防止綜采工作面采空區自燃發火專項管控措施
防止綜采工作面采空區自燃發火專項管控措施
采空區中只有自燃氧化帶范圍內的浮煤才有可能發生自燃，然而也并非進入采空區自燃氧化帶的浮煤都一定會自燃，因為，煤自燃在低溫階段是一個煤蓄熱升溫的緩慢氧化放熱過程，采空區浮煤自燃還需要有充足的時間，而且由于工作面不斷推進，采空區漏風狀態、氧濃度分布狀態和煤體溫度變化、自燃條件均發生變化，使得采空區自燃“三帶”范圍動態移動。因此采空區浮煤要自燃，還需要具備足夠的時間維持該區域的條件不變，即維持時間必須達到：
式中：為浮煤的最短發火期，d。根據礦井的統計資料，2#煤：=83d；5#煤：=78d。
也就是說工作面的推進速度小于工作面散熱帶到采空區窒熄帶的最大距離和浮煤最短自然發火期之商時，就有可能發生自燃，即
式中：
為工作面最低安全推進速度()；
為工作面自燃氧化帶最大寬度()，取工作面進風順槽側，為65m。
根據以上公式計算：
2#煤：=65/83≈0.783m/d
5#煤：=65/78≈0.833m/d
即當2#煤采煤工作面推進速度大于0.783m/d時，5#煤采煤工作面推進速度大于0.833m/d時，工作面無自然發火危險。
在正常回采過程中，由生產科合理組織安排工作面的推進度，確保工作面回采的最低安全推進速度；如果工作面遇地質構造、設備異常等特殊情況無法保證最低安全推進速度時，加強阻化劑的噴灑措施，視情況啟動注漿注氮措施。
二、噴灑阻化劑措施
考慮工作面回采時間及煤層自燃發火周期，阻化劑采用氯化鈣。
1、設備及工藝參數
(1)采用WJ-24防滅火阻化多用泵，兩泵一箱，一用一備
配套電機3KW雙電壓(380∕660V)防爆電機
最大流量24 m3/h
最大壓力3.0Mpa
最高工作壓力<2.5mpa
(2)1.2m3阻化劑溶液箱；
(3)曲軸連桿機構；
(4)過濾器；
(5)電器開關；
(6)ф13高壓膠管閥門；
(7)氣霧發生器；
(8)KJφ13mm×25m的高壓膠管4根
2、工作面底板浮煤噴灑量，Kg
G=K1·K2·h1·B·L·A
式中G---按重量計算浮煤一次噴灑量，kg
K1---一次噴灑加量系數，取1.2；
K2---松散(浮煤)密度，1.0 t/m3
L---工作面長度，取174m
B---一次噴灑寬度，取4.8m
h1---底板浮煤厚度，取0.05m
A---原煤(浮煤)的吸收量，取46Kg/t
經計算，2#煤工作面底板浮煤一次噴灑量為2385kg；按20%濃度配比，所需阻化劑用量為450Kg；5#煤工作面底板浮煤一次噴灑量為3975kg，按20%濃度配比，所需阻化劑用量為795Kg。
回風順槽在超前支護外50m布置一臺阻化泵，一用一備，負責采空區的噴灑工作，大溜電纜槽下方布置一趟管路,每20m安一三通接一截止閥,阻化泵配一支噴槍，由專人手持噴槍，從支架間隙向采空區噴灑，每間隔5組支架噴一次，每次噴灑至少6min，流量不小于35L/min。初采前整個工作面噴灑一次，如遇停產、過斷層等情況時，必須對采空區加大噴灑頻率，正常回采期間每日噴灑一次，工作面收尾期間應加大噴灑頻率，班班進行噴灑。
3、安全技術措施：
①阻化管路出口處安截止閥，便于開關液槍。不準把阻化液槍(噴頭)對人或支架等設備噴射，防止液體腐蝕、損壞設備或傷人。
