趙效中,王學(xué)棟,郝國(guó)珮

(西山煤電股份公司西銘礦)

礦井自燃火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)技術(shù)在西銘礦的應(yīng)用

趙效中①,王學(xué)棟,郝國(guó)珮

(西山煤電股份公司西銘礦)

針對(duì)西銘礦煤層自然發(fā)火傾向性的幾種狀況進(jìn)行了分析,提出了自燃發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立方案,并介紹了方案實(shí)施的過程。束管監(jiān)測(cè)技術(shù)的成功應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了該礦預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)自燃火災(zāi)智能化功能,取得良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

礦井;自燃火災(zāi);束管監(jiān)測(cè)技術(shù);應(yīng)用;效益

西山煤電股份公司西銘礦井田位于西山煤田的東北部,井田邊界曾有小窯開采。雖然已做了許多的密閉工程,但仍然存在有向工作面采空區(qū)漏風(fēng)的傾向性,這樣就增加了自燃危險(xiǎn)性,甚至存在小窯積存的有毒有害氣體在通風(fēng)負(fù)壓的作用下向大礦涌出的可能性,對(duì)該礦的安全生產(chǎn)造成極大的威脅。

該礦井下為“六進(jìn)三回”的混合式通風(fēng)方式,通風(fēng)方法為抽出式?，F(xiàn)正在開采的有2#、3#、8#、9#等4種煤層。2008年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果,礦井瓦斯絕對(duì)涌出量129.95 m3/min,瓦斯相對(duì)涌出量為18.06 m3/t,為高瓦斯礦井。2009年1月,煤科總院沈陽研究院對(duì)該礦主采煤層分區(qū)域采集煤樣,進(jìn)行了自燃傾向性鑒定,所采取煤樣自燃傾向性均為Ⅱ類自燃。

1 自然發(fā)火傾向性分析

自燃傾向性之一:開采3#、9#煤層工作面時(shí),由于距上部2#、8#煤層層間距較近,2#與3#煤層平均層間距2.38 m,8#與9#平均層間距1.84 m,存在上下采空區(qū)地相互溝通,上部2#、8#頂煤浮煤及殘留破碎煤柱已經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的氧化,浮煤溫度已有所提高,煤的氧化性增強(qiáng),上下采空區(qū)相互連通又存在著向上部采空區(qū)遺留煤體及破碎煤柱的漏風(fēng)通道,若再次與因開采造成的漏風(fēng)供給的氧氣相接觸,更容易被氧化和自然發(fā)火,增加了采空區(qū)自然發(fā)火的傾向性。

自燃傾向性之二:工作面“三巷”沿2#、8#煤底板掘進(jìn),層間距小,受采動(dòng)壓力影響,易于離層、壓裂冒落,存在與上部采空區(qū)經(jīng)裂隙相互溝通的可能,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間氧化蓄熱升溫,存在巷道上部浮煤的自然發(fā)火危險(xiǎn)性。已經(jīng)氧化升溫的煤體進(jìn)入采空區(qū)后,使采空區(qū)兩巷遺煤溫度相對(duì)其他地點(diǎn)更高,即便在較快的推進(jìn)速度下也可能引起采空區(qū)遺煤自燃。

自燃傾向性之三:工作面采取“U+L”型方式布置通風(fēng)系統(tǒng),工作面配置有尾巷,通過采空區(qū)后部的聯(lián)絡(luò)橫貫排放瓦斯,造成采空區(qū)漏風(fēng)量較大,形成采空區(qū)氣體分布的獨(dú)特性,存在充足的供氧條件,增大了采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)性。

2 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立

基于西銘礦目前已經(jīng)形成的采掘生產(chǎn)布局和工作面通風(fēng)方式,綜合分析以往礦井自然發(fā)火狀況,本著經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性及可操作性的原則,采取了強(qiáng)化自然發(fā)火的早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作,完善了自然發(fā)火的檢測(cè)方法和手段。在2#、8#煤層工作面該礦采用的是人工取樣分析的方式進(jìn)行自然發(fā)火的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作,而在3#、9#煤層屬于人員難以進(jìn)入的“死區(qū)”,就采用了束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)自然發(fā)火情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

針對(duì)西銘礦井下生產(chǎn)實(shí)際,把3#、9#煤工作面作為防滅火重點(diǎn),建立了井下移動(dòng)式簡(jiǎn)易束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。即在工作面附近建立井下抽氣泵站,束管集中接到束管采氣泵站,由專業(yè)人員在采氣泵站用球膽分別取氣,帶至地面進(jìn)行化驗(yàn)分析,利用氣相色譜分析儀連續(xù)分析各個(gè)測(cè)點(diǎn)氣體組濃度的變化、對(duì)煤層氧化自燃過程進(jìn)行觀測(cè)并進(jìn)行早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。在工作面沒有監(jiān)測(cè)到自然發(fā)火標(biāo)志氣體的情況下,取樣時(shí)間定為每三天取樣一次,一旦出現(xiàn)自然發(fā)火征兆就進(jìn)行每天采氣分析。

