防止综采工作面采空区自燃发火专项管控措施
防止综采工作面采空区自燃发火专项管控措施
采空区中只有自燃氧化带范围内的浮煤才有可能发生自燃，然而也并非进入采空区自燃氧化带的浮煤都一定会自燃，因为，煤自燃在低温阶段是一个煤蓄热升温的缓慢氧化放热过程，采空区浮煤自燃还需要有充足的时间，而且由于工作面不断推进，采空区漏风状态、氧浓度分布状态和煤体温度变化、自燃条件均发生变化，使得采空区自燃“三带”范围动态移动。因此采空区浮煤要自燃，还需要具备足够的时间维持该区域的条件不变，即维持时间必须达到：
式中：为浮煤的最短发火期，d。根据矿井的统计资料，2#煤：=83d；5#煤：=78d。
也就是说工作面的推进速度小于工作面散热带到采空区窒熄带的最大距离和浮煤最短自然发火期之商时，就有可能发生自燃，即
式中：
为工作面最低安全推进速度()；
为工作面自燃氧化带最大宽度()，取工作面进风顺槽侧，为65m。
根据以上公式计算：
2#煤：=65/83≈0.783m/d
5#煤：=65/78≈0.833m/d
即当2#煤采煤工作面推进速度大于0.783m/d时，5#煤采煤工作面推进速度大于0.833m/d时，工作面无自然发火危险。
在正常回采过程中，由生产科合理组织安排工作面的推进度，确保工作面回采的最低安全推进速度；如果工作面遇地质构造、设备异常等特殊情况无法保证最低安全推进速度时，加强阻化剂的喷洒措施，视情况启动注浆注氮措施。
二、喷洒阻化剂措施
考虑工作面回采时间及煤层自燃发火周期，阻化剂采用氯化钙。
1、设备及工艺参数
(1)采用WJ-24防灭火阻化多用泵，两泵一箱，一用一备
配套电机3KW双电压(380∕660V)防爆电机
最大流量24 m3/h
最大压力3.0Mpa
最高工作压力<2.5mpa
(2)1.2m3阻化剂溶液箱；
(3)曲轴连杆机构；
(4)过滤器；
(5)电器开关；
(6)ф13高压胶管阀门；
(7)气雾发生器；
(8)KJφ13mm×25m的高压胶管4根
2、工作面底板浮煤喷洒量，Kg
G=K1·K2·h1·B·L·A
式中G---按重量计算浮煤一次喷洒量，kg
K1---一次喷洒加量系数，取1.2；
K2---松散(浮煤)密度，1.0 t/m3
L---工作面长度，取174m
B---一次喷洒宽度，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
经计算，2#煤工作面底板浮煤一次喷洒量为2385kg；按20%浓度配比，所需阻化剂用量为450Kg；5#煤工作面底板浮煤一次喷洒量为3975kg，按20%浓度配比，所需阻化剂用量为795Kg。
回风顺槽在超前支护外50m布置一台阻化泵，一用一备，负责采空区的喷洒工作，大溜电缆槽下方布置一趟管路,每20m安一三通接一截止阀,阻化泵配一支喷枪，由专人手持喷枪，从支架间隙向采空区喷洒，每间隔5组支架喷一次，每次喷洒至少6min，流量不小于35L/min。初采前整个工作面喷洒一次，如遇停产、过断层等情况时，必须对采空区加大喷洒频率，正常回采期间每日喷洒一次，工作面收尾期间应加大喷洒频率，班班进行喷洒。
3、安全技术措施：
①阻化管路出口处安截止阀，便于开关液枪。不准把阻化液枪(喷头)对人或支架等设备喷射，防止液体腐蚀、损坏设备或伤人。