②噴灑時應注意支架完好情況，防止頂部活煤活矸落傷人。在端頭、端尾噴灑時應注意頂板支護情況，不準越過隔離柵欄。
③在拖拉液管時應注意防止膠管被支架或其它物體掛壞。
④設專職電工班班對電氣設備進行檢查維護，保證完好，不得出現失爆現象，非專職人員不能對設備進行檢修和維護。嚴禁帶電移動和搬遷電器設備。
⑤潤滑油要按要求更換，并保持與油位線一致。工作結束時，必須將調壓手柄調至降壓位置，待壓力降低后再停機。換活塞碗時要注意活塞碗和活塞托的方向，并把進水閥片擰緊，裝上彈簧墊圈后再擰緊螺母。
⑥配液工要隨時注意觀察液箱內阻化劑溶液的剩余量，液泵不可無液空轉。配液時要保證水質清潔，不能含有任何雜物。
⑦阻化劑要規范管理，不得亂放，液箱中的阻化劑每次必須噴灑完并用清水沖洗液箱，液箱中不得殘留阻化劑。剩余的未用阻化劑要交到工具房，妥善保管。
⑧設專用記錄臺帳，每次噴灑完，必須將噴灑時間、噴灑量、噴灑人員、工作面推進情況等記錄清楚。
⑨綜采隊要設專職泵站司機、噴灑工和配液工，每日進行一次噴灑工作。
⑩禁止往支架明柱或立柱上噴灑阻化劑，如果不小心把阻化劑噴灑到支架明柱或立柱上時，要及時用清水沖洗。
三、預防性防滅火注漿措施
1、啟動注漿條件：
(1)根據《潞寧孟家窯煤業有限公司礦井防滅火設計》當2#煤溫度超過120℃即指標性氣體分析有C2H4出現時，當5#煤溫度超過110℃即指標性氣體分析有C2H4出現時，說明煤已經進入了加速氧化階段，此時應開啟灌漿防滅火系統。
(2)參照潞安集團《“一通三防”管理制度》，自然發火工作面推進不正常，且監測到發火標志氣體時，可參照以下規定進行處理：
①采空區氧化帶束管監測CO濃度超過12ppm或上隅角、架間CO氣體濃度超過8ppm，且呈上升趨勢時，必須加快推進速度，同時根據工作面實際情況向采空區注漿或封堵工作面上下隅角連續注氮，并在滿足安全要求的前提下，調低工作面風量。
②采空區CO氣體濃度超過24ppm，或上隅角、架間CO氣體濃度超過15ppm，且呈上升趨勢時，應在初期措施的基礎上，根據工作面初期措施實施效果判定火源方位，適于采空區注漿時要采取措施連續注漿，不適于注漿時要連續注氮氣或二氧化碳。
③工作面任一測點出現下列現象之一時,必須臨時封閉工作面，采取連續注惰性氣體或其它可行性防滅火措施，且進行封閉施工作業時，其他區域所有人員必須全部撤出：
a、工作面出現煙霧、煤油味等現象；
b、監測到烯烴、炔烴類氣體，或CO以外的礦井《防滅火專項設計》中確定的自然發火標志性氣體；
c、監測到CO濃度升幅≥10ppm/d,且呈上升趨勢。
d、在一個最短發火周期內工作面未推過氧化帶時。
2、灌漿工藝
在風井工業場地附近建設黃泥灌漿系統，負責向井下灌漿，大巷內敷設D133×6mm灰色注漿無縫鋼管，回采工作面回風順槽敷設D108×5mm灰色注漿無縫鋼管，均為專用管路。采用埋管灌漿法，即在放頂前沿回風順槽在回采工作面采空區預先鋪好預埋灌漿管(10～20m的鋼絲纏繞管)，預埋管一端通采空區，一端接高壓膠管(長20～30m)，膠管與灌漿主管路、注漿泵站相連，每天按放頂步距逐漸收縮灌漿管，從而使預埋管始終保持在采空區15m左右。
3、灌漿材料的選擇
灌漿材料必須滿足以下要求：
(1)不含可燃物或助燃物；
(2)粒徑直徑小于2mm，細小粒子(粒徑直徑小于1.5mm)占75%；
