一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法
【專利摘要】一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，屬于防治煤自燃的方法。預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃，若采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃，首先圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域，其次在井下對大面積采空區(qū)連續(xù)大流量注氮?dú)饨档筒煽諈^(qū)氧氣濃度，采用均壓防滅火技術(shù)減少采空區(qū)的漏風(fēng)量，釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道并進(jìn)行堵漏，然后采用地面滅火鉆孔進(jìn)行治理及探測，即注滅火材料治理采空區(qū)煤自燃并利用有效的鉆孔判定采空區(qū)煤自燃是否熄滅，最后對煤自燃高溫區(qū)域以及鉆孔灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液進(jìn)行充填。該方法集堵漏控風(fēng)與快速惰化降溫為一體用來高效防治淺埋藏煤層大面積采空區(qū)的遺煤自燃。
【專利說明】一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防治煤自燃的方法，特別是一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]“十二五”期間國家煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路主要是“控制東部，穩(wěn)定中部，大力發(fā)展西部”。對于西部地區(qū)，國家將大力推進(jìn)大型煤炭基地建設(shè)，特別是重點(diǎn)建設(shè)一批千萬噸級的大型現(xiàn)代化煤礦。西部礦區(qū)煤炭資源豐富，煤層易自燃、埋藏淺(埋深一般不超過200米)、煤層間距近且頂板基巖薄，工作面主要采用綜采放頂煤技術(shù)，由于采動影響易造成大范圍地表塌陷和裂隙，地表易與采空區(qū)形成大量聯(lián)通的漏風(fēng)通道，使得地表漏風(fēng)嚴(yán)重，采空區(qū)煤炭自然發(fā)火十分頻繁；同時采空區(qū)連接成片、面積大，加劇了采空區(qū)煤自燃的防治難度，極大地影響了礦井的安全高效開采，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和重大的社會影響。據(jù)不完全統(tǒng)計，西部礦區(qū)近十年來發(fā)生了 200次以上導(dǎo)致封閉工作面的煤自燃事故，直接經(jīng)濟(jì)損失超百億元。
[0003]國內(nèi)外通常采用灌漿、注氮?dú)?、注泡沫、噴灑阻化劑、注凝膠和復(fù)合膠體等防滅火技術(shù)來防治礦井采空區(qū)煤自燃。采用灌漿技術(shù)，漿液在采空區(qū)只是沿著地勢低的地方流動、覆蓋范圍小、不能向高處堆積、易形成“拉溝”現(xiàn)象；同時西部礦井工作面走向長度大、開采強(qiáng)度高、推進(jìn)速度快，礦井不適合建立永久地面注漿系統(tǒng)，且西部礦區(qū)缺水少土，常規(guī)的灌漿實施困難。采用注氮?dú)饧夹g(shù)，氮?dú)饩哂卸杌饏^(qū)、擴(kuò)散范圍廣等特點(diǎn)，近十年來在許多礦區(qū)得到推廣應(yīng)用；但氮?dú)庖纂S漏風(fēng)逸散，其滅火降溫能力也較弱；同時西部礦區(qū)埋藏淺，采空區(qū)連接成片，采空區(qū)面積大且與地表裂隙溝通，難以形成封閉空間，因此常規(guī)注氮起不到快速惰化采空區(qū)的目的。采用注泡沫技術(shù)，雖然泡沫能克服注漿與注氮的一些缺點(diǎn)，并能向高處堆積，但大流量、擴(kuò)散能力強(qiáng)的泡沫在傾角小的大采空區(qū)流動擴(kuò)散范圍也有限，仍不能完全有效地覆蓋大采空區(qū)的浮煤和漏風(fēng)裂隙。采用噴灑阻化劑技術(shù)，阻化劑腐蝕井下設(shè)備和危害工人身心健康，防滅火效果也不是很理想。