【文章內(nèi)容簡介】 獲得了良好的經(jīng)濟技術效果，而且在防止煤柱自然發(fā)火方面，在不少礦區(qū)也巳取得成效。鶴崗新一礦統(tǒng)計，區(qū)段煤柱發(fā)火占總發(fā)火次數(shù)的 ％，可是自 75年試行無煤柱開采的地區(qū)安全回采五年多無自然發(fā)火事故。棗莊柴里煤礦在開采自燃較為嚴重的特厚煤中也試行了無煤柱開采，獲得了沿空掘巷有助于防止自燃的結論。 取消煤柱，消除了自然發(fā)火的根源，這是無煤柱開采能夠有助于防止自燃的關鍵所在。 在特厚煤層的開采中，將水平大巷、采區(qū)上山、區(qū)段集中運輸和回風巷均布置在煤層底板巖石里，采用垮越回采，取消水平大巷煤柱，采區(qū)上 (下 )山煤柱，采用沿空留巷或掘巷，取消區(qū)段煤柱，采區(qū)區(qū)間煤柱，采用傾斜長壁仰斜推進、間隔跳采等措施，并輔以巷旁隔離、采空區(qū)灌漿、停采線局部區(qū)域灌漿充填、及時封閉、均壓通風等措施，則采空區(qū)自然發(fā)火是可以完全控制的。 無煤柱開采存在的問題： 1）采空區(qū)有害氣體的涌出； 2）發(fā)生火災后不易封閉。 推廣無煤柱開采 1）礦井應采用“由外向里”的開采方式 過去的一些礦井，由于過分的強調(diào)快出煤、早出煤的要求，以致在中央并列式通風系統(tǒng)，開采易自燃的厚煤層礦井，主付井筒貫通之后，就在靠近衛(wèi)業(yè)廣場煤柱邊緣市置工作面采煤。隨著回采的推進和擴展，大片采空區(qū)遺留在通風的高負壓區(qū)段，漏風很難杜絕，以致自燃火災頻頻發(fā)生，生產(chǎn)十分被動。 因此，在中央并列式通風的礦井，開采易燃煤層時最好采用由邊界后退的開采順序。 堅持正常的回采順序 Ⅰ ⅡⅢ ⅣⅤ Ⅵ 厚煤層開采，應先采上分層后采下分層。 煤層群開采，有的礦井單純追求近期效益，常常是先吃 “ 肥肉 ” 后啃 “ 骨頭 ” ，就是說違背正常的自上而下依次開采的順序，先采厚煤層，后采薄及中厚煤層，以致破壞了上下鄰近煤層的完整性，為日后開采防止自然發(fā)火制造了困難。 2）煤層應采用“由上向下”的開采方式 厚煤層由上向下開采 煤層群由前向后開采 4）工作面應采用后退式 更有甚者，一個工作面沿走向提腰斬斷，分成二個工作面，同時開采。一前一后，產(chǎn)量成倍增長。但是巷道難以維護，前部工作面采空區(qū)漏風嚴重，后部工作面無風，采空區(qū)內(nèi)遺留孤島煤柱。這就為自然發(fā)火創(chuàng)造了條件。 3）區(qū)段應采用“由上向下”的開采方式 上山采區(qū)正常的回采順序應該是先采上區(qū)段，后采下區(qū)段，下山采區(qū)價恰相反。然而由于采掘失調(diào)，生產(chǎn)工作面接替緊張，又單純追求快出煤，以致在有的礦井出現(xiàn)反其道而行的現(xiàn)象。其結果是上 (下 )山巷道維護在采空區(qū)內(nèi)，斷面受壓縮小，通風阻力增大，采空區(qū)漏風嚴重，自然發(fā)火頻繁。 區(qū)段“由上向下”開采 工作面應采用后退式 工作面沿走向提腰斬斷 防止漏風 漏風是導致煤炭氧化自燃的根源，井下條件千變?nèi)f化，不能做到杜絕漏風，只能說是控制漏風、減少漏風使其達不到自燃條件。 一般情況下， 采空區(qū)單位面積上的漏風量大于 ,都不會引起自燃。 1m3碎煤最利于自燃的供氧條件為。 漏風量大，雖然氧化快，但熱量不能集聚，氧化的發(fā)熱很快被空氣帶走。 漏風量小，氧不足，氧化條件不忍受或很微弱，不致引起熱量的集聚。 當漏風量為 — ，是最好的氧化條件，又能充分氧化，熱量又不致于會很快帶走，能集聚發(fā)熱致燃燒。 把漏風量控制在 m3/，也是一件困難的事，花了九牛二虎之力，可能漏風量減少得還很少。因此，有的煤礦漏風減不下就增加漏風大于 m3/，但是在經(jīng)濟上不合理，浪費電能 N=hQ?？