(3)主要物理性能指標：比重2.4～2.8，塑性指數9～14，膠體混合物25～30%，含砂量25～30%；
(4)易脫水，又具有一定的穩定性；
(5)具有能與較少的水混合成漿液的能力，運輸時不堵塞管路或泥漿池；
(6)便于開采、運輸和制備，來源廣，成本低。
黃土漿液滿足注漿材料成漿性能指標，所以灌漿材料選擇黃土。
4、灌漿管路布置
2#煤層管路布置為：
地面集中灌漿站→11采區回風平硐→11采區2#煤回風上山→各工作面回風順槽→工作面采空區。
5#煤層管路布置為：
地面集中灌漿站→11采區回風平硐→11采區2#煤回風上山→1#石門→5#煤回風上山→各工作面回風順槽→工作面采空區。
5、灌漿安全技術措施
(1)灌漿前的準備工作
①制漿前所用各種設備應完好；
②供水系統應暢通，照明設備應齊全；
③注漿所需材料到位(黃土、水)；
④井下注漿區與注漿站通訊是否暢通；
⑤各閥門應處在正確的開關位置；
⑥各崗位人員應到齊上崗。
(2)清水運行
①制漿前，首先將漿池底清理干凈，將遺存的臟雜物清掃出；
②制漿前應準備取土設備，并連接好供水管路。
③打開供水管總閥門，啟動清水泵，打開閥門；
④清水注入攪拌池10～15min，啟動攪拌器，清水運行；
⑤接到井下管路流水暢通通知時，方可開始灌漿。
(3)制漿
①攪拌池要提前設置好篦子，灌漿過程中要隨時清理草根、樹皮、石子及其他臟物；
②按比例加水后由鏟車上土至預定水位；
③用密度計檢查泥漿濃度，給土的同時要加適量的水，攪拌8～10min，并調整到要求的水土比；
④攪拌池分三個泥漿池，浸泡和攪拌交替進行，泥漿攪拌均勻后，通過泥漿泵送到井下灌漿地點。
(4)故障處理
①制漿時各崗位工作人員必須配合好，各環節之間有聯系信號；
②機器開動后，各崗位工作人員必須密切觀察機器運轉情況。發現異常情況應立即發出停機信號，其他崗位工作人員接到停機信號后應立即停機；待故障排除發出開機信號后，再開機；
③灌漿期間，應密切注意管路及各處閥門的情況，發現堵孔或管路漏漿時，應首先通知井上停止下漿，同時派人關閉上一道閥門，然后進行處理。正在灌漿的鉆孔，如發現進漿不正常，應暫停灌漿進行給水。
(5)停止注漿
①接到井下停漿通知后，關閉水槍閥門，并打開攪拌池注水閥門，然后清水運行，沖洗管路(沖洗時間一般不少于20分鐘)，清理、沖刷灌漿池。冬季要把水槍和管路中的水放凈；
②工作結束后，要核實本班灌入的實土量，并將本班工作情況詳細記入“灌漿日志”，及時交給班長或送交指定地點；
③下班前應做好場地整理工作，并按規定要求管理好設備，保持貯水池有足夠的水量。
(6)注意事項
①灌漿時，不要在高壓膠管附近停留，以防止管子崩壞傷人；
②灌漿過程中要做好下列檢查:
a、檢查泄水處出水的大小、水溫的高低，有害氣體等，并做好記錄；
b、檢查泄水閘門完好情況、水溝的暢通情況等；
③每個工作班在下班前，必須先通知地面制漿站停止下漿，然后將管內存漿全部灌入鉆孔內。鉆孔停止灌漿時應用水沖孔，沖孔時間一般不少于20分鐘(先小水后大水)，沖孔后將各處管路、閥門等處理好；
④采煤工作面放頂后，灌漿人員用電話通知制漿站開始送漿；運輸巷有水流出時，即認為采空區已灌好漿，這時方可停止灌漿。
四、預防性防滅火注氮措施
1、啟動注氮條件：
