一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法
【专利摘要】一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，属于防治煤自燃的方法。预先判断采空区遗煤是否发生自燃，若采空区遗煤发生自燃，首先圈定采空区遗煤自燃高温区域，其次在井下对大面积采空区连续大流量注氮气降低采空区氧气浓度，采用均压防灭火技术减少采空区的漏风量，释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并进行堵漏，然后采用地面灭火钻孔进行治理及探测，即注灭火材料治理采空区煤自燃并利用有效的钻孔判定采空区煤自燃是否熄灭，最后对煤自燃高温区域以及钻孔灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液进行充填。该方法集堵漏控风与快速惰化降温为一体用来高效防治浅埋藏煤层大面积采空区的遗煤自燃。
【专利说明】一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种防治煤自燃的方法，特别是一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法。
【背景技术】
[0002]“十二五”期间国家煤炭产业的发展思路主要是“控制东部，稳定中部，大力发展西部”。对于西部地区，国家将大力推进大型煤炭基地建设，特别是重点建设一批千万吨级的大型现代化煤矿。西部矿区煤炭资源丰富，煤层易自燃、埋藏浅(埋深一般不超过200米)、煤层间距近且顶板基岩薄，工作面主要采用综采放顶煤技术，由于采动影响易造成大范围地表塌陷和裂隙，地表易与采空区形成大量联通的漏风通道，使得地表漏风严重，采空区煤炭自然发火十分频繁；同时采空区连接成片、面积大，加剧了采空区煤自燃的防治难度，极大地影响了矿井的安全高效开采，造成了巨大的经济损失和重大的社会影响。据不完全统计，西部矿区近十年来发生了 200次以上导致封闭工作面的煤自燃事故，直接经济损失超百亿元。
[0003]国内外通常采用灌浆、注氮气、注泡沫、喷洒阻化剂、注凝胶和复合胶体等防灭火技术来防治矿井采空区煤自燃。采用灌浆技术，浆液在采空区只是沿着地势低的地方流动、覆盖范围小、不能向高处堆积、易形成“拉沟”现象；同时西部矿井工作面走向长度大、开采强度高、推进速度快，矿井不适合建立永久地面注浆系统，且西部矿区缺水少土，常规的灌浆实施困难。采用注氮气技术，氮气具有惰化火区、扩散范围广等特点，近十年来在许多矿区得到推广应用；但氮气易随漏风逸散，其灭火降温能力也较弱；同时西部矿区埋藏浅，采空区连接成片，采空区面积大且与地表裂隙沟通，难以形成封闭空间，因此常规注氮起不到快速惰化采空区的目的。采用注泡沫技术，虽然泡沫能克服注浆与注氮的一些缺点，并能向高处堆积，但大流量、扩散能力强的泡沫在倾角小的大采空区流动扩散范围也有限，仍不能完全有效地覆盖大采空区的浮煤和漏风裂隙。采用喷洒阻化剂技术，阻化剂腐蚀井下设备和危害工人身心健康，防灭火效果也不是很理想。采用注凝胶和复合胶体技术，凝胶或胶体泥浆流量小，成本高，扩散范围小，不适合防治大面积采空区煤自燃。
【发明内容】
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[0004]本发明的目的是要提供一种以堵漏控风与快速惰化降温为一体的高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，该方法适用于浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的高效防治。
