钻孔瓦斯燃烧防治技术

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1、钻孔瓦斯燃烧防治技术李桂云（.平顶山煤业（集团）有限责任公司河南平顶山467000）摘要:煤矿井下瓦斯火灾、爆炸事故一直是困扰着煤矿安全生产的顽疾，本文对煤矿钻孔瓦斯燃烧开展实验模拟研究，旨在分析引起钻孔瓦斯燃烧的主要影响因素，结合现场，自行设计了细水雾灭火喷头和灭火受限空间，开发了相应于煤矿井下打钻过程中岀现瓦斯燃烧现象的灭火技术。开展了针对不同水压下细水雾抑制扑灭瓦斯燃烧的实验研究，并确定了在不同水压条件下，喷头喷雾特性与水雾抑制瓦斯火焰传播及灭火的最佳工况。通过研究，有助于对煤矿井下瓦斯抑燃、抑爆防治技术的研

2、究与开发相应技术提供支持，提高煤矿防灾抗灾能力。关键词：细水雾，瓦斯燃烧，钻孔瓦斯，煤矿，层次分析一、总体技术路线煤矿井下瓦斯火灾、爆炸事故一直是困扰着煤矿安全生产的顽疾，瓦斯灾害防治一直是煤矿安全工作的重点，在我国煤矿的重大灾害事故中70%以上是瓦斯事故。2004年5月30日平煤集团十矿在戊9「（）20190工作面发生了一起瓦斯燃烧事故，造成1人死亡，15人受伤，产生损失巨大。在该矿区，所有煤层硕度较低，遇水即产生较严重的吸水现象。在打钻过程中，若用湿式打钻方式，则会造成严重的排渣不畅、“抱钻J阻力大等问题。因此

3、，在实际打钻过程中，一般采用干式打钻工艺。然而，干式打钻过程中，由于钻杆与煤层摩擦，钻孔内温度很高（一般超过瓦斯燃点），极易导致瓦斯燃烧问题。特别是退钻时，钻孔内瓦斯量大，此时若有空气（氧气）供给，发生瓦斯燃烧的可能性极大。总体技术路线如图1所示。防止瓦斯燃烧的技术工艺设计工作面防止瓦斯燃烧实验室试验确定最佳的防止工作面瓦斯燃烧综合措施图1总体技术路线首先对煤矿钻孔瓦斯燃烧开展实验模拟研究，旨在分析引起钻孔瓦斯燃烧的主要影响因素，结合现场，自行设计了细水雾灭火喷头和灭火受限空间，开发了相应于煤矿井下打钻过程中出现瓦

4、斯燃烧现象的灭火技术。开展了针对不同水压下细水雾抑制扑灭瓦斯燃烧的实验研究，并确定了在不同水压条件下，喷头喷雾特性与水雾抑制瓦斯火焰传播及灭火的最佳工况。通过研究，有助于对煤矿井下瓦斯抑燃、抑爆防治技术的研究与开发相应技术提供支持，提高煤矿防灾抗灾能力。二、实验研究为了开展实验研究工作，采集了平煤集团所属矿的丁、戊、己、庚组煤，进行煤粉最低点燃温度、瓦斯燃烧最低浓度测定，工业分析及自燃倾向性鉴定。从煤粉最低点燃温度测试结果可以看出，丁、戊、己、庚组煤的煤粉最低点燃温度分别为315、343、322、33丁C，总体差别

5、不大，但十矿丁组煤最低、八矿戊组煤最高。由此可见，在丁组煤打瓦斯抽放钻孔时，更应注意相应的安全防范措施。对浓度值分别为6.0%、5.3%、4.8%、4.3%、3.8%、3.3%、3.0%瓦斯混合气体进行燃烧实验，根据火焰传播速度、火焰外层稳定性、混合气内有无扩散燃烧现象等因素，确定瓦斯燃烧的最低浓度为3.3%o表1瓦斯最低燃烧浓度测试结果瓦斯浓度（%）火焰传播情况6.0点火后混合气体产生爆炸，火焰（以爆炸球的形式）传播极快。5.3点火后混合气体产生燃烧，但火焰传播较慢。4.8点火后混合气体产生燃烧，但仅在点火火焰外

6、层处有稳定的燃烧层，混合气体内无扩散燃烧现象。4.3点火后混合气体产生燃烧，但仅在点火火焰外层处有稳定的燃烧层，混合气体内无扩散燃烧现象。3.8点火后混合气体产生燃烧，但仅在点火火焰外层处有不稳定的燃烧层，混合气体内无扩散燃烧现象。3.3点火后混合气体产生燃烧，但仅在点火火焰外层处有极不稳定的燃烧层，混合气体内无扩散燃烧现象。3.0点火后混合气不产生燃烧。根据采集的4个煤样工业分析及自燃倾向性鉴定结果表明：可燃挥发分为20.630-29.13%,全水分1.005-2.880%>灰分19.045-30.085%>全硫

7、0.37・0.52%、吸氧量0.41-0.58cm3/g,从中可以看岀，4个煤样的化学构成对燃烧有一定的影响，特别是可燃挥发分、含硫量等因素。根据典型温度下，煤样中易燃成分的分解变化趋势（量）分析，当温度达到300°C时，煤样中会大量产生CO、CH4>C2H4,这些气体可燃性极强，对煤粉燃烧具有较强的促进作用。此外，4个煤样实骑的煤粉最低点燃温度为315-343°C,显然易燃成分的分解对煤粉燃烧具有“共振”作用。瓦斯燃烧的发生受多种因素的影响，而且这些因素往往是不明确的，具有一定的模糊性。在对钻孔瓦斯燃烧危险性因素

8、进行模糊综合评价时，需要考虑毎一个因素对钻孔瓦斯燃烧的影响程度。首先对防止钻孔瓦斯燃烧建立了一套评价指标体系，利用层次分析法对所建立的评价指标进行了系统的分析和计算，求解了各评价指标的具体权值。所建立的层次模型指标为：煤层地质、顶板周期来压规律、煤层厚度变化规律、工作面推进速度、煤的硕度、煤层瓦斯含量、采煤方法、合理的配风量、煤质、优化采区布置方式、机械冲击