梢圆捎镁鶋悍罍缁鸬绕渌椒▉矸阑稹? 1）要防止漏風，首先通風系統(tǒng)就要合理，進回風流量盡量少直接經(jīng)過采空區(qū)，進回風巷兩端的壓差要盡量小而防止漏風。 如圖所示，前進式回采時，采用 b的通風方式，而不應采用 a，加大了漏風，后退式回采時，采用 d的通風方式，而不采用 c，會在上隅角形成無風區(qū)。 （ a ） （ b ）可 排 出 上 隅 角 瓦 斯后退式回采時的通風方式 （ c ）無 風 隅 角 區(qū)（ d ）前進式回采時的通風方式 第 四部分 工作面自燃三帶觀測 與礦井 內(nèi)因火災防治 測定參數(shù)： 溫度、氣體成分 測定儀器： 溫度： AD590恒流源溫度傳感器 、 熱電偶 、 導線 、 測溫儀表 。 氣體成分：束管、 氣相色譜儀 、 抽氣泵 、球心。 測點布置： 全面布置法 、 局部布置法 。 取樣： 每日一次取樣，同時記錄回采工作面進度。 分析： 氣體成分 、 溫度曲線 、 O2曲線 、 CO曲線 、 采空區(qū)自燃“三帶”圖 。 采空區(qū)自燃“三帶”劃分依據(jù)： 依據(jù) ：以氧氣濃度為主，溫度變化曲線為輔，參考其他氣體變化曲線與采空區(qū)流速模擬分析。 煤自燃“三帶”測定 （ 1） 采空區(qū)煤炭氧化自燃 三帶 采用走向長臂式采煤方法，全部垮落法管理頂板時，采空區(qū)煤氧化自燃存在 “三帶” “ 三帶 ”位置隨工作面推進前移， 自燃帶 前移速度越慢、寬度越大越易自燃。 加快 自燃帶 前移速度的唯一方法是加快工作面回采速度。 控制 自燃帶 寬度的措施是降低工作面兩端的壓差。 第一帶 ： 不自燃帶 。 這個帶氧氣充足，漏風流速大，有氧化但無蓄熱條件，氧化的熱量被漏風帶走。 不燃帶的寬度一般為工作面煤壁至采空區(qū)的 115m范圍內(nèi)。 第二帶 ： 自燃帶 。 從不自燃帶向采空區(qū)的 1120m范圍內(nèi)， 因 采空區(qū)上覆巖層的冒落與逐漸壓實，漏風減少 到 既有充足的供氧條件，又有良好的蓄熱環(huán)境，故煤炭最易于自燃。 第三帶 ： 窒息帶 。 在自燃帶之后，冒落的巖石不斷被壓實，漏風微弱氧氣濃度下降到 68%以下的窒息濃度。在自燃帶已自燃的煤炭到了窒息帶也因氧氣濃度的減少而窒息熄滅。 （ 2） 采空區(qū)煤炭氧化自燃“三帶” 劃分 劃分采空區(qū)的 ， 目前尚無具體的統(tǒng)一指標參數(shù) ， 但總的來說有兩種劃分方法 ： ① 根據(jù)采空區(qū)漏風流速劃分 這種方法主要通過實驗室模型實驗 ， 模擬采場的實際條件來進行 。 而現(xiàn) 場實際測定則由于采空區(qū)設點的困難 ， 測量儀器精度 ， 采空區(qū)風流方向的不 可預見性等的影響而尚無法進行 。 根據(jù)國內(nèi)外學者對采場漏風的研究認為采空區(qū) “ 三帶 ” 的范圍根據(jù)采空 區(qū)流速 劃分一般為： 不燃帶的流速：大于 m/min； 自燃帶的流速： m/min； 窒息帶的流速：小于 m/min。 ② 氧氣根據(jù)濃度劃分 這種方法在現(xiàn)場實測中常用，按氧氣濃度劃分一般為： 不燃帶的氧氣濃度：大于 18%19%； 自燃帶的氧氣濃度： 5%— 18%19%； 窒息帶的氧氣濃度：小于 5%。 預防性灌漿 《 煤礦安全規(guī)程 》 第二百三十二條規(guī)定： 開采容易自燃和自燃的煤層時，必須對采空區(qū)、突出和冒落孔洞等空隙采取預防性灌漿或全部充填、噴灑阻化劑、注阻化泥漿、注凝膠、注惰性氣體、均壓等措施，編制相應的防滅火設計，防止自然發(fā)火。 在礦井設計、延伸、新水平、新采區(qū)設計時，應同時設計相應的預防性灌漿系統(tǒng)。預防性灌漿的作用 （ 1）預防性灌漿： 預防性灌漿：將水與漿材作適當配合制成漿液，借助輸漿設備送到可能發(fā)生自燃發(fā)火的地點，防止煤炭的自燃。 泥漿起到三個作用： 1）包裹煤體，隔絕煤與空氣的接觸，防止氧化； 2）加強采空區(qū)的致密性，防止漏風； 3）冷卻已發(fā)熱的煤體與圍巖，降低溫度。 