旁路式与埋管式联合注氮在综采放顶煤工作面防治采空区火灾的应用

２０１　３年第３５期　（总第２７８期）　南季　搏夸　（ＣＮＯ．３５．２０１　３　ｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．２７８）　旁路式与埋管式联合注氮在综采放顶煤工作面　防治采空区火灾的应用　石启杭刘刚　（徐矿集团新疆库车县夏阔坦矿业有限责任公司，新疆库车８４２０００）　摘要：夏阔坦矿１　０　０　７工作面在回采期间，顶板垮落断裂摩擦产生火花，引燃上隅角局部积聚瓦斯，为治理　１　００７Ｚ－作面瓦斯、火灾采取了一系列综合治理措施，其中改进工作面采空区注氮方式起到了关键性作用。文　章详细介绍了旁路式与埋管式注氮在“偏Ｙ”型通风系统中的应用。　关键词：旁路式注氮；埋管式注氮；采空区防火；　“偏Ｙ”型通风；均压通风　中图分类号：ＴＤ７５　３　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９—２　３７４（２　Ｏ１　３）３５－００５　７一Ｏ２　１工作面概况　２注氮防灭火技术　新疆库车县夏阔坦煤矿１００７Ｉ作面，采用走向长壁综　氮气防火的实质是利用氮气的惰性，将其注入采空区　采放顶煤工艺，工作面走向长８６２ｍ，系统改造前倾向长　或破碎煤体，在自身的扩散、弥散和外加能量场的共同作　１５０ｍ，煤层平均厚度５．５ｍ，平均倾角１３。。沿倾斜方向上　用下，冲滞于碎煤体周围而形成气一固相混合体，减少碎煤　部为１００５采空区（间隔１０ｍ煤柱），下部为１００９掘进工作面　体周围的０，含量，阻止或延长煤的氧化性能。　（间隔１２ｍ煤柱）。工作面顶板除局部含有２００￣４００ｍｍ炭质　注氮量是重要的注氮参数，夏阔坦煤矿１００７Ｉ作面采　泥岩伪顶外，无直接顶，基本顶为细砾砂岩、砂质泥岩，　空区火灾发生后，在地面工业广场建立了新的注氮机房，　单层厚度超过６．５ｍ，最厚１２ｍ，总厚度达４０ｍ，属坚硬难冒　安装配备制氮能力为１６００Ｎｍ　／ｈ的ＴＬＮ１６００—９９型注氮机，　落项板，煤层普氏硬度ｆ＝３．５。２０１３年４月８日，工作面共推　ＴＬＮ１６００－９９型制氮装置采用氮分子筛作为吸附剂，运用变　进５５ｍ时，采空区存在大面积悬顶，造成瓦斯积聚，工作面　压吸附原理，在常温条件下从空气中制取氮气，氮气的纯　顶板大面积冒落时，顶板冒落断裂产生火花，点燃采空区　度随流量可适当进行调节，无环境污染，是一种高效的井　局部积聚瓦斯。为此，公司聘请专家组共同探讨针对１００７　上固定式注氮装置。　工作面提出了多项综合治理措施。其中原有的“ｕ”型通风　矿井注氮主管路沿主井、运煤平巷、运输下山至１００７　工作面更改为了两进一回的“偏Ｙ”型均压通风系统，同时　降低材料道及１００９材料道，注氮管路主管、支管分别采　经过不断摸索和改进，使矿井注氮量和注氮防火效果得到　用直径３１５ｍｍ、２５０ｍｍ聚乙烯管进行铺设，管路光滑，直径　了较大的提高，简化了原有的复杂操作程序（１００７Ｉ作面　大，减少了氮气在管路中的流体摩擦，增强了注氮效果和　系统改造后如图ｌ所示）。　注氮量，分管采用直径１０８ｍｍ钢管分别向１００７－１－作面降低材　料道、ｉ００９１作面材料道进行铺设（如图１所示）。　３旁路式和埋管式联合注氮在采空区防火应用　操作　１００７综放回采工作面下侧邻近１００９掘进工作面，由于　夏阔坦矿煤所采下１Ｏ煤顶板坚硬，１００７工作面下隅角冒　落不严实，煤质较硬钻孔成型好，所以在这种情况下利用　邻近工作面，通过打钻孔铺设注氮管路来代替１００７运输巷　图１　铺设预埋注氮管路或运输巷托管注氮管路减少了管路的浪　５７　费，避开了繁琐的托管操作和花管加工，更好地控制了注　氮位置。　