一种易自燃煤层回采工作面的防火方法与流程

本发明涉及煤矿井下防火技术领域，具体来说是一种易自燃煤层回采工作面的防火方法。

背景技术：

治理工作面采空区煤层自燃发火，是煤矿生产过程中必须面对的重大安全事件之一。矿井一旦发生煤层自燃灾害，轻则影响安全生产，重则烧毁煤炭资源和物资设备，产生大量有害气体和烟雾，严重威胁人身安全，易造成人员重大伤亡，甚至引起瓦斯煤尘爆炸，扩大灾害范围。我们知道，煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。因此，当煤自燃倾向性为易自燃的煤层时，治理煤层自燃就尤为重要，治理难度也增加。

现有技术中，对于采空区煤层的防火治理措施，往往比较单一，注氮口不能始终处于氧化升温带，防火效果不好。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中采空区煤层的防火效果欠佳的缺陷，提供一种易自燃煤层回采工作面的防火方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种易自燃煤层回采工作面的防火方法，防火方法采用以下防火措施结合达到防火目的：

1)对氧化升温带进行循环迈步式注氮，以保证注氮口始终处于氧化升温区；

2)对工作面上下顺槽隅角定期构筑沙袋封堵墙，以隔断采空区与外界顺槽风流场的联系；

3)降低工作面两端的全风压压差；

4)在工作面上下端头支架间挂风障。

优选的，其中防火措施1)中，先根据采煤工作面采空区三带(即散热带、氧化带、窒息带)的现场观测数据确定氧化升温带位置，在工作面预埋主管和循环迈步管；所述主管和循环迈步管均具有注氮口；随着工作面的推进，当循环迈步管路进入采空区氧化升温带边界时进行管路切换，即将主管切换到循环迈步管对氧化升温带注氮，依此循环，使主管与循环迈步管交替的向不断推进的氧化升温带注氮。

优选的，其中防火措施2)中，封堵墙位置位于上、下端头综采支架正后方尾巷内；墙体厚度2～3m；墙体长度从巷帮至冒落带边缘，与冒落带接实；高度与顶接实。

优选的，墙体施工前首先在预定位置打上木点柱，木点柱间距1～2m，木点柱施工完成后用薄木板订在点柱上形成一面木板墙，然后在木板墙上蒙上风筒布，然后再用沙袋砌筑一堵封堵墙，沙袋充填应错茬码放压实；施工顺序为：打木点柱→钉木板→蒙风筒布→垛封堵墙。

优选的，在采空区氧化升温带向窒息带转化完成之前构筑封堵墙；及在工作面胶带机顺槽循环迈步式管路切换同时构筑一道封堵墙。

优选的，防火措施4)中，风障的长度为顺槽煤壁到采空区冒落边沿之间距离的至少2倍。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供的方法，在容易自燃煤层回采工作面，通过采用工作面胶带机巷循环迈步式采空区连续注氮、上下顺槽隅角定期构筑沙袋封堵墙为主，工作面均压和上下端头支架间挂风障为辅的综合防火治理方法后，工作面发生煤层自燃的安全隐患得到大大的缓解，减轻了矿井联合试生产期间安全的严重性，为矿井验收工作奠定了很好的安全基础。经济效益主要有以下几点：

1、工作面很少启用地面灌浆系统对采空区灌浆，节省了工作面灌浆防火的费用。

2、通过采用上述综合防火技术方案后，工作面防火治理取得了很好的治理效果，节省了高分子材料和液态co2等其他防火方案的治理费用。

3、上述综合防火技术方案所用的材料设备费用较少，施工工艺简单，综合经济成本低。

附图说明

图1为本发明循环迈步式注氮结构示意图；

图2为本发明封堵墙的结构示意图；

图3为图2中a部放大结构示意图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例1

如图1所示,一种易自燃煤层回采工作面的防火方法，防火方法采用以下防火措施结合达到防火目的：

1)对氧化升温带3进行循环迈步式注氮；

2)对工作面上下顺槽隅角定期构筑沙袋封堵墙9，以隔断采空区与外界顺槽风流场的联系；

3)降低工作面两端的全风压压差；

4)在工作面上下端头支架间挂风障。

其中防火措施1)中，先在工作面预埋主管5和和循环迈步管6路，当循环迈步管6路进入采空区氧化升温带3边界时进行管路切换，即将主管5注氮通过切换点7切换到迈步注氮管路对采空区注氮，依此循环,实现连续不间断对采空区注氮。

其中防火措施2)中，封堵墙9位置位于上、下端头综采支架正后方尾巷内；墙体厚度2～3m；墙体长度从巷帮至冒落带边缘，与冒落带接实；高度与顶接实。墙体施工前首先在预定位置打上木点柱81，木点柱间距1m，确保施工地点巷道顶板不发生垮落伤人，安全施工；为增加封堵墙9的密闭性，木点柱施工完成后用10mm厚以上的薄木板82订在点柱上形成一面木板墙，然后在木板墙上蒙上废旧的风筒布83，然后再用沙袋砌筑一堵封堵墙9，沙袋充填应错茬码放压实；施工顺序为：打木点柱81→钉木板82→蒙风筒布83→垛封堵墙9。在采空区氧化升温带3向窒息带转化完成之前构筑封堵墙9；其二要在工作面胶带机顺槽循环迈步式注氮管路切换同时构筑一道封堵墙9，能更好的使氮气向采空区流动，提高注氮治理效果。