②喷洒时应注意支架完好情况，防止顶部活煤活矸落伤人。在端头、端尾喷洒时应注意顶板支护情况，不准越过隔离栅栏。
③在拖拉液管时应注意防止胶管被支架或其它物体挂坏。
④设专职电工班班对电气设备进行检查维护，保证完好，不得出现失爆现象，非专职人员不能对设备进行检修和维护。严禁带电移动和搬迁电器设备。
⑤润滑油要按要求更换，并保持与油位线一致。工作结束时，必须将调压手柄调至降压位置，待压力降低后再停机。换活塞碗时要注意活塞碗和活塞托的方向，并把进水阀片拧紧，装上弹簧垫圈后再拧紧螺母。
⑥配液工要随时注意观察液箱内阻化剂溶液的剩余量，液泵不可无液空转。配液时要保证水质清洁，不能含有任何杂物。
⑦阻化剂要规范管理，不得乱放，液箱中的阻化剂每次必须喷洒完并用清水冲洗液箱，液箱中不得残留阻化剂。剩余的未用阻化剂要交到工具房，妥善保管。
⑧设专用记录台帐，每次喷洒完，必须将喷洒时间、喷洒量、喷洒人员、工作面推进情况等记录清楚。
⑨综采队要设专职泵站司机、喷洒工和配液工，每日进行一次喷洒工作。
⑩禁止往支架明柱或立柱上喷洒阻化剂，如果不小心把阻化剂喷洒到支架明柱或立柱上时，要及时用清水冲洗。
三、预防性防灭火注浆措施
1、启动注浆条件：
(1)根据《潞宁孟家窑煤业有限公司矿井防灭火设计》当2#煤温度超过120℃即指标性气体分析有C2H4出现时，当5#煤温度超过110℃即指标性气体分析有C2H4出现时，说明煤已经进入了加速氧化阶段，此时应开启灌浆防灭火系统。
(2)参照潞安集团《“一通三防”管理制度》，自然发火工作面推进不正常，且监测到发火标志气体时，可参照以下规定进行处理：
①采空区氧化带束管监测CO浓度超过12ppm或上隅角、架间CO气体浓度超过8ppm，且呈上升趋势时，必须加快推进速度，同时根据工作面实际情况向采空区注浆或封堵工作面上下隅角连续注氮，并在满足安全要求的前提下，调低工作面风量。
②采空区CO气体浓度超过24ppm，或上隅角、架间CO气体浓度超过15ppm，且呈上升趋势时，应在初期措施的基础上，根据工作面初期措施实施效果判定火源方位，适于采空区注浆时要采取措施连续注浆，不适于注浆时要连续注氮气或二氧化碳。
③工作面任一测点出现下列现象之一时,必须临时封闭工作面，采取连续注惰性气体或其它可行性防灭火措施，且进行封闭施工作业时，其他区域所有人员必须全部撤出：
a、工作面出现烟雾、煤油味等现象；
b、监测到烯烃、炔烃类气体，或CO以外的矿井《防灭火专项设计》中确定的自然发火标志性气体；
c、监测到CO浓度升幅≥10ppm/d,且呈上升趋势。
d、在一个最短发火周期内工作面未推过氧化带时。
2、灌浆工艺
在风井工业场地附近建设黄泥灌浆系统，负责向井下灌浆，大巷内敷设D133×6mm灰色注浆无缝钢管，回采工作面回风顺槽敷设D108×5mm灰色注浆无缝钢管，均为专用管路。采用埋管灌浆法，即在放顶前沿回风顺槽在回采工作面采空区预先铺好预埋灌浆管(10～20m的钢丝缠绕管)，预埋管一端通采空区，一端接高压胶管(长20～30m)，胶管与灌浆主管路、注浆泵站相连，每天按放顶步距逐渐收缩灌浆管，从而使预埋管始终保持在采空区15m左右。
3、灌浆材料的选择
灌浆材料必须满足以下要求：
(1)不含可燃物或助燃物；
(2)粒径直径小于2mm，细小粒子(粒径直径小于1.5mm)占75%；