采用注凝膠和復(fù)合膠體技術(shù)，凝膠或膠體泥漿流量小，成本高，擴(kuò)散范圍小，不適合防治大面積采空區(qū)煤自燃。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種以堵漏控風(fēng)與快速惰化降溫為一體的高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，該方法適用于淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的高效防治。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃，一旦發(fā)現(xiàn)采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃，首先圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域，其次在井下對大面積采空區(qū)連續(xù)大流量注氮?dú)饨档筒煽諈^(qū)氧氣濃度，接著采用均壓防滅火技術(shù)減少向采空區(qū)的漏風(fēng)量，同時釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道并對漏風(fēng)通道進(jìn)行堵漏，然后采用地面滅火鉆孔進(jìn)行治理及探測探測及治理，即注滅火材料治理采空區(qū)煤自燃并利用有效的鉆孔判定采空區(qū)煤自燃是否熄滅，最后對煤自燃高溫區(qū)域以及鉆孔灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液進(jìn)行充填。
[0006]所述的預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃，是利用井下束管監(jiān)測系統(tǒng)檢測采空區(qū)氣體與井下巷道連通采空區(qū)的鉆孔和人工球膽取氣樣色譜分析相結(jié)合的方法，所述的鉆孔為取樣鉆孔、瓦斯抽放鉆孔和排水鉆孔，以CO、C2H4、C2H2的煤自燃標(biāo)志性氣體的體積濃度大小與濃度變化情況來判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃。當(dāng)CO體積濃度較大且濃度持續(xù)大幅度的增加，同時出現(xiàn)了 C2H4氣體，表明采空區(qū)煤自燃的溫度至少超過了 85°C ;若出現(xiàn)C2H2,表明采空區(qū)煤自燃的溫度至少超過了 200°C。
[0007]所述的圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域，其步驟為:
[0008]一:由于煤自燃主要發(fā)生在松散區(qū)及有大量遺煤的地方，因此需判斷采空區(qū)壓實區(qū)和松散區(qū)以及采空區(qū)遺煤的分布情況；
[0009]二:判定井下采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)流及采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流路線；
[0010]三:模擬研宄煤自燃指標(biāo)氣體在采空區(qū)運(yùn)移分布規(guī)律，結(jié)合步驟一與步驟二初步圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域；
[0011]四:初步圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域后，從地面打108mm的測溫鉆孔，利用鉆孔探測終孔位置附近區(qū)域的溫度進(jìn)行驗證，最終確定采空區(qū)遺煤自燃的大致范圍。
[0012]所述的對大面積采空區(qū)注氮?dú)?，是在井下實施大流量注氮?dú)猓獨(dú)獾牧髁坎恍∮?000m 3A ο
