浅谈注氮防灭火技术在综放工作面的应用
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【摘要】 综放工作面为高瓦斯、厚煤层、容易自燃工作面,煤层之常有火成岩侵入,容易发生火灾事故。本文首先分析了综放工作面煤层自然发火的特点和综放工作面发火的危害,重点论述注氮防灭火技术在综放工作面的应用,注氮防灭火技术的应用,有效地控制了煤的自然发火,保证了煤矿的安全生产。
【关键词】 工作面自然发火注氮防灭火
工作面煤层发火特点
造成综放工作面煤层自燃发火的原因是十分复杂的,煤层赋存条件和具体情况的不同,其发火的原因和特点也不是不同的。本文通过总结的几个综放工作面防治煤层自燃的发火经验,得出综放工作面煤层自燃发火的特点:(1)工作面进度较慢。一般来说由于综放工作面煤层比较厚,单位的进尺产煤量比较大,其综放工作面的产煤工序一般包括工采煤机割煤和放顶煤两道工序,而放煤量为割煤量的两倍。所以,相对于普通的采煤工作面来说推进速度较慢,这样就无形中增加了煤炭的自然发火率。(2)采空区的空间较大。由于综放工作面煤层比较厚,提高采、放工序后,采空区的空间大,漏风空间大,漏风量大,从而增加了自然发火的可能性。对于采煤工作面来说,漏风是造成煤炭自然发火的重要因素之一。往往在通风系统混乱和漏风严重地区的煤炭易于发生自燃。所以,正确选择通风系统和减少漏风,对于防止煤炭自然发火有重要的作用。为了减少采空区或风区的漏风,还应该尽可能减少工作面进回风的负压差,以便减少漏风量。(3)采空区遗留煤量较大。综放工作面回采率相对于其他工作面的回采率来说,由于综放工作面的放煤过程是完全靠人为来控制,其放煤量的大小取决于放煤工技术水平的高低、工作经验的娴熟和责任心,尽管在综采工作面采取了一些有效的控制手段,但是还是不能进行完全的控制,因此说,综放工作面的回采率远远低于其它工作面,采空区遗失煤炭较多,而且,由于采空区残留较多的容易自燃的浮煤,在由供氧的条件下,发火点有集聚氧化热的环境,容易引起自燃。由于综放工作面采取的空间较大,再加上遗失的大量的煤炭,要想在短时间内确定自然发火的位置有很大的难度,这也对预防和处理综放工作面采空区自然发火带来很大的困难。(4)随着煤矿科学技术的发展,煤巷锚网、锚锁支护技术的广泛使用,不仅大大提高了掘进速度,而且在降低了劳动强度,提高支护质量方面带来了很大的好处,但是我们还应该认识到这也同时为预防煤的自然发火带来了负面影响,因为在回采过程中,两巷受悬臂梁作用,靠工作面外层巷道不易垮落,与开切眼形成漏风通道,为开切眼和两巷自然发火创造条件。
2 综放工作面发火的危害
(1)当综放工作面发生火灾时,会产生大量的有害气体弥散在综放的工作面内,严重地威胁着职工的生命安全。(2)在由瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中,由于火灾的发生,可能会引起瓦斯爆炸事故。(3)如果在综放工作面发生火灾而不能及时的熄灭,轻者影响生产,重则必须封闭工作面。
3 注氮防灭火技术在综放工作面的应用
3.1 采用氮气防灭火的要求
(1)氮气源稳定可靠;(2)注入的氮气宁都不小于97%;(3)至少有一套专用的氮气输送管路系统及其附属安全设施;(4)有连续不断地检测才空气气体成分变化的监测系统;(5)有固定或移动的温度观测站和监测手段;(6)有专人定期进行检测、分析和整理有关记录、发现问题及时报告处理等规章制度。
3.2 确定氮气防灭火工艺系统的原则
液氮是一种超低温技术制取的液态氮。液氮防灭火是我国“六、五”初期首先开始试验研究的一种防灭火技术,为我国煤矿氮气防灭火技术的推广应用奠定了基础。
对于自然发火频繁,且火灾范围大的矿井,可根据地表与火灾距离远近采取地面固定式制氮装置,管道或直接从地表打钻输送氮气的工艺系统。
对于矿区范围大、火灾又频繁,地表与井下工作面距离近的矿井,可采取地面移动式制氮装置,管道输送氮气的工艺系统。
对于井田范围大,风井多,井口距火区较远,且火区多而分散,输氮管路长的矿井,可采取井下移动式制氮装置的工艺系统。
3.3 注氮防灭火方法
(1)连续式注氮。工作面开采初期和停产撤架期间,或因地质原因,或因机电设备原因造成工作面推进缓慢,宜采用连续性注氮。(2)间断性注氮。工作面正常回采期间,可采用间断性注氮。注氮地点—应尽可能选在进风侧,或靠近火源。工作面注氮防火,注氮关口应处于采空区氧化带内。(3)注氮抑制瓦斯爆炸。注氮惰化瓦斯积聚区域,或扑灭瓦斯积聚区的火灾,封闭墙须建防爆墙,同时密闭墙的构筑书按需严格按要求执行。注氮的同时,应取样分析灾区气体成分的变化,并用空气—甲烷混合物的爆炸三角形进行失爆性的判定。
3.4 注氮防灭火效果
为了保证注氮防灭火的有效性,必须对注氮的区域采取局部均压或区域性均压,并采取严格的堵漏措施以及有效的火灾检测,使灭火区的漏风量降到最低显著。注氮防灭火期间,应对其效果进行考察,其内容包括:工作面采空区注氮防火,注氮后采空区“三带”的变化,注氮量、注氮扩散半径、注氮口的移动步距等参数,采空区煤自然发火指标。选择注氮防灭火技术作为综放工作面主要的防灭火措施,对综放放顶煤开采有着重要的意义。选择注入氮气作为主要防灭火技术,
通过仿真系统为注氮系统选择参数。综放面回采过程中采空区防火注氮为开区注氮,采空区进风侧埋管,以2台氮气流量为1000m3/h制氮机连续注氮,由运顺预先向采空区每推进30m埋入1趟108mm钢管,随着工作面推进进入采空区20m开始注氮,进入70m停止,保持2趟108mm钢管持续向采空区20～70m范围的漏风带和氧化带内注N2。采空区开放式注氮气流量越大,防火的效果就越好,反之就越差,但是由于受采空区漏风风流、风压影响,流失性强,停止注氮后其防灭火作用易消失,因此采空区开区注氮气防火的关键是氮气流量和氮气出口位置的合理选择,并且应保持持续稳定地输送氮气。
4 结语
总之,随着综采放顶煤开采技术在我国条件适宜的矿井中得到广泛应用,氮气防灭火技术成为该采煤方法的主要防灭火措施,在综放工作面的安全生产过程中发挥着重要的意义。
参考文献:
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作者简介:张存柱(1965—),男,高级工程师,1985年毕业于阜新矿业学院,现任中国煤炭科工集团太原研究院、山西天地煤机装备有限公
司内蒙古分公司常务副总经理。