(1)根據《潞寧孟家窯煤業有限公司礦井防滅火設計》當2#煤溫度傳感器的溫度超過80℃，CO濃度超過51ppm，當5#煤溫度傳感器的溫度超過70℃，CO濃度超過34ppm，此時應開啟注氮防滅火系統。
(2)參照潞安集團《“一通三防”管理制度》，自然發火工作面推進不正常，且監測到發火標志氣體時，可參照以下規定進行處理：
①采空區氧化帶束管監測CO濃度超過12ppm或上隅角、架間CO氣體濃度超過8ppm，且呈上升趨勢時，必須加快推進速度，同時根據工作面實際情況向采空區注漿或封堵工作面上下隅角連續注氮，并在滿足安全要求的前提下，調低工作面風量。
②采空區CO氣體濃度超過24ppm，或上隅角、架間CO氣體濃度超過15ppm，且呈上升趨勢時，應在初期措施的基礎上，根據工作面初期措施實施效果判定火源方位，適于采空區注漿時要采取措施連續注漿，不適于注漿時要連續注氮氣或二氧化碳。
③工作面任一測點出現下列現象之一時,必須臨時封閉工作面，采取連續注惰性氣體或其它可行性防滅火措施，且進行封閉施工作業時，其他區域所有人員必須全部撤出：
a、工作面出現煙霧、煤油味等現象；
b、監測到烯烴、炔烴類氣體，或CO以外的礦井《防滅火專項設計》中確定的自然發火標志性氣體；
c、監測到CO濃度升幅≥10ppm/d,且呈上升趨勢。
d、在一個最短發火周期內工作面未推過氧化帶時。
2、注氮工藝
在風井工業場地附近建設注氮系統，采用GT-700地面固定式制氮機，一用一備，負責向井下注氮，大巷內敷設D168×8mm黃色注氮無縫鋼管，回采工作面運輸順槽敷設D108×5mm黃色注氮無縫鋼管埋入采空區，前端連接0.5米堵頭花管，花管斜向上指向采空區。每個注氮釋放口均與注氮支管連接，支管的長度取決于采空區自燃帶與窒息帶分界線距工作面的距離(初步為50米)，當氮氣釋放口進入采空區窒息帶不需要注氮時，在工作面運輸順槽內關閉切斷與其注氮主管路聯系。每個注氮支管與主管路之間安設三通、流量計。
3、注氮管路布置
2#煤層管路布置為：
地面集中注氮站→11采區回風平硐→11采區2#煤回風上山→各工作面運輸順槽→工作面采空區。
5#煤層管路布置為：
地面集中注氮站→11采區回風平硐→11采區2#煤回風上山→1#石門→5#煤回風上山→各工作面運輸順槽→工作面采空區。
4、注氮安全技術措施
1)對采空區進行注氮防滅火前，要制定相應的安全技術措施，注氮量以專項措施為主。
2)向井下送氮氣前，經過地面的氮氣傳感器檢查氮氣濃度，氮氣濃度不得低于97%，低于97%時，嚴禁向井下送氮氣。
3)注氮時要加強工作面及回風順槽氧氣濃度監測，發現氧氣濃度低于18%時立即停止工作，撤出人員，減少注氮量，待風流中氧氣濃度大于18%時，方可恢復工作。
4)注意檢查工作面及回風流中瓦斯涌出情況，若發現采空區大量涌出瓦斯，風流中瓦斯超限時，可適當降低注氮強度。
5)注氮管第一次向采空區注氮，或者停止注氮后再次注氮時，應利用工作面附件的三通閥門，先排出管內空氣，避免將空氣注入采空區去。
6)采空區受通風負壓影響，需采取一定的封堵措施，減少漏風量，才能達到較好的惰化效果。
7)操作過程中要每小時檢查制氮機運行狀態并記錄參數，同時檢查制氮機各部位接頭、管路的密封情況，加強維護。發現異常及時處理，當發生故障又無法處理時應先停機。
五、束管監測系統
1、礦井采用JSG-7型煤礦自燃火災監測系統，實現在線監測。
