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山 西 省 煤 炭

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  论文题目  白洞矿井石炭系煤层开采综合防灭火技术研究                         

  申报学科组                 学科组代码          

 作者姓名  赵晨德 职称    高级工程师    年龄  41       

 工作单位 （详细）    同煤集团同家梁矿 职务  同家梁矿矿长       

 通讯地址      同煤集团同家梁矿          邮编       037025     

联系电话     0352-7063149                       

      推荐单位         同煤集团科协                                

                                          年   月    日

   白洞矿并石炭系煤层开采综合防灭火技术研究

同煤集团白洞煤业公司（现同家梁矿 ）赵晨德

[摘 要]白洞煤业公司利用防灭火措施，消除了煤炭自然发火隐患，实现了矿井的安全生产，为存在自然发火隐患的矿井提供了可借鉴的技术经验。

[关键词]煤层开采  综合防灭火  技术研究

一、 矿井概况

白洞煤业公司井田地处大同煤田之东南部，位置距大同市西南22.5公里口泉沟中部 ，其地理坐标为：东经1l2°59′49"～113°04′06"、北 纬39°58′38"～40°01′11"。东距大运高速路 22.5公里，矿内有大同至王村运煤铁路专线经过，并每日有客车通行，有公路相通，交通便利。井田的北部和东北部与同家梁矿井田相邻，两部与南部与四老沟井田接壤，东南边界为大同盆地东南翘起的煤层露头区。井田呈北西一南东向，长约 6.3km，北东一南西向宽约2.2km，侏罗系井田面积为13.85km²，石炭系井田面积为8.27km²。

白洞煤业公司是原白洞矿资源枯竭关闭破产后，于 2001年 11月重组成立的矿井。矿井于1955年兴建，1958年投产 。井田内侏罗系共有 可采煤层9层 ，现已基本采完。在 11#层和 14#层两个主采层中只剩下部分大巷煤柱未回收。现仅剩余可采储量 87万吨，故延深开采石炭二 迭系煤层，石炭系井田共有 3^#、5^# 、6^# 、7^# 、8^# 、9^# 六层煤，表内储量为22471万吨，可采储量为 9666.6万吨，其中c3^# 层中可采储量为 409万吨，C5 ^#层可采储量为5705.9万吨，现在全井田剩余储量为21298.1万吨。矿井原设计能力为9O万吨，1979年改扩建后设计能力为160万吨∕年，后因侏罗系煤炭资源枯竭于2002年10月开始开采石炭二叠系煤层，2006年核定生产能力为180万吨，通风能力为240万吨。矿井现开采C5 ^# 层301盘区，矿井开拓方式为立井、斜井开拓 。

二、矿井“一通三 防”概况

矿井采用 中央并列抽出式通风。矿井有独立 、完整 、稳 定的通风系统。有三个进风井 (副立井、羊涧沟斜井和三井沟斜井 )，一 个回风井(西风井)。西风井安装两台型号为 2K60—4一NO．28轴流式改造型主要通风机，其中一台正常运转 ，一台备用 。主要通风机电机功率为1000KW，叶片角度为0°。矿井总进风量为 9029m³／min，其中副井进风量5448m³／min，羊涧沟斜井进风量为 3306m³／min，三井沟斜井进风量为275m³／min，矿井总回风量为9406m³／min，静压 1578Pa。矿井内各盘区均有专用回风巷，各采掘工作面、峒室等均实现独立通风系统。

矿井属于低瓦斯矿井，2008年瓦斯鉴定为：矿井瓦斯绝对涌出量为 1.12m³／min，相对涌出量为 0.45m³/t； 二氧化碳绝对涌出量为20.9m³／min，相对涌出量为8.31m³／t。其中侏罗系 11^#层和14^#层瓦斯绝对涌出量为O.42m³／min，二氧化碳绝对涌出量为 17.77m³／min。石炭系C3^#层和C5^#层瓦斯绝对涌出量为0.7m³／min，二氧化碳绝对涌出量为3.8lm³／min。