[0005]实现本发明目的的技术方案:一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，预先判断采空区遗煤是否发生自燃，一旦发现采空区遗煤发生自燃，首先圈定采空区遗煤自燃高温区域，其次在井下对大面积采空区连续大流量注氮气降低采空区氧气浓度，接着采用均压防灭火技术减少向采空区的漏风量，同时释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并对漏风通道进行堵漏，然后采用地面灭火钻孔进行治理及探测探测及治理，即注灭火材料治理采空区煤自燃并利用有效的钻孔判定采空区煤自燃是否熄灭，最后对煤自燃高温区域以及钻孔灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液进行充填。
[0006]所述的预先判断采空区遗煤是否发生自燃，是利用井下束管监测系统检测采空区气体与井下巷道连通采空区的钻孔和人工球胆取气样色谱分析相结合的方法，所述的钻孔为取样钻孔、瓦斯抽放钻孔和排水钻孔，以CO、C2H4、C2H2的煤自燃标志性气体的体积浓度大小与浓度变化情况来判断采空区遗煤是否发生自燃。当CO体积浓度较大且浓度持续大幅度的增加，同时出现了 C2H4气体，表明采空区煤自燃的温度至少超过了 85°C ;若出现C2H2,表明采空区煤自燃的温度至少超过了 200°C。
[0007]所述的圈定采空区遗煤自燃高温区域，其步骤为:
[0008]一:由于煤自燃主要发生在松散区及有大量遗煤的地方，因此需判断采空区压实区和松散区以及采空区遗煤的分布情况；
[0009]二:判定井下采空区的漏风风流及采空区漏风风流路线；
[0010]三:模拟研宄煤自燃指标气体在采空区运移分布规律，结合步骤一与步骤二初步圈定采空区遗煤自燃高温区域；
[0011]四:初步圈定采空区遗煤自燃高温区域后，从地面打108mm的测温钻孔，利用钻孔探测终孔位置附近区域的温度进行验证，最终确定采空区遗煤自燃的大致范围。
[0012]所述的对大面积采空区注氮气，是在井下实施大流量注氮气，氮气的流量不小于2000m 3A ο
[0013]所述的采用均压防灭火技术减少向采空区的漏风量，是通过在回采工作面回风巷安装局部通风机及调节风门，增加回风巷阻力，减少工作面进风巷与回风巷的压差，从而减少工作面向采空区的漏风。工作面与采空区的压差根据煤自燃的状况进行调节，其原则是保证安全的工作环境。
[0014]所述的释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并对其进行封堵，首先在地面选择较深较宽的裂隙，在这些裂隙处释放六氟化硫示踪气体，其次在井下回采工作面的上下隅角接收并分析接收到六氟化硫的时间和浓度，然后根据释放地点和接收结果定性分析与采空区连通的主要地表裂隙及漏风通道，最后利用粉煤灰无机固化泡沫封堵漏风通道以封堵主要裂隙漏风。
[0015]所述的采用地面灭火钻孔进行探测和治理，是利用钻机从地面向煤层采空区打钻形成灭火钻孔，灭火钻孔形成后先作为测温钻孔测温，接着作为气体取样钻孔取样分析气体成分及其浓度，根据测定的钻孔温度和气体成分再次判断钻孔终孔位置附近遗煤的自燃状况；其中地面灭火钻孔的直径为108mm，钻孔间距为10?15米；灭火钻孔打好后，注灭火材料的顺序是从外围钻孔开始，逐渐向高温区域中心的钻孔方向；通过地面灭火钻孔对采空区自燃高温区域灌注大流量液氮或液态二氧化碳进行快速惰化降温，每个钻孔每次注10?30吨液氮或液态二氧化碳，然后停止灌注，接着注相邻的钻孔；隔一段时间后，又重复的进行灌注，钻孔重复灌注的间隔时间是24小时。
[0016]所述的利用有效钻孔判断采空区遗煤自燃是否熄灭，是灭火钻孔停止注灭火材料3?5天后，利用井下束管监测系统、井下巷道连通采空区的钻孔和灭火钻孔进行取样，对采空区气体取样分析煤自燃的标志性气体CO、C2H4, C2H2，结合灭火钻孔测温进行综合判断分析，如果判定熄灭，最后通过灭火钻孔对遗煤自燃高温区域灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液，粉煤灰浆液的灰水质量比大于1:2。
[0017]所述的采空区气体取样分析，如果O2浓度稳定在7%以下、CO浓度稳定在50?10ppm以下，无C2H4、C2H2气体，且钻孔温度为常温，同时满足以上指标表明采空区的煤自燃已媳灭。