(3)主要物理性能指标：比重2.4～2.8，塑性指数9～14，胶体混合物25～30%，含砂量25～30%；
(4)易脱水，又具有一定的稳定性；
(5)具有能与较少的水混合成浆液的能力，运输时不堵塞管路或泥浆池；
(6)便于开采、运输和制备，来源广，成本低。
黄土浆液满足注浆材料成浆性能指标，所以灌浆材料选择黄土。
4、灌浆管路布置
2#煤层管路布置为：
地面集中灌浆站→11采区回风平硐→11采区2#煤回风上山→各工作面回风顺槽→工作面采空区。
5#煤层管路布置为：
地面集中灌浆站→11采区回风平硐→11采区2#煤回风上山→1#石门→5#煤回风上山→各工作面回风顺槽→工作面采空区。
5、灌浆安全技术措施
(1)灌浆前的准备工作
①制浆前所用各种设备应完好；
②供水系统应畅通，照明设备应齐全；
③注浆所需材料到位(黄土、水)；
④井下注浆区与注浆站通讯是否畅通；
⑤各阀门应处在正确的开关位置；
⑥各岗位人员应到齐上岗。
(2)清水运行
①制浆前，首先将浆池底清理干净，将遗存的脏杂物清扫出；
②制浆前应准备取土设备，并连接好供水管路。
③打开供水管总阀门，启动清水泵，打开阀门；
④清水注入搅拌池10～15min，启动搅拌器，清水运行；
⑤接到井下管路流水畅通通知时，方可开始灌浆。
(3)制浆
①搅拌池要提前设置好篦子，灌浆过程中要随时清理草根、树皮、石子及其他脏物；
②按比例加水后由铲车上土至预定水位；
③用密度计检查泥浆浓度，给土的同时要加适量的水，搅拌8～10min，并调整到要求的水土比；
④搅拌池分三个泥浆池，浸泡和搅拌交替进行，泥浆搅拌均匀后，通过泥浆泵送到井下灌浆地点。
(4)故障处理
①制浆时各岗位工作人员必须配合好，各环节之间有联系信号；
②机器开动后，各岗位工作人员必须密切观察机器运转情况。发现异常情况应立即发出停机信号，其他岗位工作人员接到停机信号后应立即停机；待故障排除发出开机信号后，再开机；
③灌浆期间，应密切注意管路及各处阀门的情况，发现堵孔或管路漏浆时，应首先通知井上停止下浆，同时派人关闭上一道阀门，然后进行处理。正在灌浆的钻孔，如发现进浆不正常，应暂停灌浆进行给水。
(5)停止注浆
①接到井下停浆通知后，关闭水枪阀门，并打开搅拌池注水阀门，然后清水运行，冲洗管路(冲洗时间一般不少于20分钟)，清理、冲刷灌浆池。冬季要把水枪和管路中的水放净；
②工作结束后，要核实本班灌入的实土量，并将本班工作情况详细记入“灌浆日志”，及时交给班长或送交指定地点；
③下班前应做好场地整理工作，并按规定要求管理好设备，保持贮水池有足够的水量。
(6)注意事项
①灌浆时，不要在高压胶管附近停留，以防止管子崩坏伤人；
②灌浆过程中要做好下列检查:
a、检查泄水处出水的大小、水温的高低，有害气体等，并做好记录；
b、检查泄水闸门完好情况、水沟的畅通情况等；
③每个工作班在下班前，必须先通知地面制浆站停止下浆，然后将管内存浆全部灌入钻孔内。钻孔停止灌浆时应用水冲孔，冲孔时间一般不少于20分钟(先小水后大水)，冲孔后将各处管路、阀门等处理好；
④采煤工作面放顶后，灌浆人员用电话通知制浆站开始送浆；运输巷有水流出时，即认为采空区已灌好浆，这时方可停止灌浆。
四、预防性防灭火注氮措施
1、启动注氮条件：