[0013]所述的采用均壓防滅火技術(shù)減少向采空區(qū)的漏風(fēng)量，是通過在回采工作面回風(fēng)巷安裝局部通風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)風(fēng)門，增加回風(fēng)巷阻力，減少工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷的壓差，從而減少工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)。工作面與采空區(qū)的壓差根據(jù)煤自燃的狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，其原則是保證安全的工作環(huán)境。
[0014]所述的釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道并對其進(jìn)行封堵，首先在地面選擇較深較寬的裂隙，在這些裂隙處釋放六氟化硫示蹤氣體，其次在井下回采工作面的上下隅角接收并分析接收到六氟化硫的時間和濃度，然后根據(jù)釋放地點(diǎn)和接收結(jié)果定性分析與采空區(qū)連通的主要地表裂隙及漏風(fēng)通道，最后利用粉煤灰無機(jī)固化泡沫封堵漏風(fēng)通道以封堵主要裂隙漏風(fēng)。
[0015]所述的采用地面滅火鉆孔進(jìn)行探測和治理，是利用鉆機(jī)從地面向煤層采空區(qū)打鉆形成滅火鉆孔，滅火鉆孔形成后先作為測溫鉆孔測溫，接著作為氣體取樣鉆孔取樣分析氣體成分及其濃度，根據(jù)測定的鉆孔溫度和氣體成分再次判斷鉆孔終孔位置附近遺煤的自燃狀況；其中地面滅火鉆孔的直徑為108mm，鉆孔間距為10?15米；滅火鉆孔打好后，注滅火材料的順序是從外圍鉆孔開始，逐漸向高溫區(qū)域中心的鉆孔方向；通過地面滅火鉆孔對采空區(qū)自燃高溫區(qū)域灌注大流量液氮或液態(tài)二氧化碳進(jìn)行快速惰化降溫，每個鉆孔每次注10?30噸液氮或液態(tài)二氧化碳，然后停止灌注，接著注相鄰的鉆孔；隔一段時間后，又重復(fù)的進(jìn)行灌注，鉆孔重復(fù)灌注的間隔時間是24小時。
[0016]所述的利用有效鉆孔判斷采空區(qū)遺煤自燃是否熄滅，是滅火鉆孔停止注滅火材料3?5天后，利用井下束管監(jiān)測系統(tǒng)、井下巷道連通采空區(qū)的鉆孔和滅火鉆孔進(jìn)行取樣，對采空區(qū)氣體取樣分析煤自燃的標(biāo)志性氣體CO、C2H4, C2H2，結(jié)合滅火鉆孔測溫進(jìn)行綜合判斷分析，如果判定熄滅，最后通過滅火鉆孔對遺煤自燃高溫區(qū)域灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液，粉煤灰漿液的灰水質(zhì)量比大于1:2。
[0017]所述的采空區(qū)氣體取樣分析，如果O2濃度穩(wěn)定在7%以下、CO濃度穩(wěn)定在50?10ppm以下，無C2H4、C2H2氣體，且鉆孔溫度為常溫，同時滿足以上指標(biāo)表明采空區(qū)的煤自燃已媳滅。
[0018]有益效果:由于采用了上述方案，大面積采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃后，首先要判定采空區(qū)煤自燃的位置與范圍，從而圈定需要治理的煤自燃區(qū)域；圈定采空區(qū)煤自燃的范圍后，在井下向采空區(qū)連續(xù)大流量注氮?dú)?，以此來降低采空區(qū)氧氣濃度，有效控制采空區(qū)遺煤自燃的發(fā)展；同時采用均壓技術(shù)，一方面減少工作面向采空區(qū)漏風(fēng)，另一方面有效抑制煤自燃有毒有害氣體從采空區(qū)涌出，從而為后續(xù)防滅火工作提供安全的環(huán)境條件。
[0019]在地表釋放六氟化硫示蹤氣體，然后在井下工作面上下隅角地點(diǎn)進(jìn)行接收，從而定性判斷地表與大面積采空區(qū)的主要漏風(fēng)通道，繼而采用粉煤灰無機(jī)固化泡沫封堵漏風(fēng)通道，減少地面向采空區(qū)的漏風(fēng)，從而降低大面積采空區(qū)氧氣濃度，抑制采空區(qū)遺煤自燃的發(fā)展。
[0020]利用地面滅火鉆孔灌注大流量的液氮或液態(tài)二氧化碳，充分利用其流量大、擴(kuò)散范圍廣、惰化范圍寬及滅火降溫速度快等防滅火優(yōu)點(diǎn)，可以對采空區(qū)煤自燃高溫區(qū)域進(jìn)行快速惰化降溫，從而快速治理采空區(qū)的煤自燃。