[0018]有益效果:由于采用了上述方案，大面积采空区遗煤发生自燃后，首先要判定采空区煤自燃的位置与范围，从而圈定需要治理的煤自燃区域；圈定采空区煤自燃的范围后，在井下向采空区连续大流量注氮气，以此来降低采空区氧气浓度，有效控制采空区遗煤自燃的发展；同时采用均压技术，一方面减少工作面向采空区漏风，另一方面有效抑制煤自燃有毒有害气体从采空区涌出，从而为后续防灭火工作提供安全的环境条件。
[0019]在地表释放六氟化硫示踪气体，然后在井下工作面上下隅角地点进行接收，从而定性判断地表与大面积采空区的主要漏风通道，继而采用粉煤灰无机固化泡沫封堵漏风通道，减少地面向采空区的漏风，从而降低大面积采空区氧气浓度，抑制采空区遗煤自燃的发展。
[0020]利用地面灭火钻孔灌注大流量的液氮或液态二氧化碳，充分利用其流量大、扩散范围广、惰化范围宽及灭火降温速度快等防灭火优点，可以对采空区煤自燃高温区域进行快速惰化降温，从而快速治理采空区的煤自燃。
[0021]判定采空区的煤自燃消除之后，继续利用灭火钻孔灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液，达到彻底封堵和充填采空区松散煤岩体的效果，从而有效地防止采空区的遗煤复燃。
[0022]以上技术的联动应用能够确保快速高效治理浅埋藏煤层开采大面积采空区的煤自燃，从而为西部千万吨矿井的安全高效开采提供关键技术支撑。
[0023]本发明的优点:一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，即主要采用均压防灭火技术减少采空区漏风、轻质粉煤灰无机固化泡沫材料封堵漏风裂隙和漏风通道、液氮(二氧化碳)快速惰化降温、稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液充填采空区松散煤岩体的煤自燃防治综合方法。堵漏控风与快速惰化降温的联动作用为高效防治浅埋藏煤层大面积采空区煤自燃提供了关键技术支撑。该方法克服了单一防灭火技术在浅埋藏煤层大面积采空区煤自燃防治中的不足，且该方法操作简单，是一种系统、科学高效的煤自燃防治方法，在西部矿区采空区煤自燃治理中具有广泛的适用性。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0024]图1是本发明一种高效治理浅埋藏大面积采空区遗煤自燃的流程图；
[0025]图2是采空区遗煤自燃高温区域治理后的氧气效果图；
[0026]图3是采空区遗煤自燃高温区域治理后的一氧化碳效果图。
具体实施方案:
[0027]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0028]一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，预先判断采空区遗煤是否发生自燃，一旦发现采空区遗煤发生自燃，首先圈定采空区遗煤自燃高温区域，其次在井下对大面积采空区连续大流量注氮气降低采空区氧气浓度，再次采用均压防灭火技术减少向采空区的漏风量，同时释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并对漏风通道进行堵漏，然后采用地面灭火钻孔进行治理及探测，即注灭火材料治理采空区煤自燃并利用有效的钻孔判定采空区煤自燃是否熄灭，最后对煤自燃高温区域以及钻孔灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液进行充填。
[0029]所述的预先判断采空区遗煤是否发生自燃，是利用井下束管监测系统检测采空区气体与井下巷道连通采空区的钻孔和人工球胆取气样色谱分析相结合的方法，所述的钻孔为取样钻孔、瓦斯抽放钻孔和排水钻孔，以CO、C2H4、C2H2等煤自燃标志性气体的体积浓度大小与浓度变化情况来判断采空区遗煤是否发生自燃。当CO体积浓度较大且浓度持续大幅度的增加，同时出现了 C2H4气体，表明采空区煤自燃的温度至少超过了 85°C ;若出现C2H2,表明采空区煤自燃的温度至少超过了 200°C。
