綜采工作面自然發(fā)火特性安全控制體系

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［摘要］通過對(duì)煤樣升溫自燃特性實(shí)驗(yàn)以及標(biāo)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(guī)律，確定判斷該礦工作面可能出現(xiàn)自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體的臨界濃度值，進(jìn)而對(duì)煤層是否存在發(fā)火隱患、是否出現(xiàn)自燃隱患、煤溫是否超過臨界溫度、是否存在高溫或明火區(qū)4個(gè)階段進(jìn)行判定，并確定自燃危險(xiǎn)區(qū)域范圍及其形態(tài)。最后根據(jù)這4個(gè)階段的特點(diǎn)從防滅火應(yīng)急預(yù)案、防滅火技術(shù)的組織與管理角度建立了組織保障措施、加強(qiáng)專業(yè)管理措施、制定嚴(yán)格監(jiān)督檢查措施及目標(biāo)激勵(lì)制度的全面系統(tǒng)的防控體系。

［關(guān)鍵詞］采空區(qū)；自燃預(yù)測；安全體系

引言

煤層自燃火災(zāi)是礦井主要災(zāi)害之一，隨著采礦技術(shù)的發(fā)展，工作面自然發(fā)火危險(xiǎn)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(zāi)的重要工作。甘莊煤礦2019年礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井，11#煤層自燃傾向性為自燃煤層，自燃等級(jí)為Ⅱ類，自燃發(fā)火期82d；煤塵具有爆炸性。因此，對(duì)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(biāo)氣體濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)提高工作面火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報(bào)精度是十分重要的。

1綜采工作面取樣點(diǎn)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(yùn)輸采用可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)和落地式皮帶輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)煤，工作面推進(jìn)速度在1.2~2m/d，平均1.5m/d，產(chǎn)量400t/d。煤層自然發(fā)火期在1~3個(gè)月，工作面通風(fēng)采用U型通風(fēng)方式，計(jì)劃用風(fēng)量678m3/min，實(shí)際供風(fēng)量穩(wěn)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(xiàn)場封裝，送至中國礦業(yè)大學(xué)礦井火災(zāi)防治實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試與分析。

2甘莊煤礦煤層自燃特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)與分析

2.1實(shí)驗(yàn)裝置及試樣制備

煤樣程序升溫自燃特性實(shí)驗(yàn)裝置主要由供氣、溫度測控、煤樣罐、氣體分析系統(tǒng)等組成。將所取煤樣經(jīng)粉碎后篩取0.5kg粒徑在0.2~0.45mm的煤樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2煤樣測試結(jié)果與分析

該煤樣自燃標(biāo)志性氣體測試結(jié)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(guī)律的出現(xiàn)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(shí)，CO、CO2就開始出現(xiàn)，其CO濃度為0.71×10-6、CO2濃度為944.4×10-6，到溫度70℃時(shí)，開始出現(xiàn)乙烷，而到溫度為120℃時(shí)，乙烯氣體開始出現(xiàn)，其濃度為1.02×10-6，隨后在溫度150℃時(shí)出現(xiàn)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(rèn)為是煤炭自燃的預(yù)兆，應(yīng)加強(qiáng)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(qū)已存在120℃以上的高溫區(qū)，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(qū)。

3工作面煤炭自燃監(jiān)測及早期預(yù)報(bào)

3.1煤炭自燃預(yù)報(bào)氣體選取

利用煤炭在自燃時(shí)產(chǎn)生的高靈敏、易測量及規(guī)律性強(qiáng)的氣體為標(biāo)準(zhǔn)，通過氣像色譜儀對(duì)各氣體濃度進(jìn)行分析，確定煤的自燃狀態(tài)。通過國內(nèi)外應(yīng)用實(shí)例及實(shí)驗(yàn)分析確定以CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等氣體作為自燃預(yù)測的標(biāo)志性氣體［2］。

3.2檢測方法及檢測點(diǎn)布置

（1）檢測方法。同時(shí)采用人工檢測、束管監(jiān)測和人工采樣分析的方法對(duì)工作面煤層自然發(fā)火情況進(jìn)行監(jiān)測，各種檢測應(yīng)定點(diǎn)、定時(shí)，以便于進(jìn)行分析。（2）檢測地點(diǎn)。檢測地點(diǎn)設(shè)于回風(fēng)隅角支架后部（測點(diǎn)1、3）和回風(fēng)流中（測點(diǎn)2），工作面氣體監(jiān)測點(diǎn)布置如圖4所示。檢測參數(shù)為CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等氣體。每天按早、中、晚班進(jìn)行監(jiān)測。

