自燃超厚煤层综放开采的煤自燃防治技术[1]

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1、自燃超厚煤层综放开采的煤自燃防治技术[1]自燃超厚煤层综放开采的煤自燃防治技术1戚绪尧，王德明，周福宝中国矿业大学能源与安全工程学院，炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州（221008）E-mail：qixuyao@163.com摘要：论文分析了易燃超厚煤层综放开采的自然发火特性，并介绍和总结了三相泡沫技术在大同塔山煤矿的成功应用。现场应用实践表明：三相泡沫流量大、易堆积、工艺简单，具备良好的防火性能，是防治自燃超厚煤层自燃灾害的有效手段。关键词：超厚煤层；自燃；防治；三相泡沫中图分类号：TD751.引用我国的煤自燃灾害十分严重，大约56%的煤矿存在煤自燃问题，因其引起的火灾占矿井火灾总数

2、的94%[1]。煤自燃已经成为制约高产高效矿井安全生产与发展的主要因素之一，实现其有效防治意义重大。在煤自然发火的防治工作中，易燃超厚煤层综采面采空区由于冒落空间大、遗留残煤多和漏风情况复杂的特点，防治工作面临的难度更大。同煤集团塔山矿目前开采煤层平均厚度17m，所采煤层为自燃煤层，防灭火任务艰巨。该矿通过向采空区灌注三相泡沫的方式，成功抑制了煤自燃的发展过程，保证了生产的正常进行，对类似矿井的煤自燃防治工作具有很好的借鉴意义。2.易燃超厚煤层的自燃特性分析煤的自燃过程实际上煤氧化产生的热量大于向环境散失的热量而导致煤体热量聚集，使煤温上升达到着火点的过程。这一过程必须在一定条件下才会发生[2

3、]：①煤具有自燃倾向性的煤呈破碎状态并集中堆积存在；②有连续的通风供氧条件；③热量易于蓄积；④维持氧化蓄热过程不断发展的时间。其中，第一个条件由煤的物理化学性质所决定，取决于成煤物质和成煤条件，表示煤与氧相互作用的能力；其他几条为外因，取决于矿井的地质条件和开采技术条件。近年来，综采放顶煤技术凭借其显著的技术和经济优势得到了迅速发展，已成为厚煤层开采的主要方法。在自燃厚煤层综放面煤自燃防治过程中，存在以下方面的隐患：（1）综采放顶煤采煤法采出率相对较低，一般比分层开采低10%左右[3]，因此遗留残煤较多，这些煤在采空区中堆积起来，为煤自燃灾害的发生发展提供了可燃物。（2）采用综采放顶煤技术，冒

4、落高度大，采空区风道情况复杂，漏风严重，极有可能为煤的氧化、蓄热提供合适的通风供氧条件。若由于生产或技术方面的原因，工作面推进速度减缓时，导致以上煤低温氧化蓄热过程持续进行下去，则会最终导致遗煤达到自热氧化温度而发生自燃。3.工作面概况及防灭火现状塔山矿是大同煤矿集团开发建设的新型现代化矿井，井田位于大同煤田东翼中东部边缘地带，东西走向长17.22～20.84km，南北倾斜宽9.36～12.56km，井田面积170.91km2。该矿设计生产能力为1500万t/a，2006年6月开始试生产，首采工作面为8102综放面。该工1本课题得到国家自然科学基金（项目编号：50674088）的资助。-1作面

5、位于一盘区，运输巷断面宽5.5m，高3.3m；回风巷宽5.2m，高3.5m；工作面长度230m，走向长度1450m，设计年产原煤600万t，设计通风量为2000m3/min。8102综放面所采煤层厚度13～22m，平均层厚17m，采放比达1:4，且煤自燃倾向性为自燃等级。塔山矿当时处于试采阶段，由于当前生产技术的限制加之煤层较厚，该工作面采空区遗煤厚度大且推进速度较慢，为采空区遗煤发生自燃提供了时间上的可能性。从工作面长度上看，8102综放面长达230m，采空区空间大，加之顶板不易冒落等原因，采空区充填效果较差，漏风情况严重；另外，瓦斯抽放也在一定程度上加剧了漏风现象，这些为采空区遗煤发生自燃

6、提供了供氧条件。煤氧化放热过程的持续进行，若同时符合适宜的蓄热条件，一旦蓄积足够多的热量，即有可能最终引发煤自燃灾害事故。另外，塔山矿的主要巷道均为煤巷，不沿顶板或底板，且服务年限长达140年，在工作面推进过程中受各种因素的影响也存在自然发火隐患。之前，8102工作面主要通过下隅角一路4寸预埋注氮管注氮气以防止采空区自燃灾害的发生。2006年7月15日，8102面上隅角开始出现大量CO且呈现急剧上升趋势，这意味着该面采空区已经存在自燃隐患点。针对安全生产和防火工作的需要，在综合分析各方面条件的基础上，决定采用预埋管注三相泡沫对采空区煤自燃进行防治。4.三相泡沫技术简介三相泡沫是由气相（氮气）、

7、固相（粉煤灰或黄泥等）、液相（水）以经发泡而形成的具有一定分散体系的混合体[4]，成功的集气相介质的窒息性、固相介质的隔绝氧气功能和液相介质的吸热降温功能等优点于一体，大大提高了防灭火的实际效果。粉煤灰或黄泥浆注入氮气发泡后形成三相泡沫，体积大幅度增大，加之其流动呈面流动状态，在采空区中可向高处堆积，对低、高处的浮煤均能有效地覆盖，避免了普通注水或注浆工艺中的拉沟现象，能够对采空区遗煤或着火煤体的