三、矿井防灭火概况

矿井现有一个火区，即侏罗系11^#层 后石门火区，火区面积为31.2万平方米，开采时间为 1971—1979年，发火时间为 1976年7月初发，1987年8月复燃，经过均压、灌浆等方法进 行灭火，现处于稳定窒息状态。矿井原存在后石门火 区，到 2009年11月15日已灌浆 4.19352万 m³黄土，并通过取样分析 、检查 、化验火 区外 围密闭无一氧化碳 、乙烯 、乙炔泄出，温度(其中火区温度16℃ 、密闭外水温12℃)、压能与系统温度 、压能无差异；火区内的氧气浓度为4.28％。现已上报了火区注无销报告对后石门火区进行注销；矿井并成立了巷道维护组，对专用回风巷进行清理，对风桥进行垫坡，保证了流线型，并定期由区领导进行督促检查，采用锚喷支护，实现了无煤尘堆积、无杂物，失修率为零，每周至少对火区、采空区外围密闭、盘区回风巷、回采工作面及可能发热的地点取样化验分析一次，及时掌握火区、采空区等区域自燃发火动态，并且每月有一份火情分析报告，预防火灾事故的发生 。

四、石炭系开采情况

矿井现开采C5^#层 301盘区 ，矿井开拓方式为立井 、斜井开拓，在301盘区内布置了一个综采队(8103工作面)，四个机掘队：机掘一队(5102—1巷)、机掘二队(2102巷)、机掘三队(8110—1备用面)、宏泰28队(5102巷)，一个炮掘队：宏泰 14队(C5^# 层东部水仓)。

五、掘进现状和掘进期间的防火措施

矿井存 C5^# 层 301盘区东部布置一条东部皮带巷、一条东部轨道巷和延用原2112巷为东部回风巷，回入 C3^# 层301盘区北部回风巷。皮带巷沿底掘进，轨道巷沿顶掘进，回风巷沿 C3^# 层顶掘进(C3^#层煤不可开采)三条巷全部采用锚喷支护并对轨道巷进行了底板硬化处理，实现了不见煤，无杂物，有效的杜绝了发火现象，盘区采用后退式开采，准备先在东部矿井边界处开拓形成一个8102综放工作面，两顺槽长度为600米，即C5 ^#层 301东部盘区8102工作面设计为倾向长壁后退式综合机械化采煤工作面，在煤层自然发火期内已能够全部开采完毕，采用三巷布置方式，头、尾、高顶巷三巷及工作面切眼均为矩形断面。两条顺槽(2102巷、5102巷)均沿 C5^#层煤层倾向布置，沿底掘进；一条高顶巷(5102—1巷)沿 C5^# 层煤层顶掘进；工作面切眼沿 C5 ^#层煤层走向布置，见底掘进。

2102巷(头巷)为机轨合一巷，用于停放电气列车、铺设皮带兼进风，断面规格为(宽×高)5.0m×3.3m，净断面积16.5m² ，采用锚杆、锚索联合支护。

5102巷(尾巷)为轨道巷，用于运料兼回风 ，断面规格为(宽×高) 4.2m× 3.3m，净断面积 13.86m²，采用锚杆、锚索联合支护。

高顶巷为抽排瓦斯巷，用于专排瓦斯巷，断面规格为(宽×高) 3.2m×2.5m，净断面积8m²，采用锚杆、锚索联合支护。

工作面切眼垂直于2102与5102巷布置，断面规格为(宽×高) 7.5m×3.3m，净断面积 24.75㎡，采用锚杆、锚索联合支护。巷道两帮采用金属网护帮,回采期间工作面采用“U”型通风，即2102进风，5102回风。

六、C5^# 层301东部盘区81O2工作面回采期间的防火措施

1、工作面概况

8102工作面为白洞矿井首个综放工作面，该面布置在盘区C5^#煤层。工作面开采区域煤层厚度为10.9—14.0米，平均 12．84米。工作面倾向长度120米，走向长度600米。

采煤方法为综采放顶煤，回采 3.3米，放煤高度9.54米，设计配风量为1040m³／min。

2、工作面自然发火隐患分析

8102综放工作面开采的是 C5 ^#煤层 ，属易燃煤层，煤层厚，放煤量大，工作面推进速度相对较慢，造成采空区氧化带氧化时间较长，给采空区自然留下了隐患；煤体破碎、松散，采空区遗煤较多，遗留在采空区的浮煤极易氧化蓄热；工作面配风量较大，为工作面防火带来了难度。