(1)根据《潞宁孟家窑煤业有限公司矿井防灭火设计》当2#煤温度传感器的温度超过80℃，CO浓度超过51ppm，当5#煤温度传感器的温度超过70℃，CO浓度超过34ppm，此时应开启注氮防灭火系统。
(2)参照潞安集团《“一通三防”管理制度》，自然发火工作面推进不正常，且监测到发火标志气体时，可参照以下规定进行处理：
①采空区氧化带束管监测CO浓度超过12ppm或上隅角、架间CO气体浓度超过8ppm，且呈上升趋势时，必须加快推进速度，同时根据工作面实际情况向采空区注浆或封堵工作面上下隅角连续注氮，并在满足安全要求的前提下，调低工作面风量。
②采空区CO气体浓度超过24ppm，或上隅角、架间CO气体浓度超过15ppm，且呈上升趋势时，应在初期措施的基础上，根据工作面初期措施实施效果判定火源方位，适于采空区注浆时要采取措施连续注浆，不适于注浆时要连续注氮气或二氧化碳。
③工作面任一测点出现下列现象之一时,必须临时封闭工作面，采取连续注惰性气体或其它可行性防灭火措施，且进行封闭施工作业时，其他区域所有人员必须全部撤出：
a、工作面出现烟雾、煤油味等现象；
b、监测到烯烃、炔烃类气体，或CO以外的矿井《防灭火专项设计》中确定的自然发火标志性气体；
c、监测到CO浓度升幅≥10ppm/d,且呈上升趋势。
d、在一个最短发火周期内工作面未推过氧化带时。
2、注氮工艺
在风井工业场地附近建设注氮系统，采用GT-700地面固定式制氮机，一用一备，负责向井下注氮，大巷内敷设D168×8mm黄色注氮无缝钢管，回采工作面运输顺槽敷设D108×5mm黄色注氮无缝钢管埋入采空区，前端连接0.5米堵头花管，花管斜向上指向采空区。每个注氮释放口均与注氮支管连接，支管的长度取决于采空区自燃带与窒息带分界线距工作面的距离(初步为50米)，当氮气释放口进入采空区窒息带不需要注氮时，在工作面运输顺槽内关闭切断与其注氮主管路联系。每个注氮支管与主管路之间安设三通、流量计。
3、注氮管路布置
2#煤层管路布置为：
地面集中注氮站→11采区回风平硐→11采区2#煤回风上山→各工作面运输顺槽→工作面采空区。
5#煤层管路布置为：
地面集中注氮站→11采区回风平硐→11采区2#煤回风上山→1#石门→5#煤回风上山→各工作面运输顺槽→工作面采空区。
4、注氮安全技术措施
1)对采空区进行注氮防灭火前，要制定相应的安全技术措施，注氮量以专项措施为主。
2)向井下送氮气前，经过地面的氮气传感器检查氮气浓度，氮气浓度不得低于97%，低于97%时，严禁向井下送氮气。
3)注氮时要加强工作面及回风顺槽氧气浓度监测，发现氧气浓度低于18%时立即停止工作，撤出人员，减少注氮量，待风流中氧气浓度大于18%时，方可恢复工作。
4)注意检查工作面及回风流中瓦斯涌出情况，若发现采空区大量涌出瓦斯，风流中瓦斯超限时，可适当降低注氮强度。
5)注氮管第一次向采空区注氮，或者停止注氮后再次注氮时，应利用工作面附件的三通阀门，先排出管内空气，避免将空气注入采空区去。
6)采空区受通风负压影响，需采取一定的封堵措施，减少漏风量，才能达到较好的惰化效果。
7)操作过程中要每小时检查制氮机运行状态并记录参数，同时检查制氮机各部位接头、管路的密封情况，加强维护。发现异常及时处理，当发生故障又无法处理时应先停机。
五、束管监测系统
1、矿井采用JSG-7型煤矿自燃火灾监测系统，实现在线监测。
