巷及上山消防、灑水管路采用管徑為65mm、壁厚為6mm的輸水管,每隔50m設置有準50mm支管和閥門各1個,供井下消防及沖洗巷道使用。各采掘工作面管路采用管徑為26mm的軟質膠管為輸水管。采區內每個轉載點設灑水器,機、風巷設有噴霧降塵設施等。在井下運輸機、轉載點和卸煤點等設置若干噴頭。在采煤工作面回風巷,掘進工作面下風向20m處設置風流凈化水幕;對井下所有的主要運輸巷道、主要回風巷道、上下山和正在掘進的巷道等實施巷道沖洗。(10)若礦井某區域風流中出現CO、CO2并呈上升趨勢,煤巖空氣和水溫升高并超過正常溫度,風流中氧含量降低并呈上升趨勢等,必須及時報告礦調度室,并及時處理。(11)對煤炭自燃區域,根據火區情況,可采用移動式噴灑系統進行滅火;也可采用添加有阻化劑的水或直接挖出火源、封閉火區等直接滅火法快速滅火。
3煤層自然發火防治工程實施效果
該礦井從2016年6月開始,投資800萬元實施煤層自然發火防治工程建設,2017年1月完成煤層自然發火防治工程建設主要項目,并驗收合格。通過近4a時間的煤層自然發火防治工程實踐,杜絕了煤層自然發火事故的發生,為礦井實現生產穩定和安全發展提供了可靠保障。
[參考文獻]
[1]國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程[M].北京:煤炭工業出版社,2016.
作者:文有權 猶元成 單位:涼山州益門煤礦