[0021]判定采空區(qū)的煤自燃消除之后，繼續(xù)利用滅火鉆孔灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液，達(dá)到徹底封堵和充填采空區(qū)松散煤巖體的效果，從而有效地防止采空區(qū)的遺煤復(fù)燃。
[0022]以上技術(shù)的聯(lián)動應(yīng)用能夠確?？焖俑咝е卫頊\埋藏煤層開采大面積采空區(qū)的煤自燃，從而為西部千萬噸礦井的安全高效開采提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，即主要采用均壓防滅火技術(shù)減少采空區(qū)漏風(fēng)、輕質(zhì)粉煤灰無機(jī)固化泡沫材料封堵漏風(fēng)裂隙和漏風(fēng)通道、液氮(二氧化碳)快速惰化降溫、稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液充填采空區(qū)松散煤巖體的煤自燃防治綜合方法。堵漏控風(fēng)與快速惰化降溫的聯(lián)動作用為高效防治淺埋藏煤層大面積采空區(qū)煤自燃提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。該方法克服了單一防滅火技術(shù)在淺埋藏煤層大面積采空區(qū)煤自燃防治中的不足，且該方法操作簡單，是一種系統(tǒng)、科學(xué)高效的煤自燃防治方法，在西部礦區(qū)采空區(qū)煤自燃治理中具有廣泛的適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0024]圖1是本發(fā)明一種高效治理淺埋藏大面積采空區(qū)遺煤自燃的流程圖；
[0025]圖2是采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域治理后的氧氣效果圖；
[0026]圖3是采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域治理后的一氧化碳效果圖。
具體實施方案:
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028]一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃，一旦發(fā)現(xiàn)采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃，首先圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域，其次在井下對大面積采空區(qū)連續(xù)大流量注氮?dú)饨档筒煽諈^(qū)氧氣濃度，再次采用均壓防滅火技術(shù)減少向采空區(qū)的漏風(fēng)量，同時釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道并對漏風(fēng)通道進(jìn)行堵漏，然后采用地面滅火鉆孔進(jìn)行治理及探測，即注滅火材料治理采空區(qū)煤自燃并利用有效的鉆孔判定采空區(qū)煤自燃是否熄滅，最后對煤自燃高溫區(qū)域以及鉆孔灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液進(jìn)行充填。
[0029]所述的預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃，是利用井下束管監(jiān)測系統(tǒng)檢測采空區(qū)氣體與井下巷道連通采空區(qū)的鉆孔和人工球膽取氣樣色譜分析相結(jié)合的方法，所述的鉆孔為取樣鉆孔、瓦斯抽放鉆孔和排水鉆孔，以CO、C2H4、C2H2等煤自燃標(biāo)志性氣體的體積濃度大小與濃度變化情況來判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃。當(dāng)CO體積濃度較大且濃度持續(xù)大幅度的增加，同時出現(xiàn)了 C2H4氣體，表明采空區(qū)煤自燃的溫度至少超過了 85°C ;若出現(xiàn)C2H2,表明采空區(qū)煤自燃的溫度至少超過了 200°C。
[0030]所述的圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域，其步驟為:
