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崇升煤业90202面自燃火区治理与防控总体技术方案崇升煤业有限公司西安天河矿业科技有限责任公司西安科技大学2017年11月2日1目录1工作面概况...................................................................................................................................12自然发火过程及处理经过...........................................................................................................13火区状况分析...............................................................................................................................24煤火灾害防控和治理技术...........................................................................................................35总体治理思路和技术方案...........................................................................................................45.1火区治理技术方案............................................................................................................45.2措施巷布置........................................................................................................................55.3防灭火钻孔设计................................................................................................................55.4防灭火钻孔施工技术........................................................................................................65.5胶体防灭火技术................................................................................................................85.6防灭火材料量....................................................................................................................96工作面启封及应急处理技术方案................................................................................................96.1启封条件...........................................................................................................................96.2异常高温点监测与治理技术.........................................................................................107火区观测.....................................................................................................................................118工作面启封后的防灭火技术方案..............................................................................................119工期及进度..................................................................................................................................1210所需的主要装备和材料...........................................................................................................1211工作面概况山西朔州平鲁区华美奥崇升煤业有限公司（以下简称崇升煤业）90202工作面为崇升煤业整合后开采的9-2煤层首采工作面，上部含有9-1煤层，4-1煤层和4-2煤层，煤层地质条件简单，其中，9-1煤层厚度约为7.5m，9-1煤层与9-2煤层之间煤层间距约为2~3m，9-2煤层厚度约为4.5m。