付亞平(呼倫貝爾學(xué)院,內(nèi)蒙古呼倫貝爾021008)

摘　要:就扎賚諾爾煤業(yè)公司靈泉礦開采發(fā)火期較短褐煤煤層時(shí),探索了氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)在底分層綜放工作面的應(yīng)用,指出了推廣前景。

關(guān)鍵詞:氮?dú)夥罍缁?采空區(qū);“三帶”寬度;注氮

中圖分類號(hào):TD75+2.2　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　　　文章編號(hào):1003-496X(2006)03-0030-03

　　安全工作是煤礦生產(chǎn)永恒的主題。扎賚諾爾煤業(yè)公司開采褐煤煤層,由于其自然發(fā)火期較短,因此,防滅火工作更為主要。隨著企業(yè)的發(fā)展,礦井產(chǎn)量的提高,開采深度的增加,防滅火技術(shù)更應(yīng)逐步增強(qiáng),各項(xiàng)防滅火措施更應(yīng)具有先進(jìn)性和實(shí)效性,以確保開采的順利進(jìn)行。

靈泉礦自2000年投入綜放設(shè)備開采以來,時(shí)刻把綜采防滅火工作放在首位,積極采取各項(xiàng)防滅火措施,確定各項(xiàng)防滅火方案,確保了2個(gè)上層回采工作面的順利開采,提高了煤炭產(chǎn)量,提高了綜采工作面的單產(chǎn)水平和管理水平,為今后的生產(chǎn)管理摸索出一套寶貴的經(jīng)驗(yàn),在綜放上層防滅火工作及瓦斯管理的基礎(chǔ)上積累了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)入2003年10月,綜采工作面搬入十采一面底層開采,該公司在經(jīng)濟(jì)極為困難的情況下,為靈泉礦投入了新的綜采設(shè)備,確保安全生產(chǎn)成為重中之重。而綜放底分層工作面防滅火無成功經(jīng)驗(yàn)可尋,防滅火工作又面臨新的課題和挑戰(zhàn)。因此,靈泉礦采取了一系列防滅火措施,以確保工作面順利推進(jìn),特別是應(yīng)用了氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù),對預(yù)防開采可燃煤層的發(fā)火起到　了積極作用,效果良好。

1　工作面概況

綜采工作面在2003年10月18日搬入十采一面底層開采,工作面走向長度1 130 m,傾斜寬度162.5 m,采高3.0 m,放高3.0~3.5 m,可采儲(chǔ)量127萬t,煤層傾角5°~6°,賦存比較平穩(wěn),以副槽煤作為底板,工作面走向布置,后退式回采,頂板自然垮落。采用MG/700采煤機(jī)割煤,ZFS600/17/34支架支護(hù)頂板,工作面安裝2臺(tái)GZ764/500刮板輸送機(jī)運(yùn)輸,采用SZZ830/250轉(zhuǎn)載機(jī)與膠帶搭接,形成集中連續(xù)化生產(chǎn)系統(tǒng)。

此工作面在上分層開采時(shí),CO較高(從開初眼開始200 m范圍內(nèi)),最高達(dá)到550×10-6,瓦斯?jié)?o:p>

度為0.7%;采空區(qū)遺煤較多,并有氧化的可能,造成工作面上隅角CO出現(xiàn)間斷性超限的現(xiàn)象,給底層開采的防火工作帶來極為不利的因素。

2　工作面開采前的防火準(zhǔn)備工作

(1)工作面采取上行通風(fēng)方式,即工作面下巷為進(jìn)風(fēng)巷,上巷為回風(fēng)卷。工作面初期開采時(shí)的風(fēng)量確定為290 m3/min,并在運(yùn)輸巷設(shè)置均壓風(fēng)門,降低工作面的壓差,減小對采空區(qū)的負(fù)壓。

(2)開采前,在距開切眼75 m處的運(yùn)輸巷中,向上層巷道的底角打鉆,鉆孔打透后,測得氣體濃度

為:混合8%、CO為112×10-6,表明上層開采后,可能形成氧化,造成CO增高和瓦斯增大。為此,對此孔注粉煤灰5 m3,完全把上層巷道底角漏風(fēng)風(fēng)路切斷,防止了由于上層巷道底角冒落不嚴(yán)而導(dǎo)致上層采空區(qū)形成風(fēng)流回路,造成自然發(fā)火。

(3)在工作面安設(shè)阻化劑泵,待工作面開采后,向采空區(qū)注氮防火。

3　煤的自燃條件及“三帶”寬度的確定

3.1　煤的自燃條件通過大量的生產(chǎn)實(shí)踐證明,形成煤炭自燃發(fā)火必須具備以下4個(gè)基本條件:

(1)具有自燃傾向性的煤炭在開采破碎后,形成散狀堆積狀態(tài)。

(2)持續(xù)通風(fēng)供氧,使煤的氧化程度不斷發(fā)展。

(3)煤氧化時(shí)產(chǎn)生大量的熱量難以散發(fā)。

(4)煤炭的氧化時(shí)間超過了其自然發(fā)火期。

3.2　“三帶”寬度的確定

在后退式長壁工作面的采空區(qū)一般劃分為3個(gè)帶:

(1)低溫不自燃帶:此區(qū)內(nèi)有浮煤堆積,但由于風(fēng)速較快,氧化生成熱量被及時(shí)帶走,構(gòu)不成熱量蓄積。

(2)可能自燃帶:此區(qū)域內(nèi)漏風(fēng)量較大,漏風(fēng)風(fēng)速較小,不但使煤的氧化過程不斷發(fā)展,而且不能及時(shí)帶走氧化生成的熱量,形成熱量積蓄,使煤的溫度不斷上升,當(dāng)溫度超過煤的燃點(diǎn)時(shí),導(dǎo)致煤炭自燃。

(3)窒息帶:此區(qū)域內(nèi)漏風(fēng)量較少,堆積的浮煤供氧不足,不能維持煤的氧化,即使已經(jīng)發(fā)生煤炭自燃,也會(huì)因缺氧而窒息。

該礦開采褐煤煤層,多年來均為后退式開采,在采空區(qū)的“三帶”劃分上,還沒有完全得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),只是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐摸索分析其寬度。通過生產(chǎn)實(shí)踐分析,該礦認(rèn)為采空區(qū)低溫不自燃帶寬度5~6m,工作面供風(fēng)量的大小,對此寬度有影響(指綜放工作面而言);在開采底分層時(shí),從開切眼推進(jìn)32 m時(shí),地表開始下沉,按推算,距工作面25 m以外,采空區(qū)基本處于壓嚴(yán)狀態(tài),已構(gòu)不成微風(fēng)循環(huán),即25m以外的為窒息帶。

因此,工作面的防火工作,首要的條件是加快推進(jìn)度,使采空區(qū)的遺煤在還沒有達(dá)到發(fā)火期時(shí)就進(jìn)人窒息帶,或者對采空區(qū)自燃帶注入氮?dú)?降低自燃帶內(nèi)氧氣的濃度,使采空區(qū)的遺煤達(dá)不到氧化發(fā)火的條件。

4　注氮過程和方法

4.1　制氮原理

即空纖維膜分離制氮原理,其總過程是由溶解和擴(kuò)散兩步組成的。

(1)混合氣體在膜的高壓表面,以不同的溶解度向膜的低壓側(cè)擴(kuò)散,然后,在膜兩側(cè)壓力的推動(dòng)下,混合氣體的分子以不同的速度,向膜的低壓側(cè)擴(kuò)散,滲透速率較快的氣體(如水、氧等),透過膜后,在膜透側(cè)被富集。

(2)而滲透速率相對較慢的氣體(如氮?dú)?、氦氣?,則在滯留側(cè)被富集,從而達(dá)到混合氣體分離的目的。

4.2　氮制設(shè)備

(1)CAM400型井下移動(dòng)式膜分離制氮機(jī)。

(2)JF系列壓縮空氣精密過濾器。

(3)空氣壓縮機(jī)。

4.3　氮?dú)獾闹笜?biāo)

用制氮機(jī)分離出的氮?dú)饧兌葹?7%(O2濃度≤3%)。正常向工作面采空區(qū)輸送氮?dú)鈺r(shí)的壓力>0.8MPa,每小時(shí)輸送氮?dú)饬?st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="True" SourceValue="400" UnitName="m3">400 m3。

4.4　制氮過程

空氣壓縮機(jī)把空氣以1.2 MPa的壓力,輸送到JF系列壓縮空氣精密過濾器中,再進(jìn)入CAM400型井下移動(dòng)式膜分離制氮機(jī),經(jīng)過膜對空氣的分離,制出純度較高的氮?dú)狻?o:p>

在注氮的同時(shí),在工作面回風(fēng)巷的上隅角等地點(diǎn)對O2的濃度進(jìn)行測定,確保O2的濃度不低于19%,同時(shí),也對CO、CO2及瓦斯的濃度進(jìn)行檢測。

4.5　氮?dú)獾妮斔?o:p>

從制氮設(shè)備中接出Φ54 mm鐵管,長度為30~40 m,鋪設(shè)在270大后巷和十采下山中,然后與十采一面底層風(fēng)道中的Φ108 mm玻璃鋼管相對接將氮?dú)廨斔偷焦ぷ髅妗?o:p>

