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滕東煤礦半孤島工作面防滅火技術(shù)研究本科生畢業(yè)論文(參考版)

2024-08-29 18:32本頁面
  

【正文】 均壓防滅火 均壓技術(shù)是通過均衡漏風(fēng)通道進(jìn)出口兩端的負(fù)壓,杜絕或 減少通過有山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 30 浮煤堆積區(qū)域的漏風(fēng)風(fēng)量,調(diào)整放頂煤下作面的局部通風(fēng)系統(tǒng),最大限度地減少向采空區(qū)、停采線和開切眼漏風(fēng),從而。 另外,通過對(duì)氯化物吸水鹽類阻化劑阻化煤樣氧化過程分析也可以證實(shí),加人吸 水鹽類阻化劑的阻化煤樣中,甲基和次甲基橋鍵的氧化速率與原煤樣相比明顯減慢 ; 對(duì)醛、酮、 酯 類碳基與醚鍵、醚氧鍵的氧化,都有一定的減慢作用 ; 阻化煤樣中,次 甲基鍵數(shù)量減少,主要由于 Cl一發(fā)生取代作用的結(jié)果,醚氧鍵數(shù)量比原煤樣增多,說 明阻化劑阻止了煤分子中醚氧鍵的氧化斷裂 ; 而碳基減少是由于煤分子與阻化劑中的 醛基 發(fā)生絡(luò)合 作用的結(jié)果。其次,氯化物吸水鹽類還是一種吸水能力很強(qiáng)的物質(zhì),它能吸收大量水份并在煤體表面蒸發(fā)降溫 ,從而中斷或減緩自由基鏈反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。從煤氧化自燃的基 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程來看,可以說是多種因素綜合作用的結(jié)果。實(shí)踐證明,氯鹽阻化劑在抑制煤層自燃火災(zāi)中起到了很好的作用,下面就氯鹽阻化劑的阻化機(jī)理做簡要分析。阻化液進(jìn)入煤層后,具有很好的包裹、充填作用,減少了煤層以及采空區(qū)浮煤之間的空隙,降低了浮煤與氧氣的接觸幾率,從而降低了煤表面的吸氧能力和表面氧化速度,起到了一定的阻化作用 。從經(jīng)濟(jì)效益上看, MgC 2l , 比較便宜, CaC 2l和 NaCl 相對(duì)較貴, MgC2l 為鹽的副產(chǎn)品, 貨源相對(duì)來說比較充足。 目前,使用阻化劑藥劑主要為 CaC2l ,MgC 2l , ZnC 2l (鹵液或鹵片 ),以及水玻璃和 生石灰等。 阻化劑多為化學(xué)物質(zhì),表面活性劑,歸類為鹽類,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不易與氧發(fā)生氧 化反應(yīng)。阻化劑防火效果較好,但當(dāng)煤中水分蒸發(fā),減小到一定程度時(shí),阻化作用就會(huì)停止,轉(zhuǎn)而變?yōu)榇呋饔?,促進(jìn)煤的氧化與自燃。 阻化劑防滅火 阻化劑是抑制煤氧結(jié)合,阻止煤氧化的化學(xué)藥劑。但它也存在一些問題,如“凝膠”強(qiáng)度不高,充填高度過大時(shí)在自重的作用下脫水量增大,促凝劑氨味大,污染作業(yè)環(huán)境 。系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好,不堵管、成膠時(shí)間可控、脫水少、耐高溫、堵漏和防滅火效果好、防滅火成本底等優(yōu)點(diǎn)。 智能化膠體防滅火系統(tǒng)是目前最合理先進(jìn)的注膠系統(tǒng)。復(fù)合膠體添加劑用量極小,粉煤灰復(fù)合膠體、復(fù)合 膠體泥漿的添加劑用量僅為 ~ 1 3mkg 。凝膠防滅火有集固結(jié)水、降溫、阻化、堵漏和充填于一體的優(yōu)點(diǎn)。 膠體防滅火 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 27 膠體防滅火技術(shù)能有效地控制煤層自燃火災(zāi)。