[0030]所述的圈定采空区遗煤自燃高温区域，其步骤为:
[0031]一:由于煤自燃主要发生在松散区及有大量遗煤的地方，因此需判断采空区压实区和松散区以及采空区遗煤的分布情况；
[0032]二:判定井下采空区的漏风风流及采空区漏风风流路线；
[0033]三:模拟研宄煤自燃指标气体在采空区运移分布规律，结合步骤一与步骤二初步圈定采空区遗煤自燃高温区域；
[0034]四:初步圈定采空区遗煤自燃高温区域后，从地面打108mm的测温钻孔，利用钻孔探测终孔位置附近区域的温度进行验证，最终确定采空区遗煤自燃的大致范围。
[0035]所述的对大面积采空区注氮气，是在井下实施大流量注氮气，氮气的流量不小于2000m 3A ο
[0036]所述的采用均压防灭火技术减少向采空区的漏风量，是通过在回采工作面回风巷安装局部通风机及调节风门，增加回风巷阻力，减少工作面进风巷与回风巷的压差，从而减少工作面向采空区的漏风。工作面与采空区的压差根据煤自燃的状况进行调节，其原则是保证安全的工作环境。
[0037]所述的释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并对其进行封堵，首先在地面选择较深较宽的裂隙，在这些裂隙处释放六氟化硫示踪气体，其次在井下回采工作面的上下隅角接收并分析接收到六氟化硫的时间和浓度，然后根据释放地点和接收结果定性分析与采空区连通的主要地表裂隙及漏风通道，最后利用粉煤灰无机固化泡沫封堵漏风通道以封堵主要裂隙漏风。
[0038]所述的采用地面灭火钻孔进行探测和治理，是利用钻机从地面向煤层采空区打钻形成灭火钻孔，灭火钻孔形成后先作为测温钻孔测温，接着作为气体取样钻孔取样分析气体成分及其浓度，根据测定的钻孔温度和气体成分再次判断钻孔终孔位置附近遗煤的自燃状况。其中地面灭火钻孔的直径为108mm，钻孔间距为10?15米。灭火钻孔打好后，注灭火材料的顺序是从外围钻孔开始，逐渐向高温区域中心的钻孔方向；通过地面灭火钻孔对采空区自燃高温区域灌注大流量液氮或液态二氧化碳进行快速惰化降温，每个钻孔每次注10?30吨液氮或液态二氧化碳，然后停止灌注，接着注相邻的钻孔；隔一段时间后，又重复的进行灌注，钻孔重复灌注的间隔时间是24小时。
[0039]所述的利用有效钻孔判断采空区遗煤自燃是否熄灭，是灭火钻孔停止注灭火材料3?5天后，利用井下束管监测系统、井下巷道连通采空区的钻孔和灭火钻孔进行取样，对采空区气体取样分析煤自燃的标志性气体CO、C2H4, C2H2，结合灭火钻孔测温进行综合判断分析，如果判定熄灭，最后通过灭火钻孔对遗煤自燃高温区域灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液，粉煤灰浆液的灰水质量比大于1:2。
[0040]所述的采空区气体取样分析，如果O2浓度稳定在7%以下、CO浓度稳定在50?10ppm以下，无C2H4、C2H2气体，且钻孔温度为常温，同时满足以上指标表明采空区的煤自燃已媳灭。
[0041]实施例1:以我国西部某矿发生的一次浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃事故为例。该矿正在开采的煤层为22煤层(22305工作面)，上层为12306采空区，12煤层与22煤层间距平均在43m左右。12煤层埋藏深度为96-233m，煤层厚度平均5.4m，顶煤遗留厚度
2.9m，呈破碎状态遗留在采空区。12煤于1999年开始回采，至2007年回采结束，盘区内共布置6个综采工作面，均沿煤层倾向布置。12煤和22煤均属于易自燃煤层，自然发火期为一个月。
[0042]12煤层埋藏浅，层间距近，大巷条带式开采，无盘区巷道布置，工作面顺槽距离长，工作面宽度大，采高大，采空区范围大，附近共有12个采空区，造成整个采空区连成一片，采空区面积达1970万m2。采场压力大，地表塌陷裂隙多，连采双巷掘进联巷多(单面超过100个)，通风设施多、质量差，漏风通道多，加之有些工作面地表基岩外漏，又处在沟谷边沿，地表裂缝大。
