自燃发火煤层开采中防止煤层
自燃的安全技术措施
在低瓦斯和自燃双重危险的煤层开采中,一方面要防范瓦斯积聚,另一方面又要防治煤层自燃。采空区一旦发火,还要避免可能的瓦斯爆炸威胁,灾害防治的难度很大。为此,必须首先弄清楚煤层自然发火的原因,才能采取针对性的、技术经济合理的、安全有保障的防治措施。 1 煤层自然发火原因
各国专家学者在进行了大量的研究和探索后得出,煤的自燃过程实质上是煤氧化逐渐加速的过程,煤急剧氧化放出的热量不能向外散失时,则煤体温度达到着火温度,煤发生自燃。影响煤层自然发火的因素有内在、地质、开采等。 1. 1 内在因素
煤层自然发火性能主要取决于煤层本身的物理化学性质和成分,与煤的变质程度关系很大,变质程度越低,则煤层自燃性能越强。 1. 2 地质因素
1) 煤层厚度。一般情况下,煤层越厚,自然发火危险性越大。 2) 煤层倾角。煤层厚倾角又大时,更易自燃。尤其在急倾斜特厚煤层中,自然发火更为严重。
3) 地质构造。在褶曲、断层带附近,煤层及其顶底板常被挤压、牵引而破碎,煤岩层的裂隙增多,易造成串风供氧,更易发生自燃。
4) 含硫量。煤中含硫越多,越容易自燃。尤其在高硫煤中,若煤层的直接顶含硫量很高,则自燃性能更为严重。 1. 3 开采因素
1) 巷道布置与顶板管理。巷道沿煤层布置时,煤柱多,联络巷多,煤层暴露面积大,封堵困难,易于自燃。采用充填法和垮落法控制顶板时,采空区较为严实,漏风小,故不易自燃。
2) 漏风条件也直接关系到自燃。漏风大,煤在自热阶段的热量不易积聚,不易发展到自燃; 漏风小,供氧不足,即使有自热发生也不易发展到自燃;只有漏风满足煤从自热发展到自燃所需的氧量,又能使氧化过程中产生的热量积聚,这时才易自燃。 2 开采中可采取的安全措施 2. 1 矿井开拓、开采方面的措施
1) 合理的开拓开采部署。生产实践证明,开采有自燃的煤层,正确选择开拓开采方式,对防止煤层自燃有决定性作用。具体地说,尽量简化巷道布置,减少辅助性巷道,采用岩石集中巷和岩石上山,煤层内尽量少布置巷道,减少对煤体的切割。当巷道沿煤层布置时,应采取措施,尽量将暴露的煤体封闭,减少暴露煤体与空气接触。每个工作面应尽量在发火期内开采完毕,以利采空区封闭。
2) 合理的采煤方法。长壁式采煤法比短壁式
采煤法巷道布置简单,资源回收率高,有利于防止煤层自燃。开采有自燃
的煤层,应尽量采用长壁采煤法,工作面采用后退式回采,全部冒落法管理顶板,煤层顶板易于冒落压实,可减少采空区漏风,有效地防止煤层自燃。
3) 合理的开采顺序。对于煤层群为避免上、下煤层开采后的采空区导通后漏风,引起煤层自燃3) 合理的开采顺序。对于煤层群为避免上、下
煤层开采后的采空区导通后漏风,引起煤层自燃,应采用“扒皮”式开采,即先采上部的煤层、再采下部煤层;先采上区段、后采下区段,相邻段尽量少打联巷。
4) 无煤柱开采。煤层自然发火首先要有破碎的具有自燃倾向的煤,无煤柱开采时,则可尽量减少采空区的浮煤和煤柱残煤,减少煤层发火的可能性。回采工作面采用沿空巷道,采区上山不留煤柱,实行回采工作面跨上山开采,即双翼采区的其中一翼工作面跨过上山30 m停采,待另一翼的采煤工作面推进到终采线时,再对残留的煤柱进行回收。
5) 保持合理的工作面推进度。随着回采工作面的不断推进,采空区不断冒落且逐渐被压实,采空区漏风也逐渐减少。实践证明,当工作面推进到某一段距离后,漏风量减少到危险风量以下,此时采空区不会出现煤层自燃。因此,回采工作面保持一个必要的推进度,也是消除采空区自燃的一项必不可少的措施。各地方可根据各自的情况,采用观测和实测的办法确定其回采工作面速度,如川南地区为防止煤层自燃,矿井回采
工作面的月推进度为50～60 m。 2. 2 矿井通风方面的措施
1) 控风防火。矿井通风也是防灭火的一个重要措施。矿井通风等积孔过小,负压太大,会造成井下漏风严重,引起煤层自燃。有条件的矿井应采用分区式通风,该系统不但适合于高瓦斯矿井,而且可以降低矿井总风阻,一旦矿井发生火灾,便于控制风流,隔绝火区。
2) 均压通风。采用预防性均压通风方式,回采工作面和相邻巷道之间“两道一线”尽量减少压差,实现均压通风,减少漏风。如采用“悬空”密闭的措施,即在回采工作面的运输机巷和回风巷中,采用粉煤灰袋或矸石在回采工作面密集支柱后方设0. 8～1. 2 m厚、长5. 0 m 的悬空密闭,每隔30 m 设1 道。随着回采工作面的推进,顶板不断冒落,密闭上方的“悬空”被压实,形成隔离带。这样可以减少采空区漏风,将采空区的“三带”减小,阻止煤层自燃,见图1。图1 井下悬空密闭防火墙示意图
3) 通风构筑物的设置。井下风门、调节风门等通风构筑物的设置位置应合理,尽可能设在围岩坚固、地压稳定的地点,两道风门采用闭锁装置,不同时打开,避免“负压冲撞”。 2. 3 防灭火措施
1) 灌浆防灭火。根据技术上可行、经济上节省的原则,建立矿井灌浆防灭火系统。当场地内黄土少,采用黄泥灌浆取土困难时,可采用注凝