但黃泥灌漿需要大量的黃土,這需要?dú)У舸笃r(nóng)田,近年發(fā)展起來的有粉煤灰、頁巖泥漿、選煤尾礦泥、阻化泥漿等,除惰化外還兼有降溫,但對(duì)煤礦本身則微有污染。其缺點(diǎn)是工程量大,泥漿脫水量較大,惡化工作環(huán)境,影響煤質(zhì),并且流動(dòng)性強(qiáng),泥漿都向底部流動(dòng),對(duì)頂煤和煤柱自燃火災(zāi)效果不明顯。 灌漿防滅火 該技術(shù)在我 國 有 自 然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井中用得較為普遍,也 取得了良好的效果,成為 防治 井下內(nèi)因火災(zāi)的主要措施之一。 三相泡沫在采空區(qū)可向高處堆積,對(duì)低、高處的浮煤都能覆蓋,能夠避免注入的漿體從底部流失;注入在采空區(qū)的氮?dú)獗?封裝在泡沫中,能較長時(shí)間滯留在采空區(qū)內(nèi),充分發(fā)揮氮?dú)獾闹舷⒎罍缁鸸δ?。三相泡沫集固、液、氣三相材料的防滅火性能于一體,利用粉煤灰或黃泥的覆蓋性、氮?dú)獾闹舷⑿院退奈鼰峤禍匦赃M(jìn)行防滅火,大大提高了防滅火效率。 ( 2) 惰泡防滅火 惰泡防滅火是 60 年代興起的防滅火技術(shù),進(jìn)入 80 年代以來,前蘇、法等主要產(chǎn) 煤國家開發(fā)了惰氣泡沫壓注技術(shù)防治采空區(qū)浮煤自燃,取得了較為顯著的成效,該技術(shù)能起到降溫,減少漏風(fēng),降 低采空區(qū)氧濃度等作用。氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)與其 他常規(guī)防火火措施比較,具有下列特點(diǎn) : 1)注入氮?dú)馐狗罍缁饏^(qū)域缺氧惰化,其惰化程度取決于注氮量、純度山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 25 及防治區(qū) 域漏風(fēng)量的大?。? 2)造成防治區(qū)域正壓,防止或杜絕新鮮空氣流入,以保證防治區(qū)域的氮?dú)舛杌?度; 3)具有降溫作用,可吸收煤炭氧化自燃生成的熱量。 注入氮?dú)鉁缁鹁褪菍?duì)井下的火區(qū)進(jìn)行封堵,盡可能地將液氮直接輸送到火點(diǎn)或自 燃氧化帶內(nèi) ,并在適當(dāng)?shù)奈恢昧粲锌煽刂频穆╋L(fēng)通道,以達(dá)到含高氧的火區(qū)氣體排出的阻化效果, 使氮?dú)獬錆M火區(qū)空間,注入液氮后其滅火作用有: 1)使火區(qū)內(nèi)的高氧氣體經(jīng)可控制的漏風(fēng)通道排出,使火區(qū)內(nèi)的 氧 大大降低 ; 2)由于注入的液氮有一定的壓力,液氮汽化后使火區(qū)壓力增加,減少了向火區(qū) 的漏風(fēng); 3)注入的液氮溫度低, 一般 19~ 80℃ ,其汽化后吸收大量的熱 (200℃環(huán)境溫 度下,液氮汽化熱為 423kl/kg),降低了火區(qū)的溫度 ; 4)封閉火區(qū)注入氮?dú)?,使得火區(qū)氣體惰化,兼有抑制爆炸作用。氮?dú)饧瓤梢匝杆儆行У膿錅缑骰?,又可以有效的預(yù)防采空區(qū)遺煤的自燃,使用注氮滅火有如下優(yōu)點(diǎn) :恢復(fù)工作量小 、 不損壞設(shè)備等。把氮?dú)饧痈邏翰⒔档偷揭?℃,可使其液化。它微溶于水,不助燃,地面大氣中氮?dú)?約占整個(gè)大氣體積含量的 79%。在封閉注氮過程中, 要注意 氮?dú)夥罍缁饳C(jī)理及特點(diǎn) 。但氮?dú)鉄崛菪。禍匦Ч?,一旦重新供氧,火區(qū)極易復(fù)燃。 但惰性氣體對(duì) 大熱容的煤體降溫效果不好,滅火周期較長,火區(qū)易復(fù)燃,而且對(duì)現(xiàn)場的堵漏風(fēng)工作也要求較高。 ( 1) 惰氣防滅火 [19] 惰氣防滅火技術(shù)是向火區(qū)注入惰性氣體,惰氣源目前發(fā)展起來的主要以注入 氮?dú)?和 二氧化碳 為主,也可注入其它惰性氣體來降低火區(qū)的氧濃度,達(dá)到防滅火的目的。此外,在上隅角也應(yīng)掛風(fēng)簾,增大此處風(fēng)阻。但是,如果此通道太暢通,必然 造成氮?dú)庠趨^(qū)內(nèi)擴(kuò)散速度加快,不利于采空區(qū)惰化。在工作面回采過程中,工人往往會(huì)覺得風(fēng)簾礙事,經(jīng)常將風(fēng)簾扯下,為此,必須有專人負(fù)責(zé)風(fēng)簾的管理。 礦井全部準(zhǔn)備和回采巷道均布置在煤層中,如巷道產(chǎn)生裂隙,首先采取錨噴支護(hù)或 二次噴射混凝土進(jìn)行封閉,如出現(xiàn)冒頂,則視冒高情況,采取掛網(wǎng)分層噴射混凝土措施,每層噴 厚 50~ 100mm,直至噴平 ; 若冒高大,可采取架設(shè)鋼支架和鋪設(shè)模板進(jìn)行砌譴 并留注漿孔,然后進(jìn)行注漿封頂,以防止漏風(fēng),導(dǎo)致煤層氧化自燃。 (2)密閉堵漏和噴漿堵漏措施 為了杜絕或減少工作面及采空區(qū)漏風(fēng),工作面采完后應(yīng)對(duì)采空區(qū)及時(shí)封閉。 通風(fēng)方面的措施 (1)合理的調(diào)配工作面風(fēng)量,減少采空區(qū)漏風(fēng),縮短氧化帶寬度 采空區(qū)氧化帶寬度在浮煤厚度和地溫一定的情況下,主要受采空區(qū)漏風(fēng)影響,而采 空區(qū)漏風(fēng)量在特定工作面則主要取決于工作面供風(fēng)量。一般說來,在工作面外 部條件不變的情 況下,散熱帶和氧化帶升溫的寬度在一個(gè)有限范圍內(nèi)波動(dòng),并隨工作面一起推進(jìn)。采區(qū)上(下)山如果設(shè)在煤層中,也要合理的選擇上(下)山煤柱尺寸。所以,在煤炭 巷道布置中,應(yīng)設(shè)法避免礦山壓力峰值,避免煤體受壓破碎。 ( 3)減少煤體破碎 采掘工作面要破壞巖層的 原始應(yīng)力狀態(tài),產(chǎn)生應(yīng)力集中,即礦山壓力。否則 ,在開采過程中會(huì)向前部工作面采空區(qū)大量漏風(fēng),開采結(jié)束后會(huì)在采空區(qū)留下孤島煤柱。 ( 2)堅(jiān)持正規(guī)開采和合理的開采順序 開采工作要設(shè)法加快工作面推進(jìn)速度,提高采煤機(jī)械化程度,采用一切可能的措施提高采出率,避免在采空區(qū)中留下任何不必要的煤柱。因此,區(qū)段煤柱的無煤柱護(hù)巷方法應(yīng)大力推廣。采用無煤柱護(hù)巷時(shí),取消了煤柱,也就取消了由此帶來的煤炭自燃隱患。 3)采用無煤柱護(hù)巷方式。外錯(cuò)式布置在下分層回采時(shí)煤柱頂煤冒落堆積也易于形成易燃帶。厚煤層分層開采時(shí), 分層區(qū)段平巷的布置過去有內(nèi)錯(cuò)和外錯(cuò)兩種方式,這兩種方式都容易造成煤炭自燃。布置在煤層中采用寬煤柱護(hù)巷。 ( 1)合理的進(jìn)行巷道布置 1)對(duì)一些服務(wù)時(shí)間較長的巷道應(yīng)盡量采用巖石巷道。在礦井生產(chǎn)過程中更應(yīng)采取有效地開采技術(shù)措施,防止發(fā)生煤炭自然災(zāi)害以保證礦井生產(chǎn)安全正常的進(jìn)行 [1]。目前常用的防滅火技術(shù)主要有如下幾類 :惰化、堵漏、降溫等以及它們幾類的綜合,共同發(fā)揮滅火作用,最終實(shí)現(xiàn)防滅火 的目的。 煤炭自然發(fā)火防治技術(shù) 由于煤自燃是煤氧復(fù)合的結(jié)果,影響煤自燃的主要條件是煤的表面活性結(jié)構(gòu)濃度、 氧濃度和 溫度。