2、回采工作面沿回風順槽布置三趟束管，分別吊掛于上隅角、老塘及自燃帶，根據回采速度不斷移動。
3、地面設置氣體化驗室，采用雙回路供電，保證系統正常運行。
4、每周對上隅角、老塘、井下密閉等地點進行人工采樣化驗，根據化驗數據，判斷煤氧化程度，出現異常及時采取措施。
5、束管化驗室操作人員每天對井下進行抽氣化驗，發現異常，迅速向通風科及分管領導匯報，及時處理。
6、有CO出現說明煤已發生低溫氧化反應，此時應加強監測，如果CO 濃度呈持續穩定上升趨勢，表面煤的氧化進入迅速氧化階段，應發出預警，采區有效措施加以治理；如果在有CO 存在的前提下，檢測出C2H4，即可作出煤已自燃發火預報，此時煤已進入加速氧化階段，必須采區切實有效的防滅火措施；如果檢測出C2H2，應視為煤已產生較高溫度，進入激烈氧化階段，并可能出現明火，報告總經理及時采取措施進行處理。
六、自燃發火預測預報
1、建立自燃發火觀測站：根據礦井防滅火的需要，對回采工作面上下隅角、進回風順槽、支架間，密閉觀測孔、密閉墻四周、帶式輸送機滾筒下風側10-15m處等地點。
2、在上隅角安設CO、溫度傳感器。O2傳感器，在距工作面10—15m的回風流中、距回風巷回風口10—15m范圍內及帶式輸送機下風側10—15m處各安設一臺CO傳感器，CO傳感器報警濃度為≥24ppm、溫度傳感器報警點為≥26°，監測數據適時上傳。對傳感器要按規定標校調試，確保儀器靈敏可靠。每5組支架為一個觀測點，每班由瓦斯員進行檢測。每班至少檢查一次。
3、瓦斯員隨身攜帶CO檢查儀，每班對工作面回風隅角氣體情況檢查不少于3次，檢查內容：CO、CO2、CH4 氣體濃度、溫度等。一旦發現異常，及時用CO檢查儀與CO傳感器對照，并匯報調度室、通風科，聽從安排。
4、通風科每周作一次煤層自燃的分析和預測，報相關領導審閱。
5、通風調度每天對CO濃度和溫度數據進行分析，出現異常或明顯上升趨勢要及時上報公司領導和通風部門，服從領導安排。
6、每天對上隅角氣體進行束管采樣，束管進采空區為3芯，每周人工采樣，用色譜分析儀及時進行分析，判斷遺煤氧化程度，發現溫度上升明顯、有芳香族碳氫化合物、CO或增加較快時，要立即匯報調度室、通風科、通風副總經理、總工程師，通風科立即組織相關領導及各業務部門分析現場情況，采取針對有效的措施，將溫度及CO濃度降下來，確保工作面安全生產。
七、構筑防火門
在工作面風、運巷(防火門位置應距其關閉后的全風壓巷道小于6m)各設置一道防火門，墻體采用不燃性材料應全斷面構筑，墻體厚度不得小于600mm，四周與巷壁掏槽深度不得小于300mm，墻垛不漏風。運輸順槽防火門上風側、回風順槽防火門下風側均備有堵風沙袋，防火門平時敞開，一旦工作面著火，能及時關閉，同時用沙袋封堵下部漏風，隔斷風流。
八、采空區密閉
1、工作面回采結束后，要在45天內進行永久性密閉。
2、采空區密閉采用雙墻夾不燃性充填材料的形式。兩道密閉各厚至少1m，中間至少留有0.5—1m的空隙，填加不燃性充填材料(黃土)。密閉墻留設三根管孔，一個用于注漿、注氮；一個用于密閉墻內排水；另一個用做氣體觀察孔(束管孔)，便于觀測密閉墻內氣體涌出情況和密閉墻內外壓差，及時掌握密閉墻體漏風情況，一旦采空區內有巨大沖擊壓力時，及時進行泄壓。
3、工作面停采后在上下隅角分別建一道防火墻，減少向采空區漏風。
4、對停采線進行大量灌漿。
