易自燃特厚煤层综放面采空区注氮防灭火技术研究与应用

我国国有煤矿自然发火危险矿井已占60%,由于煤炭自燃导致的优质煤损失量已达42亿吨以上,现在仍以每年2000～3000万吨的速度增加,煤矿每年都因火灾造成人员的重大伤亡,造成数十亿元的经济损失。随着综采放顶煤开采方法的推广,在高产高效的同时,也给易自燃特厚煤层自然火灾的防治带来了严峻的考验。在综放开采中,采空区冒落大,往往留有大量的松散遗煤,加之漏风严重,使得遗煤很容易与采空区漏风流中的氧气发生氧化反应,从而导致采空区自燃火灾的发生,严重威胁矿工的生命安全和煤矿的安全生产。 本文从煤炭自燃机理入手,研究了易自燃特厚煤层综放面采空区自然发火特点及其规律;通过对煤样自燃特性、指标气体和自燃倾向性的实验研究,掌握了该矿煤层自然发火的特性,确定了预测预报的指标,建立了以指标气体分析法为主的早期预测预报体系;以注氮防灭火理论及技术为依据,结合同煤集团塔山矿8202综放工作面实际情况,计算出各注氮参数,制定出合理的采空区注氮防灭火系统,并辅以束管监测系统,对采空区气体变化进行监测,及时反馈、调整各注氮参数,提高注氮防灭火系统的惰化效率。 通过对同煤集团塔山矿8202综放工作面采空区气体近一年的监测,分析总结数据,并对采空区内气体变化规律、注氮惰化时间和采空区“三带”变化进行研究,得出了在连续注氮条件下,采空区内O2、CO、N2、CH4和CO2的变化规律、初次惰化时间和持续惰化时间以及注氮前后采空区“三带”的具体变化情况。最后根据注氮防灭火惰化指标,在对监测数据统计分析的基础上,做出注氮防灭火效果的客观评价,更好的指导防灭火工作,保证矿山的安全生产。 得出的主要结论如下: 1、易自燃特厚煤层综放面采空区自燃有以下特点:自燃一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部,高温区域隐蔽且范围较大;煤自燃过程中,随煤温升高,高温点总是逆着风流移动;采空区自燃火灾灭火难度大,火区启封后易于复燃。 2、同煤集团塔山矿8202综放面采空区防灭火应以CO作为指标性气体,并辅以C2H6、C2H4、C3H-8、C2H2来掌握煤炭自燃情况。CO浓度突然增加说明煤已经发生氧化反应, C2H4和C3H8的出现表明煤温已经超过140℃,而C2H2的出现则说明煤温已经超过190℃。 3、塔山矿8202综采面在连续注氮情况下,氧浓度随采空区深度的增加明显降低,最终稳定在3%左右,保证了综采工作面的顺利推进;注氮量越大,氧气浓度下降的梯度越大;注氮对采空区氧气浓度的影响程度具有一定的范围。 4、利用综采放顶煤技术开采特厚、大采高、易自燃煤层时,综采面回风流中出现一定量的CO是其很明显的一个特点。5、采空区惰化时间大致可划分为两个阶段:初次惰化时间和二次惰化时间。即便采空区内氧浓度很快降低到安全浓度指标,采空区内遗煤的低温氧化仍然在继续,只有当采空区内的氧浓度下降到3%左右并持续一段时间以后,遗煤的低温氧化才得到有效的控制。 6、在连续注氮条件下,采空区“三带”宽度分布为:散热带20～30m,氧化带16～38m,窒息带距综采面68m以外;由于工作面供风量和漏风量都较大,对散热带宽度影响不大,氧化带在注氮后缩短了约120m,对比注氮前后,窒息带提前了172m左右。