同位素測 氡 技術(shù)探測煤層火源位置及其范圍的應(yīng)用技術(shù)解決了 煤層火災(zāi)預(yù)測預(yù)報(bào)及防治技術(shù)的 難題 : 1) 采空區(qū)高溫異常區(qū)位置及范圍的確定 ; 2) 灌漿 火火打鉆定位及火火參數(shù)的選擇 ; 3) 火區(qū)下采煤的開拓開采布署 ; 4) 封閉火區(qū)內(nèi)設(shè)備的 啟封與搶險(xiǎn)中火火方案的選擇 ; 5)大面積均壓火火參數(shù)的選擇 ; 6) 大面積煤田自燃火災(zāi) 滅 火方案及參數(shù)的選擇。探測器按工作原理可分為電離室型、閃爍室型、半導(dǎo)體探測器型等。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 19 ( 4)測 氡 法探測火源位置 氡 為放射性同位素,其衰變的子體為固體粒子,因此在測量時(shí)既可測氡 氣,又可測 其子體 而 反映母體核素的形態(tài)及變化狀況, 氡 子體有很強(qiáng)的吸附能力,它們能牢固地附 著在器物表面,因此可用不同的方法將 氡 或其子體收集進(jìn)行測量。示蹤物質(zhì)的選擇對(duì)測定煤體熱狀態(tài)具有重大的影響。 ( 3)示蹤氣體法 利用 6SF 等熱穩(wěn)定性較好的示蹤氣體測定采空區(qū)漏風(fēng)量的技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用。近年來普遍推廣的是測試簡單、操作方便的紅外測溫儀等?,F(xiàn)有預(yù)報(bào)煤層發(fā)火的測溫法有兩種 [17]: 1)直接用檢測到的溫度進(jìn)行預(yù)報(bào) ; 2) 根據(jù)溫度的 變化特性進(jìn)行預(yù)報(bào)。 ( 2)測 溫法 測溫法是指利用溫度傳感器對(duì)被監(jiān)測地點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測以發(fā)現(xiàn)煤層發(fā)火危險(xiǎn)程度的 預(yù)報(bào)方法。 95 年完成的國家 “ 八五 ” 攻關(guān)項(xiàng)目一 GC85 型多參數(shù)色譜 檢測系統(tǒng)能夠 自動(dòng)進(jìn)樣一次完成火災(zāi)氣體的全組分分析,并目 可與束管檢測采樣系統(tǒng)接口聯(lián)合使用。 國內(nèi)外相關(guān)的氣體指標(biāo)如下表 所示: 在氣體分析手段方面,我國 1995 年成功研制了煤礦專用 GC4008 型氣相色譜儀, 可以分析煤自燃火災(zāi)的氣體產(chǎn)物,具有常量分析和微量分析的功能,最小檢知濃度可達(dá) 。但是使用的氣體仍然采用 CO 以及 其派生氣體,氣體的分析開始試采用紅外技術(shù)。 50 年代開始,我國煤礦在學(xué)習(xí)蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn) 的基礎(chǔ)上, 開始應(yīng)用檢測 CO 的方法來發(fā)現(xiàn)自燃火災(zāi),其主要檢測技術(shù)為波羅克曼分析儀。 ( 1) 指標(biāo)氣體分析法 煤炭自燃指標(biāo)氣體是指能預(yù)測和反映其自燃發(fā)火狀態(tài)的某種氣體,這種氣體的產(chǎn)率 隨煤溫的上升 而 發(fā)生規(guī)律性的變化。 煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù) 煤層自然發(fā)火預(yù)報(bào)技術(shù)是指在煤層開采后,根據(jù)煤自燃進(jìn)程中的溫度、氣體等變化 特征,判識(shí)自燃狀態(tài),對(duì)自然發(fā)火進(jìn)行識(shí)別并預(yù)警的技術(shù)。 這種方法只能根據(jù)巷道實(shí)際情況和自然發(fā)火統(tǒng)計(jì)資料,粗略判斷巷道可能的發(fā)火區(qū) 域和高溫點(diǎn)位置。