1）加入少量水能夠成漿； 泥漿加入水后要能溶解成漿，不能形成團團塊塊或夾雜大量矸石，否則易堵管和灌漿不均勻。 2）泥漿的滲透性要好； 泥漿注入井下后要能夠滲透，很快將媒體包裹起來。否則等于白注。 3）不含可燃物或助燃物； 泥漿本身要不含可燃物，如黃鐵礦、硫酸鹽類等。 4）泥漿要易于脫水； 注漿必須脫水 5）泥土粒度要求； 不大于 2mm，細小粉粒（粒度小于 1mm）要占 75%以上。 6）主要物理指標： A 比重： — ； 塑性指數(shù)： 9— 14； 膠體混合物： 25— 30%； 含沙量： 25— 30%。 7）泥土要便于開采、運輸與制備。 主要從經(jīng)濟上考慮 。 （ 2）灌漿材料的選擇 （ 3）漿液的制備與運輸 1）矸石頁巖灌漿： 矸石頁巖采石場 —— 粒度篩選 —— 運輸設備 —— 多極破碎機（球式、 鱷式） —— 泥漿攪拌池 —— 泵站 —— 管道入井。 2）粉煤灰灌漿： 發(fā)電廠 —— 運輸設備 —— 儲灰池 —— 攪拌池 —— 泵站 —— 管道入井。 3）黃泥灌漿 ： 水力取土、自然成漿： 高壓水槍取土 —— 輸漿溝 —— 過濾篩 —— 管道入井。 人工或機械取土， 攪拌成漿：采土場 —— 礦車運輸 —— 儲土場 —— 攪拌池 —— 泵站 —— 管道入井。 4）泥漿的土水比： 1： 25 泥漿的土水比 是 一個要參數(shù)。表示： 泥漿中固體材料與水的體積比。 主要取決于土質的情況，同時又與泥漿的輸送距離、灌漿的方法、煤層的傾角和氣候條件的變化有關 。 5）泥漿的輸送倍線：： 泥漿的輸送倍線為 ： 地面灌漿站至井下灌漿地點的管線長度與垂高之比 ， N=L/H。在 210之間。 （ 4）灌漿量的確定 灌漿量的確定，各礦務局都有自己的一套計算方法，都有自己的經(jīng)驗，總的說來主要是根據(jù)灌漿區(qū)的容積、采煤方法及地質條件等因素來確定。這里介紹一種常用的方法。 1）灌漿用土量 Qt ① 按采空區(qū)灌漿量計算 預防性灌漿量主要取決于灌漿形式 ,灌漿區(qū)的容積 ,采煤方法等因素。采前預灌、采后封閉停采線灌漿都是以充滿灌漿空間為準。隨采隨灌的用土量 (Qs)可按下式計算。 Qt1= 式中： Qt1—— 灌漿用土量， m3； m—— 煤層開采厚度， m； L—— 灌漿區(qū)的走向長度， m； H—— 灌漿區(qū)的傾斜長度， m； C—— 煤炭回收率，％； K—— 灌漿系數(shù) ，即泥漿的固體材料體積與需要灌漿的采空區(qū)空間容積之比。在 K值中反映了頂板冒落巖石的松散系數(shù)，泥漿收縮系數(shù)和跑漿系數(shù)等綜合影響。 ，此方法即根據(jù)灌漿區(qū)所采出煤量得多少來確定灌漿量的大小。 ② 按日灌漿量計算 按 灌漿區(qū) 日灌漿所需用土量計算公式為： Qt2=或 Qt2= 式中： Qt2—— 日灌漿所需用土量， m3； G—— 礦井日產(chǎn)量， t； γ 1—— 煤炭容重， t/m3； l—— 工作面日進度， m。 ③ 礦井日用土量 礦井實際每日所需采土量為： Qt=a﹒ Qt2 式中： Qt—— 灌日用土量， m3 a—— 取土系數(shù)，考慮土壤含有一定的雜質和開采、運輸過程中的損失， a取 ； 2）灌漿用水量 Qw 灌漿用水量 (Qw)可按下式計算： Qw= 式中： Qw—— 灌漿用水量， m3； Kw—— 沖洗管路用水量的備用系數(shù)，一般取 ； δ —— 水土比，一般取 25。 3）日灌漿量 Qj 每日的灌漿量可按下式計算： Qj=（ Qt2+Qw） u 式中： Qj—— 日灌漿量， m3； u—— 泥漿制成率，如表所示。 水土比 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 泥漿容重 泥漿制成率 則小時灌漿量可按下式計算： Qjh=Qj/ m3/h 式中： n—— 每日灌漿班數(shù) ,班； t—— 每班純灌漿小時