[0043]由于12306工作面切眼位置地势较低，并且已探得此范围有大量积水，为防止22305工作面回采过程中上覆采空区积水涌入工作面，该矿在22305回顺施工排水孔提前进行疏放水，钻孔以平均42°的仰角全部打入12306采空区，钻孔深度为56?69米，共施工75个钻孔，泄水量为46万m3。
[0044]利用井下联巷密闭墙束管监测系统，以及22305回顺100联巷向上覆采空区的排水钻孔，利用人工球胆取气样色谱分析相结合的方法，均检测出12306采空区含有较高浓度的一氧化碳，最高检测浓度超过lOOOppm。随后几天的检测结果显示气样中含有乙烧、乙烯，推断出上覆采空区遗煤开始加剧氧化，采空区煤自燃的温度至少超过了 85°C。在随后的连续采样分析中，一氧化碳、乙烧、乙稀浓度持续大幅度增加，一氧化碳在3000?5000ppm，乙烧在50?IlOppm之间，乙稀在7?17ppm之间，说明采空区遗煤继续加速氧化。7月15日取样分析出一氧化碳浓度高达54886ppm，并伴随乙炔出现，表明采空区煤自燃的温度至少超过了 200°C，说明12306采空区遗煤出现了严重的自然发火情况。
[0045]12306工作面回采过程中留有3m左右的顶煤，采空区内有大量破碎的遗煤。由于12煤层上覆基岩厚度较大，12306采空区除切眼及顺槽位置外，总体压实程度较好。且煤自燃大多发生在松散区及有大量遗煤的地方，推断煤自燃可能发生在12306采空区切眼及顺槽位置附近。为防止井下有毒有害气体涌入工作面，22305工作面采用U型正压通风方式，工作面风量达2100m3/min。由于12306工作面切眼位置低，积存水量大，之前实施了 75个排水钻孔，排水打破了采空区内水气平衡，造成“水气”置换，再加上煤层间距近，形成了大量的裂隙，使得12306工作面切眼附近漏风大大增加。而且从12306采空区密闭墙束管监测系统分析，以及排水钻孔取气样检测分析，在靠近12306工作面切眼附近煤自燃指标气体浓度越大，符合煤自燃指标气体(12306工作面切眼附近)在采空区的运移分布规律，因此初步圈定12306采空区遗煤自燃高温区域位于12306工作面切眼附近区域。
[0046]从12306工作面切眼附近地表周围打直径为108mm的测温钻孔，钻孔的间距为10-15m，共施工测温钻孔11个，根据钻孔判断采空区冒落情况，靠近两巷附近采空区空间较大，工作面中部基本冒落严实。钻孔施工完毕后立即进行测温，其中地面的3个钻孔温度较高，分别为27.5°C、38°C、49°C，且钻孔打通后有烟雾并伴有高温气体涌出。根据井上下钻探结果，12306采空区遗煤自燃高温区域基本圈定在12306切眼附近的3个温度较高的钻孔周围。
[0047]圈定高温区域后，先对采空区遗煤自燃高温区域连续大流量注氮气，以此来降低采空区氧气浓度，达到惰化采空区的目的，控制遗煤自燃的发展。在22305回顺共施工4个注氮气钻孔，为DM-1000型移动式注氮机，每个注氮机运行时间不低于20h/d，各个注氮机同时向12306采空区连续大流量注氮气，氮气的流量不小于2000m3/h。从7月5日到8月16日，累计注氮气688万m3。
[0048]然后对22305工作面实施U型均压通风系统，主要是通过在22305工作面回风巷安装局部通风机及调节风门，增加回风巷阻力，减少工作面进风巷与回风巷的压差，从而减少工作面向采空区的正压漏风。均压风机选用两台75KW辅扇，一用一备，初期供风量为1800m3/min，对正压区域的风量、风压、压差进行每天测定，使22305工作面进风及回风压差控制在100Pa以内，当压差发生较大变化时，及时进行局部调整，确保采空区和工作面压力均衡，减少向采空区漏风或采空区内一氧化碳等有毒有害气体大量涌出。