4.6　采空區(qū)預(yù)埋管

材料采用Φ54 mm鐵管,長度為30~40 m,采取管口對焊的焊接方式,管外側(cè)加焊Ф16 mm的鋼筋,以加強(qiáng)管子的強(qiáng)度,防止被拉斷,預(yù)埋管最里端的2 m打花眼,以利于氮?dú)獾囊绯黾皵U(kuò)散。

預(yù)埋管埋在工作面的進(jìn)風(fēng)巷側(cè),氮?dú)獾臄U(kuò)散方向與工作面的進(jìn)風(fēng)風(fēng)流方向一致,使氮?dú)饽軌蝽槙车剡M(jìn)入采空區(qū),并隨著擴(kuò)散風(fēng)流的方向一同流向采空區(qū)深部,逐漸排出采空區(qū)內(nèi)的空氣,占據(jù)采空區(qū)的空間。

4.7　注氮過程和方法

注氮?dú)獾姆椒筛F(xiàn)場實(shí)際情況和條件,采取連續(xù)注氮和相隔注氮。連續(xù)注氮可使采空區(qū)始終充滿著氮?dú)?在工作面推進(jìn)速度快、CO及有害氣體不高的情況下,也可以采取間隔注氮方法,即在其氧化帶的區(qū)間內(nèi),逐段間隔時(shí)間注氮,使采空區(qū)氮?dú)鉂舛容^高,煤不能形成氧化過程。該礦采取間隔注氮方法,即在工作面開采前,切眼下端埋設(shè)花管(Φ54 mm鐵管),長度為40 m,外側(cè)加焊3根Ф16 mm的加強(qiáng)鋼筋。當(dāng)工作面推進(jìn)20 m后,開始開機(jī)注氮?dú)?連續(xù)開機(jī)72 h,采空區(qū)的空間基本注滿,然后,用絞車向外拽預(yù)埋管,由于頂板冒落快、采空區(qū)較嚴(yán),鋼絲繩拉斷,未能拽出預(yù)埋管。隨即預(yù)埋了第2根管,長度30 m,當(dāng)埋進(jìn)12 m時(shí)開始注氮,連續(xù)注氮48 h,采空區(qū)已注滿;然后,再次預(yù)埋管注氮,以此循環(huán)往復(fù)注氮。

5　注氮的效果

通過對工作面的2次間隔注氮,有害氣體的濃度明顯降低。注氮前,有害氣體較高,其原因主要是上分層開采后,煤進(jìn)行了氧化,使有害氣體留存在上分層頂板,當(dāng)?shù)追謱娱_采時(shí),有害氣體涌進(jìn)工作面。經(jīng)過2次注氮后,有效地抑制了采空區(qū)的自燃,降低了有害氣體的濃度,保證了工作面的順利開采。

6　結(jié)　論

靈泉礦綜采工作面搬入十采一面底分層以后,及時(shí)安裝使用了氮?dú)夥罍缁鹪O(shè)備,使用效果良好,取得了明顯的效果,對預(yù)防工作面自燃發(fā)火起到了積極的作用,確保了工作面開采的順利進(jìn)行,其優(yōu)點(diǎn)是十分顯著的。

(1)設(shè)備性能良好,操作簡單,易于管理和使用。

(2)雖然購買設(shè)備費(fèi)用較高,但采用空氣為原料來制取氮?dú)?后期使用不需原材料的消耗。

(3)雖然靈泉礦應(yīng)用的時(shí)間還較短,但對預(yù)防工作面自然發(fā)火及降低有害氣體的濃度等方面,起到了積極的作用。

(4)氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù),是較為先進(jìn)的防滅火方法,特別是該礦開采發(fā)火期較短的褐煤煤種,更是一種有力的防滅火手段。

(5)氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)在扎賚諾爾煤業(yè)公司還是首次使用,現(xiàn)在只應(yīng)用于工作面,今后還可以應(yīng)用到火區(qū)啟封、局部有害氣體超限的處理,特別火災(zāi)的處理等方面,其應(yīng)用前景是十分廣泛的。

(6)隨著礦井向深部的延深、向大型集中化生產(chǎn)的發(fā)展,在開采技術(shù)和工藝上,推廣使用綜采放頂煤技術(shù)是勢在必行的,而防滅火工作就顯得更為重要。因此,為確?！耙煌ㄈ馈惫ぷ鞣€(wěn)定,礦井生產(chǎn)更加安全穩(wěn)步發(fā)展,廣泛深入地推廣使用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)也是勢在必行的。

　　作者簡介:付亞平,1983年畢業(yè)于黑龍江礦業(yè)學(xué)院,高級(jí)講師、高級(jí)經(jīng)濟(jì)師,現(xiàn)任呼倫貝爾學(xué)院工程分院院長。(收稿日期:2005-10-11;責(zé)任編輯:郭瑞年)