3、工作面防火措施的确定

针对白洞矿井 C5 ^# 层301盘区8102工作面具体情况，采取的防灭 火技术措施是：

(1)进行人工检测，在每班派专人使用光干涉瓦检仪和便携仪巡回检测工作面、上隅角、回风巷等处的 O₂、CH₂、CO和温度 ，发现问题及时采取相应措施进行处理；

(2)安装监测监控传感器对工作面有害气体进行有效监控，分别在工作面上隅角安装甲烷传感器和一氧化碳传感器，工作面回风处距工作面 10m内安装甲烷传感器，回风绕道以里10一15m处安装甲烷传感器、一氧化碳传感器和温度传感器，排瓦斯巷下风流 10—15m处安装甲烷传感器；

(3)加快对工作面开采的推进速度 ，增加对后古塘浮煤的回收率，以减少后古塘浮煤氧化带自然起火；

(4)建立煤层自燃发火预测预报系统 ，煤层自然发火预测预报系统采用地面色谱束管监测系统、人工取样地面色谱分析和便携式检测相结合的方式，对工作面进行自然发火预测预报；

(5)建立注氮防火系统 ，将氮气送人采空区氧化带，使该区域空气惰化，将氧气浓度降到煤白燃发火的临界浓度(7％)以下，以抑制煤得氧化白燃；

防火注氮流量的计算：

工作面防火注氮流量的大小主要取决于采空区的几何形状、氧化带空间大小、岩石冒落程度、漏风量大小及区内气体成分的变化等诸多因素。MT／T701—1997标准中推荐的计算方法为按采空区氧化带氧含量计算，其余的计算方法仅作参考。  

①按采空区氧化带氧含量计算(MT／T701—1997标准中推荐的计算方法)

此法计算的实质是将采空区氧化带内的原始氧含量降到防火惰化指标以下，按下式计算注氮流量。

防灭火注氮流量的确定(见下表)

通过上述计算，依据国内外应用氮气防灭火的经验，结合白洞煤业公司C5 ^# 层 8102综放工作面的开采条件，以及按设计综放工作面投产后就可达产，将防灭火注氮流量确定为1000m³∕h。

七、全文主要结论

煤矿火灾防治是一系列措施方案组成的综合技术体系．矿井防灭火技术的实施必须面对复杂的矿井地质条件、多变的人员作业条件、艰巨的现场工程条件以及不可确知的火源或发火隐患变化条件等方面的制约，往往采取单一技术方法不能取得理想的防灭火效果，为此，必须因地制宜，采取综合防灭火措施，即将几种防灭火技术手段有机地结合起来，可达到最佳的防灭火效果，目前，在煤矿生产实践中，“以防为主”的防灭火原则基本得到了贯彻并逐渐形成了火灾预测、监测、预防、治理相结合的综合火灾防治技术体系。

通过对以上防灭火技术的论述，综合防灭火技术中的各项措施，虽有主次之分，但并不意味一些辅助措施不重要。对于目前矿井防灭火出现的复杂性，若采取单一方法，通常不能取得理想的防灭火效果，因而，必须强调采取综合防灭火措施。综合防灭火技术结合应用，可以取长补短，对抢险救灾和防灭火工作具有独特的作用。因此在目前防灭火工作日趋严峻的情况下其推广应用前景是非常广阔的。

八 、今后工作展望

煤自燃发生和发展是一个极其复杂的动态变化过程，我们应该通过实验研究的目的找出其规律，通过对其规律的研究建立数学模型，做好早期预测预报工作，以便于有针对性地采取防治措施。虽然，综合防灭火技术在治理煤炭 自燃发火中起到了非常重要的作用，但是，在实际应用中还有很多不足需要今后进一步研究：

(1)准确查找煤炭 自燃发火位置，是彻底治理煤炭自燃发火隐患的根本途径，目前，我国在此方面也进行了大量的研究，但还未有一套成熟的理论和设备能够解决这一问题。

(2)在防灭火技术和材料方面，目前主要有注三相泡沫、注浆、注惰气 、注阻化剂、胶体泥浆、稠化砂浆和泡沫树脂等。有些材料腐蚀井下设备，危害工人健康、污染井下环境等。在今后的工作中应主要研究安全、绿色、经济、高效的防灭火材料和设备。