[0049]同时，在采空区遗煤自燃高温区域地面及附近区域，选择较深较宽的裂隙，在这些裂隙处通过I寸软管将20kg六氟化硫气体瞬时释放，然后在22305工作面的上下隅角接收六氟化硫示踪气体，并记录接收到六氟化硫示踪气体的时间和浓度，然后根据释放地点和接收结果综合分析与采空区连通的主要地表裂隙及漏风通道。经过连续36h的取样和色谱分析，取样间隔时间为30min，发现12306采空区周围与地表裂隙存在明显的漏风通道。12306采空区地表基岩裸露、沟壑纵横，封堵难度大，先采用粉煤灰无机固化泡沫对主要裂隙进行充填封堵，然后采用人工回填和机械回填相结合的方式进行二次封堵回填，并在22305工作面上下隅角及联巷密闭墙等利用粉煤灰无机固化泡沫对漏风通道进行封堵。
[0050]利用钻机从地面向12306采空区高温区域打钻形成灭火钻孔，之前利用灭火钻孔先作为测温钻孔探测来圈定采空区高温区域。在实施地面灭火钻孔灌注灭火材料前，再一次作为测温钻孔和气体取样钻孔来检测钻孔终位置附近的气体成分、浓度和温度。地面灭火钻孔的直径为108mm，钻孔间距为10?15米。灭火钻孔打好后，注灭火材料的顺序是从外围钻孔开始，逐渐向高温区域中心的钻孔方向。灌注灭火材料的时间为每天的22:00至次日10:00，该时间段内，地表大气压力相对较高，采空区气体溢出量较少。通过地面灭火钻孔对采空区自燃高温区域灌注大流量液氮或液态二氧化碳进行快速惰化降温，每个钻孔每次注10?30吨液氮或液态二氧化碳，然后停止灌注，接着注相邻的钻孔；隔一段时间后，又重复的进行灌注，钻孔重复灌注的间隔时间是24小时。液氮在常温常压下，迅速气化，在火区内迅速扩散并充满其空间，使火区内氧气浓度急速下降，火区因缺氧而窒息。氮气不仅仅具有对火区惰化和抑爆能力，而且由液态转化为气态过程中，可以吸收大量的热，降低火区温度。为提高液氮及液态二氧化碳的灌注速度，加快采空区有毒有害气体的排放速度，后期又施工钻孔5个，从7月5日到8月16日，利用地面灭火钻孔共灌注液氮7200吨，液态二氧化碳1120吨。
[0051]地面灭火钻孔灌注灭火材料一段时间之后，需判断采空区遗煤自燃是否熄灭。主要是根据灭火钻孔停止注灭火材料3?5天后，利用井下束管监测系统、井下巷道连通采空区钻孔(排水钻孔等)和灭火钻孔进行取样，分析氧气浓度和煤自燃的标志性气体(一氧化碳、乙炔等)的浓度及成分变化，结合灭火钻孔测温进行综合判断分析。对采空区气体取样分析，当氧气浓度稳定在7%以下、一氧化碳浓度稳定在50?10ppm以下、无乙炔和乙稀气体、且钻孔温度为常温时，表明采空区的煤自燃已熄灭。
[0052]如图2和图3所示，该矿在50天的治理时间内，12306采空区高温区域得到有效控制，采空区有害气体浓度持续下降。采用束管监测系统和钻孔探测，12306采空区氧气浓度维持在5%以下，12306采空区一氧化碳浓度由最高54886ppm下降并稳定到50pm以下，且没有乙烯和乙炔气体出现；采用测温钻孔探测，采空区高温区域温度稳定在20°C左右。上述监测及探测结果均显示该矿12306采空区高温区域煤自燃已经熄灭，效果良好。
[0053]为保证灭火实施效果及加快推进工作面的正常回采工作，在采空区遗煤自燃熄灭后，最后通过灭火钻孔对遗煤自燃高温区域灌注高浓度粉煤灰浆液，共灌注高浓度粉煤灰浆液11514吨，达到了彻底的封堵和充填效果。
【权利要求】
1.一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征是:预先判断采空区遗煤是否发生自燃；一旦发现采空区遗煤发生自燃，首先圈定采空区遗煤自燃高温区域，其次在井下对大面积采空区连续大流量注氮气降低采空区氧气浓度，接着采用均压防灭火技术减少向采空区的漏风量，同时释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并对漏风通道进行堵漏，然后采用地面灭火钻孔进行治理及探测，即注灭火材料治理采空区煤自燃并利用有效的钻孔判定采空区煤自燃是否熄灭，最后对煤自燃高温区域以及钻孔灌注稠化砂浆及高浓度粉煤灰浆液进行充填。
2.根据权利要求1所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的预先判断采空区遗煤是否发生自燃，是利用井下束管监测系统检测采空区气体与井下巷道连通采空区的钻孔和人工球胆取气样色谱分析相结合的方法，所述的钻孔为取样钻孔、瓦斯抽放钻孔和排水钻孔，以COX2H4、C2H2的煤自燃标志性气体的体积浓度大小与浓度变化情况来预先判断采空区遗煤是否发生自燃。