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 16 以上這些方法都是利用大量的統(tǒng)計(jì)資料,分析煤自燃主要因素的影響程度,粗略預(yù) 測煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度, 對(duì)發(fā)火期以及可能發(fā)火的區(qū)域則無法進(jìn)行預(yù)測,所以該方 法只能定性不能定量。實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明,該方法比常規(guī)預(yù)測方法簡便 且 精度高。該方法針對(duì)綜放面采空 區(qū),在已測到的漏風(fēng)強(qiáng)度 Q 和煤體溫度 T 的基礎(chǔ)上,利用Rough Set( RS)的約簡理論 對(duì)測量數(shù)據(jù)約簡。天水承、李紅霞應(yīng)用煤自燃傾向性、煤層厚度、煤層傾角、煤的固性系數(shù)及開采參數(shù)運(yùn)用模糊聚類方法對(duì)自然發(fā)火危險(xiǎn)性進(jìn)行了分類。 近年來, 王 省身、蔣軍成、 王 德明、 王 俊、趙向軍、李文平等人采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方 法預(yù)測煤層自燃危險(xiǎn)程度 [12],雖然他們采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各不相同,但均是采用影響 開采煤 層自燃危險(xiǎn)性的三 個(gè)主要因素,即煤炭自身的自燃傾向性,開采煤層的地質(zhì)賦存條件和開拓條件、通風(fēng)技術(shù)條件,作為預(yù)測指標(biāo),再對(duì)預(yù)測指標(biāo)作進(jìn)一步細(xì)分,來預(yù)測煤自燃的危險(xiǎn)程度。尤其是波蘭已取得進(jìn)展,它把復(fù)雜的外界因素歸納為地質(zhì)條件、開采條件、通風(fēng)條件等七個(gè)方面因素,用 Si 表示,再和煤 自燃傾向性指標(biāo) SZb (帶灰份指標(biāo) )相加,即得礦井自然發(fā)火危險(xiǎn)程度指標(biāo) 。 由 于 問題的復(fù)雜性,人們?cè)诮o外在因素進(jìn)行評(píng)分時(shí)帶有一 定程度的主觀臆斷 ,而且 各個(gè)采煤國家僅是根據(jù)本國自身的具體情況制定相應(yīng)的評(píng)判方法。因此,無論靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)吸氧法對(duì)煤自燃傾向性的考察與現(xiàn)場實(shí)際是相差很遠(yuǎn)的。并且煤氧反應(yīng)是十分復(fù)雜的,物理作用可逆,而化學(xué)作用正好相反,是不可逆的。而動(dòng)態(tài)和靜態(tài)吸氧法,在反應(yīng)過程方面是相似的,但是實(shí)驗(yàn)研究和測試的方法與現(xiàn)場實(shí)際是不同的。這種方法是在人為強(qiáng)制下使煤和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 在實(shí)際開采條件下煤的自然發(fā)火現(xiàn)象與現(xiàn)有自燃傾向性測試方法相差甚遠(yuǎn)。但該方法只能測試可逆的物理吸附和脫附量,而且因?yàn)榘殡S著化學(xué)吸附和反應(yīng),難以計(jì)算氧消耗量;另外,煤的吸附性能同時(shí)也因?yàn)槊簬r組份、破碎煤體孔隙結(jié)構(gòu)、粒度的組成、水的含量等多種因素的不同而不同,而煤樣的自燃性是受多種因素所影響的。因此,為了建立更完善的新的煤樣自燃
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