矿井所采下１Ｏ煤顶板坚硬，通过超前欲裂爆破顶板技　术后，经过束管监测分析摸索，采空区“三带”（散热　带、氧化带、窒息带）基本划分情况为：切项线向采空区　方向２０ｍ左右范围为散热带，３０￣８０ｍ左右范围为氧化带，　８０ｍ向后范围为窒息带。散热带范围内漏风量较大，氧化所　产生的热量绝大部分被风流带走，因此无法积聚，从而不　能发生自然发火；而氧化带内漏风量较小，同时又带有足　够的氧气供给浮煤，使氧化产生热量聚集，氧化反应不但　加速，最终可能出现明火燃烧现象；氧化带再往里延伸为　窒息带，冒落基本压实，漏风基本消失，供氧不足而处于　窒息状态（如图２所示）。　图２　在１００９掘进工作面向１００７运输道方向，每隔３０ｍ位置施　工一个注氮钻孔（如图１所示），钻机选用矿内ＭＫＤ一５Ｓ型　钻机，钻头选用直径为１１３ｍｍ的钻头进行开孔，套管为４寸　钢管，封孔长度为６ｍ，封孔材料选用聚安脂封孔。套管每　根长度１．５ｍ，车内外丝进行连接，最后一节套管带有法兰　盘，便于与注氮管路连接，未注氮前注氮孔用法兰闷盘事　先进行封堵，防止风流从注氮口内流动，钻孔打好之后对　钻孔两头进行标号（即１００９材料道及１００７运输道进行钻孔　标号），便于今后改孔注氮的操作。在１００９材料道内铺设　直径１０８ｍｍ注氮钢管，每个钻附近留有三通管，便于连接注　氮孔。在１００７Ｉ作面后３０ｍ及６０ｍ位置对应的注氮孔进行管　路连接，使氮气注入采空区氧化带。　由于１００７Ｉ作面采用均压“偏Ｙ”型通风，还有一条进　风巷位于工作面上部即１００７降低材料道。在邻近巷道采用　旁路式注氮的同时，在１００７将低材料道内铺设一趟４寸注　氮管路进行埋管注氮。埋管距离控制在３０￣６０ｍ之间，埋管　５８　方法采用迈步式，在降低材料道内上隅角切顶线向外预先　铺好６０ｍ直径１０８ｍｍｄ的管路，切顶线向外３０ｍ处再铺设一趟　６０ｍ直径１０８ｍｍ的管路。在工作面向外推进３０ｍ时，第一趟预　先铺设的直径１０８ｍｍ的管路已经进入采空区３０ｍ，将这趟直　径１０８ｍｍ的管路与注氮管路连接，向采空区内进行注氮，然　后再在切顶线向外３Ｏｍ处铺设直径１０８ｍｍ的管路６０ｍ，工作面　再次推进３０ｍ时，注氮管路与第一趟铺设的直径１０８ｍｍ的管　路连接处断开，将注氮管路与第二次铺设的６０ｍ管路进行连　接注氮，依此顺序进行施工，始终保持上隅角切顶线向后　３０￣６０ｍ之间的氧化带进行注氮。　４注氮防火措施　（１）地面制氮设备三班专人负责检查、维护、检修、　操作等。　（２）组织人员每天对井下注氮管路总管、支管、分管　巡查、维护，发现漏气等问题立即汇报并进行处理。　（３）测量组将每天工作面推进进度通知通风工区和综　采工区，保证两道注氮管路的注氮地点及时变更，使氮气　注在采空区氧化带。　（４）１００７工作面上隅角注氮及１００９掘进巷道内进行施　工改变管路，需要停止注氮机时，施工人员要立即给调度　室汇报，经调度室同意后方可进行施工。　（５）总管和分管安装注氮流量表，通风工区每天组织　人员对总管注氮流量、分管注氮流量注氮纯度进行记录，　并将每天回报调度室，保证每天注氮总量不低于ＢＯＯＯＯｍ，　注氮纯度不低于９７％。　５经验效果　１００７Ｉ作面采用旁路式和埋管式联合对采空区注氮，　避开了托管注氮的繁琐步骤，精确地控制了注氮深度，使　工人操作起来简便，节省了大量的人力、物力，优化了注　氮效果，通过此次注氮及结合其他防火措施使得１００７Ｉ作　面得以顺利回采，避免了煤炭自燃和瓦斯燃烧的灾害，保　证了矿井的安全生产，创造了上千万的可观利润。整个注　氮施工方案正确，措施得力，为夏阔坦矿回采工作面注氮　防灭火积累了宝贵经验。０　作者简介：石启杭（１９５８一），男，徐矿集团新疆库　车县夏阔坦矿业有限责任公司副总工程师。