9-1煤层自2014年开始生产，现已开采完毕，目前，9-2煤层开采包含原崇升煤矿资源，以及整合的寺儿沟煤矿资源，90202工作面切眼位于原寺儿沟煤矿9-1煤层采空区及大巷下侧，其切眼距离原崇升煤业9-1煤层开采工作面切眼距离为70m左右；目前90202工作面已经开采长度约为25m，煤壁接近原寺儿沟煤矿保护煤柱边界，距离原崇升煤矿9-1煤层工作面切眼约为45m。9-1煤层与9-2煤层之间夹矸岩性为页岩、砂页岩、砂岩等，岩石硬度系数高，破碎后裂隙发育完全，具备上部注浆注胶条件；9-1煤层原两矿保护煤柱完整，具备施工措施巷条件。如图1所示。辅运主运工作面90202综放面开切眼采空区图190202工作面现状示意图90202工作面切眼上部为9-1煤层采空区，其上部为工作面采空区，下部为原整合寺儿沟煤矿三条大巷，其中在目前工作面位置一条巷道与三条大巷相交，三条巷道位置分别位于90202工作面从上至下依次为80#支架、70#支架、28#支架附近。2自然发火过程及处理经过1）2017年8月3日晚22:50左右，90202工作面CO气体增高，工作面90号支架往上190ppm左右，后溜CO气体为350ppm，回风顺槽150ppm。4日上2午对该工作面进行封闭。2）90202工作面进行封闭后，经过10天注氮，至2017年8月24日，CO浓度为32ppm，经专家咨询，对该工作面进行了启封工作，启封后，8月30日18时，90202工作面40#支架附近发现明火，9月2日对该工作面再次进行封闭。辅运主运工作面90202综放面开切眼采空区图290202综放面明火及封闭位置示意图3火区状况分析崇升煤业90202综放面出现自燃隐患前后，推进速度缓慢，且处于工作面初采期间，放顶煤不完全，另9-1煤层近一半工作面煤层保存完好，采空区留有大量松散煤体，具备了煤层自燃的物质条件；工作面开采距离在25m以内，采空区存在大量漏风供氧，符合沿空巷道自燃条件，漏风充足，这些为采空区自燃以及隐患点复燃提供了良好的供风供氧和自燃蓄热条件；由于受到外在因素影响，工作面停留时间较长，为煤自燃或复燃提供了充足的时间保障。经过以上分析，崇升煤业90202工作面煤自燃火灾自燃共性也有其特有的性质：1）煤自燃过程中，随煤温升高，高温点逆着风流发展速度快，有害气体顺着风流方向流动，时常是只见有毒有害气体而不见明火，为寻找火源点造成很大困难。2）一旦发现自燃征兆，煤体已储存了大量热能，火源点周围煤岩体温度也很高，要降低如此大范围高温煤岩体的温度很困难。3）煤体自燃是煤氧复合放出热量的结果，煤氧复合只要有氧存在就能进行，氧浓度大小仅影响煤氧复合速度的大小。煤体温度越高则煤的氧化活性越高，煤氧复合反应速度越快，放热强度越大；在200℃以上时，3～5%的氧浓度就可以3维持煤的氧化作用，保持煤温不下降，在供氧充分的条件下，不到一天时间就会出现明火。4）煤具有贫氧氧化放热的特点，通常情况下，较低的氧浓度与煤反应放出的热量就可维持高温煤体温度不下降。因此，煤层自燃时采用封闭灭火，灭火周期较长、火区启封后易于复燃。5）井下属于半封闭空间,煤自燃产生的有害气体容易聚集起来，救灾人员工作空间小，回旋余地小，给救灾人员带来很大危胁。6）架后见明火，说明工作面下半部分存在大量松散煤体，这些煤体经过封闭后可能蓄积大量的热能，存在启封后引发大面积自燃的风险。7）工作面上半部分采空区和9-1煤层原崇升煤矿切眼附近是否存在自燃点不明，为工作面启封和恢复生产造成极大的安全隐患。简言之，煤层自燃具有火源隐蔽，不易发现；煤层自燃过程发展期较长，一旦发现明火，周围岩层已处于较高的温度，储存热量大，高温范围大；贫氧氧化放热的特点，导致封闭灭火的周期长，且易复燃。结合现场实际情况和火区处理过程，综放面由于工作面架后遗煤量较多，均具备自然发火的环境，架后其它地点仍存在自燃高温的可能。另外，工作面启封后，恢复生产的过程中，采空区存在复燃和再次自燃的可能。4煤火灾害防控和治理技术从人为能够控制的角度考虑，煤层火灾防治需从控氧（封闭、减漏风、惰化）、控温（低温或水系灭火材料）和控时间（动态和静态）三个方面着手。煤火灾害治理的主导思想是降温控氧，即：对于已形成的高温和隐患区域，必须采取以降温控氧为主的防灭火技术手段，否则极易复燃。煤层自然发火预防的主导思想是降氧控温，即：以堵漏技术为主，降温技术为辅，动态地改变可能自燃区域煤体的漏风供氧环境，阻止煤体长时间氧化升温。煤火防控和治理属隐蔽工程，因此需通过钻孔灌注防灭火材料来实现煤火灾害的防控和治理，其难点在于：位置和程度难判断；松散煤体内钻孔施工难度大。矿井煤层自然发火防治方法和手段很多，按其作用原理归纳起来主要有四大类。第一类：控氧为主。主要有封闭、喷涂或充填堵漏、均压、注惰气等。4第二类：控温为主。主要有灌浆、注水、喷洒阻化剂等。第三类：既控氧又控温。主要有液氮、液态CO2、胶体、惰气泡沫等。第四类：控时间。动态地改变漏风供氧环境，阻止煤体长时间氧化升温。上述方法应用于现场实际的根本出发点在于如何提高其防灭火效率，同时考虑其作用范围和时间。防灭火材料：气、液、固或其相互组合。防灭火效果：目的、单孔作用范围、作用时间。应用工艺：简单、易操作、符合现场实际情况。现场应用：材料、装备和工艺的完美匹配。5总体治理思路和技术方案结合90202工作面实际条件，封闭位置等因素，将该面的整个启封过程主要分为三个阶段：1）第一阶段：在90202工作面辅运密闭外侧切入，向主运方向平行于工作面施工一条措施巷，措施巷要求断面为2.5m*2m，煤柱距离工作面距离为10m，严格按照沿9-2煤层顶板掘进施工。2）第二阶段：措施巷施工完毕后，恢复工作面全负压通风，开始在措施巷施工注胶灭火钻孔并开展注胶作业。3）第三阶段：工作面注胶作业完成后，稳定一个月左右时间，启封工作面，并迅速组织生产，尽快推进。本方案依据“风险小、速度快、成本低”的原则制定，并在实施过程中根据现场实际情况作相应修订。5.1火区治理技术方案鉴于采空区内可能存在的煤火范围较大，并考虑技术经济等方面的因素，需采取治理与控制相结合的方法对火区进行处理