3.3檢測結(jié)果分析

早期預(yù)報(bào)指標(biāo)及結(jié)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(yīng)急預(yù)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(tǒng)，對(duì)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(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)。（2）建立移動(dòng)式注漿、注氮及阻化劑泡壓注系統(tǒng)和安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。（3）采取措施(如不放頂煤)，增大工作面日推進(jìn)度。對(duì)采空區(qū)上、下隅角封閉注膠并控風(fēng)，減少漏風(fēng)。（4）采取系統(tǒng)均壓措施，升高工作面壓力，減少采空區(qū)有害氣體的涌出［3］。

4.2防滅火技術(shù)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(guān)；嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)采掘，提高回采率，減少人為丟煤量；加快工作面推進(jìn)速度；協(xié)助搞好通防管理；無論生產(chǎn)接續(xù)多么緊張，都要盡量避免前采后掘和采后即掘；適時(shí)停采嚴(yán)禁盲目超采，要為實(shí)施有效封閉留出足夠的空間［4］。（2）加強(qiáng)專業(yè)化管理。對(duì)煤炭自燃進(jìn)行專業(yè)化管理是防治礦井火災(zāi)的重要部分，建立專業(yè)化管理機(jī)構(gòu)，結(jié)合甘莊煤礦實(shí)際，著重做好3個(gè)強(qiáng)化，即強(qiáng)化專業(yè)管理，嚴(yán)把審批關(guān)；強(qiáng)化防滅火口正規(guī)化管理；強(qiáng)化防滅火現(xiàn)場基礎(chǔ)管理。（3）制定監(jiān)督檢查措施。加強(qiáng)采掘工作面通防設(shè)施管理情況的綜合考核；加強(qiáng)回采工作面兩巷及面內(nèi)雜物、溢煤清理與回收的專項(xiàng)考核；加強(qiáng)回采工作面灑漿質(zhì)量的專項(xiàng)考核；加強(qiáng)地面制漿質(zhì)量的考核；各類罰款由財(cái)務(wù)科記入通防基金；考核領(lǐng)導(dǎo)小組每季召開一次通防工作總結(jié)例會(huì)；采取目標(biāo)激勵(lì)措施。防滅火工作是一項(xiàng)艱苦、復(fù)雜的工作，應(yīng)實(shí)行目標(biāo)管理，制定各種獎(jiǎng)懲措施，并嚴(yán)格執(zhí)行。

5結(jié)論

（1）利用煤樣程序升溫自燃特性實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)甘莊煤礦煤自燃特性參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(guī)律，并通過現(xiàn)場檢測確定各標(biāo)志性氣體濃度的臨界值，通過檢測標(biāo)志性氣體濃度可對(duì)工作面自然發(fā)火危險(xiǎn)性進(jìn)行判定。（2）分別檢測工作面回風(fēng)隅角支架后部和回風(fēng)流中的標(biāo)志性氣體CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8濃度，對(duì)易燃煤層開采進(jìn)行早期預(yù)報(bào)。（3）甘莊煤礦8505綜采工作面自燃火災(zāi)比較嚴(yán)重，因此，應(yīng)綜合運(yùn)用多種技術(shù)和管理手段來防止煤的氧化。同時(shí)，要從人、機(jī)、環(huán)境、管理角度對(duì)自燃隱患點(diǎn)進(jìn)行綜合治理。另外，安全文化是企業(yè)內(nèi)部事故預(yù)防功能強(qiáng)弱的關(guān)鍵因素，結(jié)合自燃火災(zāi)的不同特點(diǎn)，煤礦還應(yīng)加強(qiáng)安全文化建設(shè)。（4）利用系統(tǒng)原理，從煤炭自燃預(yù)測、預(yù)報(bào)和火災(zāi)處理3個(gè)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(xiàn)］

［1］張辛亥，劉燦，周金生，等.綜放工作面采空區(qū)流場模擬及自燃危險(xiǎn)區(qū)域劃分［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，26（1）：6-9.

［2］李宗翔.綜放工作面采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律的數(shù)值模擬研究［J］.煤炭學(xué)報(bào).2002，27（2）：173-178.

［3］李宗翔，張春，王國軍，等.炮采放頂煤采空區(qū)自然發(fā)火的數(shù)值模擬應(yīng)用［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2006（1）：35-39.

［4］楊勝強(qiáng)，程濤.尾巷風(fēng)壓及風(fēng)量變化對(duì)采空區(qū)自然發(fā)火影響的理論分析與數(shù)值模擬［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2018，36（2）：308-312.

作者：梁忠秋 單位：煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司