[0031]一:由于煤自燃主要發(fā)生在松散區(qū)及有大量遺煤的地方，因此需判斷采空區(qū)壓實區(qū)和松散區(qū)以及采空區(qū)遺煤的分布情況；
[0032]二:判定井下采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)流及采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流路線；
[0033]三:模擬研宄煤自燃指標(biāo)氣體在采空區(qū)運(yùn)移分布規(guī)律，結(jié)合步驟一與步驟二初步圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域；
[0034]四:初步圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域后，從地面打108mm的測溫鉆孔，利用鉆孔探測終孔位置附近區(qū)域的溫度進(jìn)行驗證，最終確定采空區(qū)遺煤自燃的大致范圍。
[0035]所述的對大面積采空區(qū)注氮?dú)?，是在井下實施大流量注氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁坎恍∮?000m 3A ο
[0036]所述的采用均壓防滅火技術(shù)減少向采空區(qū)的漏風(fēng)量，是通過在回采工作面回風(fēng)巷安裝局部通風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)風(fēng)門，增加回風(fēng)巷阻力，減少工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷的壓差，從而減少工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)。工作面與采空區(qū)的壓差根據(jù)煤自燃的狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，其原則是保證安全的工作環(huán)境。
[0037]所述的釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道并對其進(jìn)行封堵，首先在地面選擇較深較寬的裂隙，在這些裂隙處釋放六氟化硫示蹤氣體，其次在井下回采工作面的上下隅角接收并分析接收到六氟化硫的時間和濃度，然后根據(jù)釋放地點(diǎn)和接收結(jié)果定性分析與采空區(qū)連通的主要地表裂隙及漏風(fēng)通道，最后利用粉煤灰無機(jī)固化泡沫封堵漏風(fēng)通道以封堵主要裂隙漏風(fēng)。
[0038]所述的采用地面滅火鉆孔進(jìn)行探測和治理，是利用鉆機(jī)從地面向煤層采空區(qū)打鉆形成滅火鉆孔，滅火鉆孔形成后先作為測溫鉆孔測溫，接著作為氣體取樣鉆孔取樣分析氣體成分及其濃度，根據(jù)測定的鉆孔溫度和氣體成分再次判斷鉆孔終孔位置附近遺煤的自燃狀況。其中地面滅火鉆孔的直徑為108mm，鉆孔間距為10?15米。滅火鉆孔打好后，注滅火材料的順序是從外圍鉆孔開始，逐漸向高溫區(qū)域中心的鉆孔方向；通過地面滅火鉆孔對采空區(qū)自燃高溫區(qū)域灌注大流量液氮或液態(tài)二氧化碳進(jìn)行快速惰化降溫，每個鉆孔每次注10?30噸液氮或液態(tài)二氧化碳，然后停止灌注，接著注相鄰的鉆孔；隔一段時間后，又重復(fù)的進(jìn)行灌注，鉆孔重復(fù)灌注的間隔時間是24小時。
[0039]所述的利用有效鉆孔判斷采空區(qū)遺煤自燃是否熄滅，是滅火鉆孔停止注滅火材料3?5天后，利用井下束管監(jiān)測系統(tǒng)、井下巷道連通采空區(qū)的鉆孔和滅火鉆孔進(jìn)行取樣，對采空區(qū)氣體取樣分析煤自燃的標(biāo)志性氣體CO、C2H4, C2H2，結(jié)合滅火鉆孔測溫進(jìn)行綜合判斷分析，如果判定熄滅，最后通過滅火鉆孔對遺煤自燃高溫區(qū)域灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液，粉煤灰漿液的灰水質(zhì)量比大于1:2。