2、回采工作面沿回风顺槽布置三趟束管，分别吊挂于上隅角、老塘及自燃带，根据回采速度不断移动。
3、地面设置气体化验室，采用双回路供电，保证系统正常运行。
4、每周对上隅角、老塘、井下密闭等地点进行人工采样化验，根据化验数据，判断煤氧化程度，出现异常及时采取措施。
5、束管化验室操作人员每天对井下进行抽气化验，发现异常，迅速向通风科及分管领导汇报，及时处理。
6、有CO出现说明煤已发生低温氧化反应，此时应加强监测，如果CO 浓度呈持续稳定上升趋势，表面煤的氧化进入迅速氧化阶段，应发出预警，采区有效措施加以治理；如果在有CO 存在的前提下，检测出C2H4，即可作出煤已自燃发火预报，此时煤已进入加速氧化阶段，必须采区切实有效的防灭火措施；如果检测出C2H2，应视为煤已产生较高温度，进入激烈氧化阶段，并可能出现明火，报告总经理及时采取措施进行处理。
六、自燃发火预测预报
1、建立自燃发火观测站：根据矿井防灭火的需要，对回采工作面上下隅角、进回风顺槽、支架间，密闭观测孔、密闭墙四周、带式输送机滚筒下风侧10-15m处等地点。
2、在上隅角安设CO、温度传感器。O2传感器，在距工作面10—15m的回风流中、距回风巷回风口10—15m范围内及带式输送机下风侧10—15m处各安设一台CO传感器，CO传感器报警浓度为≥24ppm、温度传感器报警点为≥26°，监测数据适时上传。对传感器要按规定标校调试，确保仪器灵敏可靠。每5组支架为一个观测点，每班由瓦斯员进行检测。每班至少检查一次。
3、瓦斯员随身携带CO检查仪，每班对工作面回风隅角气体情况检查不少于3次，检查内容：CO、CO2、CH4 气体浓度、温度等。一旦发现异常，及时用CO检查仪与CO传感器对照，并汇报调度室、通风科，听从安排。
4、通风科每周作一次煤层自燃的分析和预测，报相关领导审阅。
5、通风调度每天对CO浓度和温度数据进行分析，出现异常或明显上升趋势要及时上报公司领导和通风部门，服从领导安排。
6、每天对上隅角气体进行束管采样，束管进采空区为3芯，每周人工采样，用色谱分析仪及时进行分析，判断遗煤氧化程度，发现温度上升明显、有芳香族碳氢化合物、CO或增加较快时，要立即汇报调度室、通风科、通风副总经理、总工程师，通风科立即组织相关领导及各业务部门分析现场情况，采取针对有效的措施，将温度及CO浓度降下来，确保工作面安全生产。
七、构筑防火门
在工作面风、运巷(防火门位置应距其关闭后的全风压巷道小于6m)各设置一道防火门，墙体采用不燃性材料应全断面构筑，墙体厚度不得小于600mm，四周与巷壁掏槽深度不得小于300mm，墙垛不漏风。运输顺槽防火门上风侧、回风顺槽防火门下风侧均备有堵风沙袋，防火门平时敞开，一旦工作面着火，能及时关闭，同时用沙袋封堵下部漏风，隔断风流。
八、采空区密闭
1、工作面回采结束后，要在45天内进行永久性密闭。
2、采空区密闭采用双墙夹不燃性充填材料的形式。两道密闭各厚至少1m，中间至少留有0.5—1m的空隙，填加不燃性充填材料(黄土)。密闭墙留设三根管孔，一个用于注浆、注氮；一个用于密闭墙内排水；另一个用做气体观察孔(束管孔)，便于观测密闭墙内气体涌出情况和密闭墙内外压差，及时掌握密闭墙体漏风情况，一旦采空区内有巨大冲击压力时，及时进行泄压。
3、工作面停采后在上下隅角分别建一道防火墙，减少向采空区漏风。
4、对停采线进行大量灌浆。