其中防火措施4)中，风障的长度为顺槽煤壁到采空区冒落边沿之间距离的2倍以上。

实施例2

下面用某一综采面的具体防火措施布置来对上述实施例进行详细描述：

如图1、图2、图3所示，根据某科技大学对煤样测定报告，工作面1回采的煤层最短自然发火期为20d,经调研比同地区周边矿井煤的自然发火期更短；煤的自燃倾向性为容易自燃。

该面在刚开始回采过程中，由于缺乏治理该地区煤层自燃发火的经验，工作面1防火工作有些被动，采空区内遗煤的氧化速度快，工作面1推进几天之内产生了大量的co气体，采空区埋设的束管气样色谱仪检测到c2h4气体，造成上隅角co浓度超过150ppm，最高达到400ppm以上，氧气浓度低于10％，对矿井工作面1联合试生产构成了严重的安全威胁。在这期间工作面1采取了胶带顺槽采空区连续注氮、回风顺槽灌浆(由于该地区黄土含沙量较大，浆液粘性低，流动性差，灌浆效果不佳)、上下隅角退锚、工作面1上下端头支架间挂风障等措施后，仍没有达到预期的治理效果。在上级领导的高度重视下，矿组织有关技术人员及科研单位人员，每天对该面自然发火指标气体co、o2、c2h4浓度的变化情况进行总结分析，最终采用工作面1胶带机巷循环迈步式采空区连续注氮、上下顺槽隅角定期构筑沙袋封堵墙9为主(工作面1停产期间增加均压防火技术，减少工作面1用风量)，工作面1上下端头支架间挂风障为辅的综合防火治理方案，并取得了较好防火治理效果：

1、较好的减少了采空区漏风量，降低了采空区氧的含量，抑制了采空区遗煤的氧化速度。

2、工作面1上隅角co浓度下降明显，目前浓度小于24ppm以下，02浓度上升，上隅角气体熏人的安全威胁得到大大的缓解；两顺槽预埋的束管气样检测未出现有烯烃类物质，采空区煤层自燃的安全隐患基本得到了解除。

3、保障了工作面1正常回采和临时停产等非正常生产期间，采空区未发生煤层自燃事故，确保了工作面1安全回采。

2容易自燃煤层防火技术方案

容易自燃煤层回采工作面1防火技术方案为：工作面1胶带机巷循环迈步式采空区连续注氮、上下顺槽隅角定期构筑沙袋封堵墙9为主，工作面1均压和上下端头支架间挂风障为辅的综合防火治理方案。

2.1工作面1胶带机巷迈步式采空区连续注氮

与灌浆防火措施比较氮气流动速度要快于黄泥浆的流动速度，注氮能够更快的覆盖采空区遗煤，更快的阻止遗煤的氧化，从而延长煤的自燃发火期。

采空区遗煤自燃可划分为三个带，即散热带、氧化升温带3和窒息带。这三个带在生产工作面1呈动态变化，主要受工作面1推进速度影响。

(1)散热带2

采空区散热带2是指在某一定温度下，虽然有足够的氧浓度，煤体能得以充分的氧化放热，但产生的热量始终小于或等于散发热量。虽然该区域氧的含量较高但热量不容易积累而使温度升高到煤层自燃所需的温度，难以形成煤的自燃所需的条件。

(2)氧化升温带3

采空区氧化升温带3是指在某一温度下，产生的热量大于散发热量。如果采空区漏风量达到某一值，该区域氧的含量仍然较高，煤氧化的热量容易积累而使温度升高到煤层自燃所需的温度，容易形成煤的自燃所需的条件。

(3)窒息带4

采空区缺氧窒息带4是指在某一温度下，虽有足够的浮煤厚度和蓄热条件，但由于氧浓度低，使得产生的热量小于或等于散发热量，难以形成煤的自燃所需的条件。

从以上的分析可知，为使采空区注氮措施能够取得更好的治理效果，应将注氮管路的出口置于采空区氧化升温带3内，降低氧的含量，抑制煤的自燃氧化活动。由于工作面1不断的向前推进，要使注氮管路出口置于氧化升温带3，采用循环迈步式的注氮方式。该工作面1采空区散热带2的分布范围在采空区距离工作面10～30m以内，在采空区进风侧窒息带4在距离工作面185～95m以上的采空区深部，实际应用中该工作面1胶带机顺槽循环迈步式采空区连续注氮步距为60～70m，当循环迈步管6路进入采空区氧化升温带3边界时进行管路切换，即将顺槽注氮管路切换到迈步注氮管路对采空区连续注氮，依此循环。