[0040]所述的采空區(qū)氣體取樣分析，如果O2濃度穩(wěn)定在7%以下、CO濃度穩(wěn)定在50?10ppm以下，無C2H4、C2H2氣體，且鉆孔溫度為常溫，同時滿足以上指標(biāo)表明采空區(qū)的煤自燃已媳滅。
[0041]實施例1:以我國西部某礦發(fā)生的一次淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃事故為例。該礦正在開采的煤層為22煤層(22305工作面)，上層為12306采空區(qū)，12煤層與22煤層間距平均在43m左右。12煤層埋藏深度為96-233m，煤層厚度平均5.4m，頂煤遺留厚度
2.9m，呈破碎狀態(tài)遺留在采空區(qū)。12煤于1999年開始回采，至2007年回采結(jié)束，盤區(qū)內(nèi)共布置6個綜采工作面，均沿煤層傾向布置。12煤和22煤均屬于易自燃煤層，自然發(fā)火期為一個月。
[0042]12煤層埋藏淺，層間距近，大巷條帶式開采，無盤區(qū)巷道布置，工作面順槽距離長，工作面寬度大，采高大，采空區(qū)范圍大，附近共有12個采空區(qū)，造成整個采空區(qū)連成一片，采空區(qū)面積達(dá)1970萬m2。采場壓力大，地表塌陷裂隙多，連采雙巷掘進(jìn)聯(lián)巷多(單面超過100個)，通風(fēng)設(shè)施多、質(zhì)量差，漏風(fēng)通道多，加之有些工作面地表基巖外漏，又處在溝谷邊沿，地表裂縫大。
[0043]由于12306工作面切眼位置地勢較低，并且已探得此范圍有大量積水，為防止22305工作面回采過程中上覆采空區(qū)積水涌入工作面，該礦在22305回順施工排水孔提前進(jìn)行疏放水，鉆孔以平均42°的仰角全部打入12306采空區(qū)，鉆孔深度為56?69米，共施工75個鉆孔，泄水量為46萬m3。
[0044]利用井下聯(lián)巷密閉墻束管監(jiān)測系統(tǒng)，以及22305回順100聯(lián)巷向上覆采空區(qū)的排水鉆孔，利用人工球膽取氣樣色譜分析相結(jié)合的方法，均檢測出12306采空區(qū)含有較高濃度的一氧化碳，最高檢測濃度超過lOOOppm。隨后幾天的檢測結(jié)果顯示氣樣中含有乙燒、乙烯，推斷出上覆采空區(qū)遺煤開始加劇氧化，采空區(qū)煤自燃的溫度至少超過了 85°C。在隨后的連續(xù)采樣分析中，一氧化碳、乙燒、乙稀濃度持續(xù)大幅度增加，一氧化碳在3000?5000ppm，乙燒在50?IlOppm之間，乙稀在7?17ppm之間，說明采空區(qū)遺煤繼續(xù)加速氧化。7月15日取樣分析出一氧化碳濃度高達(dá)54886ppm，并伴隨乙炔出現(xiàn)，表明采空區(qū)煤自燃的溫度至少超過了 200°C，說明12306采空區(qū)遺煤出現(xiàn)了嚴(yán)重的自然發(fā)火情況。
[0045]12306工作面回采過程中留有3m左右的頂煤，采空區(qū)內(nèi)有大量破碎的遺煤。由于12煤層上覆基巖厚度較大，12306采空區(qū)除切眼及順槽位置外，總體壓實程度較好。且煤自燃大多發(fā)生在松散區(qū)及有大量遺煤的地方，推斷煤自燃可能發(fā)生在12306采空區(qū)切眼及順槽位置附近。為防止井下有毒有害氣體涌入工作面，22305工作面采用U型正壓通風(fēng)方式，工作面風(fēng)量達(dá)2100m3/min。由于12306工作面切眼位置低，積存水量大，之前實施了 75個排水鉆孔，排水打破了采空區(qū)內(nèi)水氣平衡，造成“水氣”置換，再加上煤層間距近，形成了大量的裂隙，使得12306工作面切眼附近漏風(fēng)大大增加。而且從12306采空區(qū)密閉墻束管監(jiān)測系統(tǒng)分析，以及排水鉆孔取氣樣檢測分析，在靠近12306工作面切眼附近煤自燃指標(biāo)氣體濃度越大，符合煤自燃指標(biāo)氣體(12306工作面切眼附近)在采空區(qū)的運(yùn)移分布規(guī)律，因此初步圈定12306采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域位于12306工作面切眼附近區(qū)域。