3.根据权利要求1所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的圈定采空区遗煤自燃高温区域的步骤为: 步骤一:由于煤自燃主要发生在松散区及有大量遗煤的地方，因此需判断采空区压实区和松散区以及采空区遗煤的分布情况； 步骤二:判定井下采空区的漏风风流及采空区漏风风流路线； 步骤三:Fluent软件模拟煤自燃指标气体在采空区运移分布规律，结合步骤一与步骤二初步快速圈定采空区遗煤自燃高温区域； 步骤四:初步圈定采空区遗煤自燃高温区域后，从地面打直径为108_的测温钻孔，利用钻孔探测终孔位置附近区域的温度进行验证，最终确定采空区遗煤自燃的大致范围。
4.根据权利要求1所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的对大面积采空区注氮气，是在井下大流量注氮气，氮气的流量不小于2000m 3A ο
5.根据权利要求1所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的均压防灭火技术是通过在回采工作面回风巷安装局部通风机及调节风门，增加回风巷阻力，减少工作面进风巷与回风巷的压差，从而减少工作面向采空区的漏风。
6.根据权利要求1所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并对其进行封堵，首先在地面选择较深较宽的裂隙，在这些裂隙处释放六氟化硫示踪气体，其次在井下回采工作面的上下隅角接收并分析接收到六氟化硫的时间和浓度，然后根据释放地点和接收结果定性分析与采空区连通的主要地表裂隙及漏风通道，最后利用粉煤灰无机固化泡沫封堵漏风通道以封堵主要裂隙漏风。
7.根据权利要求1所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的采用地面灭火钻孔进行探测和治理，是利用钻机从地面向煤层采空区打钻形成灭火钻孔，灭火钻孔形成后先作为测温钻孔测温，接着作为气体取样钻孔取样分析气体成分及其浓度，根据测定的钻孔温度和气体成分再次判断钻孔终孔位置附近遗煤的自燃状况；其中地面灭火钻孔的直径为108mm，钻孔间距为10~15米；灭火钻孔打好后，注灭火材料的顺序是从外围钻孔开始，逐渐向高温区域中心的钻孔方向；通过地面灭火钻孔对采空区自燃高温区域灌注大流量液氮或液态二氧化碳进行快速惰化降温，每个钻孔每次注10-30吨液氮或液态二氧化碳，然后停止灌注，接着注相邻的钻孔；隔一段时间后，又重复的进行灌注，钻孔重复灌注的间隔时间是24小时。
8.根据权利要求1所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的利用有效钻孔判断采空区遗煤自燃是否熄灭，是灭火钻孔停止注灭火材料3~5天后，利用井下束管监测系统、井下巷道连通采空区的钻孔和灭火钻孔进行取样，对采空区气体取样分析煤自燃的标志性气体COX2HdP C2H2,结合灭火钻孔测温进行综合判断分析，如果判定熄灭，最后通过灭火钻孔对遗煤自燃高温区域灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液，粉煤灰浆液的灰水质量比大于1:2。
9.根据权利要求8所述的一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，其特征在于:所述的采空区气体取样分析，如果O2浓度稳定在7%以下、CO浓度稳定在50~100ppm以下，无C2H4、C2H2气体，且钻孔温度为常温，同时满足以上指标表明采空区的煤自燃已熄灭。
【文档编号】E21F5/00GK104514577SQ201410769236
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】秦波涛, 秦小文, 仲晓星, 鲁义 申请人:中国矿业大学