2.2工作面1上下顺槽定期构筑沙袋封堵墙9

采空区遗煤要发生自燃，氧气含量必须达到一定值且有连续的氧气供给才能发生。工作面1上下顺槽定期构筑沙袋封堵墙9目的就是隔断采空区与外界顺槽风流场的联系，增加采空区的气密性，尽量减少采空区的漏风量，降低采空区氧化升温带3氧的含量，抑制遗煤的氧化活动。

2.2.1沙袋封堵墙9施工工艺

封堵墙位置位于上、下端头综采支架正后方尾巷内。墙体厚度2～3m(可根据现场条件确定墙体厚度)；墙体长度从巷帮至冒落带边缘，与冒落带接实；高度与顶接实。

墙体施工前首先在预定位置打上木点柱，木点柱间距1m，确保施工地点巷道顶板不发生垮落伤人，安全施工。为增加封堵墙9的密闭性，木点柱施工完成后用10mm厚以上的薄木板订在点柱上形成一面木板墙，然后在木板墙上蒙上废旧的风筒布，然后再用沙袋砌筑一堵封堵墙9。施工顺序为：打木点柱→钉木板(木板规格根据现场情况定)→蒙风筒布→垛封堵墙(沙袋充填应错茬码放压实)。

回风顺槽的沙袋封堵墙9施工期间应采取一定的通风措施，降低有害气体的浓度，增加氧气的含量，保证施工安全。如果回风上隅角不具备施工的安全条件，可缓建。

2.2.2沙袋封堵墙9施工频次

通常情况沙袋封堵墙9施工频次越高对采空区防火越有利，但增加了防火治理的成本。沙袋封堵墙9的构筑频次要根据采空区“三带”中氧化升温带3的划分宽度，并结合胶带机顺槽迈步式注氮管路的切换时间来定。其一要在采空区氧化升温带3向窒息带4转化完成之前构筑封堵墙9；其二要在工作面1胶带机顺槽循环迈步式注氮管路切换同时构筑一道封堵墙9，能更好的使氮气向采空区流动，提高注氮治理效果。

按照该工作面1采空区进风侧散热带2的分布范围30m以内，工作面1采空区循环迈步式注氮步距为70m切换注氮管路一次计算，工作面1最多只能向前推进100m就需构筑沙袋封堵墙9一次。实际工作面1一般情况下每推进70m左右构筑沙袋封堵墙9一次。

2.3工作面1均压防火

工作面1均压防火技术是治理采空区煤层自然发火常用措施之一，通过降低工作面1两端的全风压压差，减少向采空区的漏风量，缩小“三带”的宽度，有利于治理采空区煤层自然发火。按理论上，工作面1进回风的压差基本平衡就可以避免采空区“三带”的出现，但此时工作面1处于微风流或无风流的状态人员无法进行生产，实际是做不到的。因此，工作面1均压防火技术必须和其他的治理防火技术同时使用才能起到更好的治理效果，单独使用均压防火技术治理效果有限，特别是对容易自燃煤层。

该工作面1在停产或放缓推进速度期间，采用工作面1均压防火技术与工作面1胶带机巷循环迈步式采空区连续注氮、上下顺槽隅角定期构筑沙袋封堵墙9和上下端头支架间挂风障综合防火治理技术，取得了很好的治理效果，防止了工作面1临时停产期间采空区发生煤层自然事故。

2.4工作面1上下端头支架间挂风障

工作面1上下端头支架间挂风障，其实质是对工作面1采空区漏风通道进行封堵，是作为上下顺槽沙袋封堵墙9的一个补充措施。风障增加了工作面1上下顺槽的封堵长度，进一步减少了采空区的漏风通道。工作面1上下端头支架间风障的悬挂长度要根据现场实际而定，根据经验其长度不少于顺槽煤壁到采空区冒落边沿之间距离的2倍以上。该工作面1上下端头风障悬挂长度为10综采架支的长度。

3效益

该容易自燃煤层回采工作面1，通过采用工作面1胶带机巷循环迈步式采空区连续注氮、上下顺槽隅角定期构筑沙袋封堵墙9为主，工作面1均压和上下端头支架间挂风障为辅的综合防火治理方案后，工作面1发生煤层自燃的安全隐患得到大大的缓解，减轻了矿井联合试生产期间安全的严重性，为矿井验收工作奠定了很好的安全基础。经济效益主要有以下几点：

1、由于鄂尔多斯地区黄土含沙量较大，浆液粘性低，流动性差，灌浆效果不佳，通过采用上述综合防火技术方案后，工作面1很少启用地面灌浆系统对采空区灌浆，节省了工作面1灌浆防火的费用。

2、通过采用上述综合防火技术方案后，工作面1防火治理取得了很好的治理效果，节省了高分子材料和液态co2等其他防火方案的治理费用。

3、上述综合防火技术方案所用的材料设备费用较少，施工工艺简单，综合经济成本低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。