3 3#、9#煤層工作面束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1)束管布置方式。在工作面附近建立井下抽氣泵站,束管沿工作面皮帶順槽向采空區(qū)敷設(shè)布點(diǎn)。在巷道底靠外幫鋪設(shè)內(nèi)徑為2吋的無縫鋼管作為保護(hù)管,內(nèi)穿有4芯內(nèi)徑為8 mm的束管。每?jī)牲c(diǎn)之間距離30 m,每個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)安設(shè)束管采樣器,每個(gè)采樣器連接一路束管,測(cè)點(diǎn)采樣器外加套管保護(hù),見圖1。隨著工作面的推進(jìn),1#、2#、3#、4#束管采樣器依次進(jìn)入采空區(qū),這樣就能抽取采空區(qū)深部的氣體。在推至過4#點(diǎn)約30 m時(shí),把1#點(diǎn)截開,重新布點(diǎn),依次循環(huán),直至整個(gè)工作面采煤過程結(jié)束。其總體布置方式見圖2。在此其間觀測(cè)采空區(qū)浮煤在不同推進(jìn)度時(shí)的氣體產(chǎn)物特性。

2)取氣方法。束管集中接到束管采氣泵站后,由專業(yè)人員在采氣泵站用球膽分別取氣。采樣時(shí),先將其中一路束管連接到真空泵進(jìn)氣口,預(yù)抽3～5 min,然后將球膽內(nèi)的氣體擠壓干凈,再將球膽連接到真空泵的出氣口采集氣樣,直到球膽被充滿為止。

3)氣樣分析。氣樣分析內(nèi)容包括O2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C2H2等氣體。采樣測(cè)試完畢后,需要記錄好每天工作面推進(jìn)度,工作面采取的防滅火措施。對(duì)于其它易自燃地點(diǎn),當(dāng)出現(xiàn)煤自然發(fā)火征兆時(shí)也可以進(jìn)行束管布點(diǎn)取氣的方式進(jìn)行氣體分析(取樣到化驗(yàn)室分析之間的時(shí)間最好在6 h以內(nèi),最長(zhǎng)不得超過12 h,超過12 h視氣樣作廢,需重新采取氣樣進(jìn)行分析)。

4 束管敷設(shè)及布點(diǎn)選取方法

束管敷設(shè)要做到平、直、穩(wěn),與動(dòng)力電纜之間的距離不應(yīng)小于0.5 m,并要避免與其他管線交叉,束管入口處必須安設(shè)濾塵器,如圖1所示。此外,為防止束管因塵埃和冷凝水堵管,應(yīng)在井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)氣口處設(shè)置濾塵器和吸濕器;為防止漏氣,束管與束管之間要用10 mm的銅管連接,所有接口均用環(huán)氧樹脂封閉,并加強(qiáng)束管所經(jīng)巷道的完好性維護(hù),專人定期檢查束管管路情況。同時(shí),還應(yīng)采取措施防止從井口到分析室的束管在冬季結(jié)露凍結(jié)。

束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)形成后,監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)按以下方法選取:總回風(fēng)道和集中回風(fēng)道應(yīng)該設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇圍巖穩(wěn)定,前后5 m范圍內(nèi)無分支的巷道并靠近巷道末端,監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在距巷道頂板0.5 m處的巷道中心線上;回采巷道上部煤層出現(xiàn)過高溫點(diǎn)處(層間距較近),要靠頂板設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn);3#煤及9#煤生產(chǎn)工作面上部為2#、8#工作面采空區(qū)時(shí),應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,選擇合適地點(diǎn)向上部采空區(qū)打鉆,下入監(jiān)測(cè)束管;各煤層巷道有通風(fēng)設(shè)施的應(yīng)在該設(shè)施回風(fēng)側(cè)的1 m頂板上設(shè)點(diǎn);采掘工作面有明顯升溫征兆的區(qū)域必須設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn);火區(qū)密閉、橫貫聯(lián)絡(luò)巷密閉以及巷道高冒等易自然發(fā)火地點(diǎn)須設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

5 結(jié) 論

礦井自燃火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)技術(shù)的成功應(yīng)用,改變了該礦的防火形勢(shì),實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的智能化功能。該技術(shù)能夠?qū)碌臍怏w成分及濃度變化實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),操作十分簡(jiǎn)便,可以及時(shí)地觀察到C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C2H2等氣體的變化。從而對(duì)自然發(fā)火進(jìn)程作出更加科學(xué)的判斷,達(dá)到了防止礦井自然發(fā)火的目標(biāo),取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

Application on Beam Tube Monitoring Technology of Spontaneous Combustion Fire in Ximing Coal Mine

Zhao Xiao-zhong,Wang Xue-dong,H ao Guo-pei

In connection with several conditions of coal seam spontaneous combustion tendency in Ximing coal mine has carried on the analysis,proposes the establishment plan of spontaneous combustion forecast system,and introduces implementation process of the plan.The successful application of the beam tube monitoring technology realize the intellectualized function of forecasting spontaneous combustion in the mine,achieve the good economic and social benefits.

Mine;Spontaneous combustion fire;Beam tube monitoring technology;Application;Benefit

book=6,ebook=4

TD752.1

B

1672-0652(2010)05-0009-02

2010-04-05

趙效中 男 1968年出生 1992年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院 工程師 太原 030052