[0046]從12306工作面切眼附近地表周圍打直徑為108mm的測溫鉆孔，鉆孔的間距為10-15m，共施工測溫鉆孔11個，根據(jù)鉆孔判斷采空區(qū)冒落情況，靠近兩巷附近采空區(qū)空間較大，工作面中部基本冒落嚴(yán)實。鉆孔施工完畢后立即進(jìn)行測溫，其中地面的3個鉆孔溫度較高，分別為27.5°C、38°C、49°C，且鉆孔打通后有煙霧并伴有高溫氣體涌出。根據(jù)井上下鉆探結(jié)果，12306采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域基本圈定在12306切眼附近的3個溫度較高的鉆孔周圍。
[0047]圈定高溫區(qū)域后，先對采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域連續(xù)大流量注氮?dú)?，以此來降低采空區(qū)氧氣濃度，達(dá)到惰化采空區(qū)的目的，控制遺煤自燃的發(fā)展。在22305回順共施工4個注氮?dú)忏@孔，為DM-1000型移動式注氮機(jī)，每個注氮機(jī)運(yùn)行時間不低于20h/d，各個注氮機(jī)同時向12306采空區(qū)連續(xù)大流量注氮?dú)猓獨(dú)獾牧髁坎恍∮?000m3/h。從7月5日到8月16日，累計注氮?dú)?88萬m3。
[0048]然后對22305工作面實施U型均壓通風(fēng)系統(tǒng)，主要是通過在22305工作面回風(fēng)巷安裝局部通風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)風(fēng)門，增加回風(fēng)巷阻力，減少工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷的壓差，從而減少工作面向采空區(qū)的正壓漏風(fēng)。均壓風(fēng)機(jī)選用兩臺75KW輔扇，一用一備，初期供風(fēng)量為1800m3/min，對正壓區(qū)域的風(fēng)量、風(fēng)壓、壓差進(jìn)行每天測定，使22305工作面進(jìn)風(fēng)及回風(fēng)壓差控制在100Pa以內(nèi)，當(dāng)壓差發(fā)生較大變化時，及時進(jìn)行局部調(diào)整，確保采空區(qū)和工作面壓力均衡，減少向采空區(qū)漏風(fēng)或采空區(qū)內(nèi)一氧化碳等有毒有害氣體大量涌出。
[0049]同時，在采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域地面及附近區(qū)域，選擇較深較寬的裂隙，在這些裂隙處通過I寸軟管將20kg六氟化硫氣體瞬時釋放，然后在22305工作面的上下隅角接收六氟化硫示蹤氣體，并記錄接收到六氟化硫示蹤氣體的時間和濃度，然后根據(jù)釋放地點(diǎn)和接收結(jié)果綜合分析與采空區(qū)連通的主要地表裂隙及漏風(fēng)通道。經(jīng)過連續(xù)36h的取樣和色譜分析，取樣間隔時間為30min，發(fā)現(xiàn)12306采空區(qū)周圍與地表裂隙存在明顯的漏風(fēng)通道。12306采空區(qū)地表基巖裸露、溝壑縱橫，封堵難度大，先采用粉煤灰無機(jī)固化泡沫對主要裂隙進(jìn)行充填封堵，然后采用人工回填和機(jī)械回填相結(jié)合的方式進(jìn)行二次封堵回填，并在22305工作面上下隅角及聯(lián)巷密閉墻等利用粉煤灰無機(jī)固化泡沫對漏風(fēng)通道進(jìn)行封堵。
[0050]利用鉆機(jī)從地面向12306采空區(qū)高溫區(qū)域打鉆形成滅火鉆孔，之前利用滅火鉆孔先作為測溫鉆孔探測來圈定采空區(qū)高溫區(qū)域。在實施地面滅火鉆孔灌注滅火材料前，再一次作為測溫鉆孔和氣體取樣鉆孔來檢測鉆孔終位置附近的氣體成分、濃度和溫度。地面滅火鉆孔的直徑為108mm，鉆孔間距為10?15米。滅火鉆孔打好后，注滅火材料的順序是從外圍鉆孔開始，逐漸向高溫區(qū)域中心的鉆孔方向。灌注滅火材料的時間為每天的22:00至次日10:00，該時間段內(nèi)，地表大氣壓力相對較高，采空區(qū)氣體溢出量較少。通過地面滅火鉆孔對采空區(qū)自燃高溫區(qū)域灌注大流量液氮或液態(tài)二氧化碳進(jìn)行快速惰化降溫，每個鉆孔每次注10?30噸液氮或液態(tài)二氧化碳，然后停止灌注，接著注相鄰的鉆孔；隔一段時間后，又重復(fù)的進(jìn)行灌注，鉆孔重復(fù)灌注的間隔時間是24小時。液氮在常溫常壓下，迅速氣化，在火區(qū)內(nèi)迅速擴(kuò)散并充滿其空間，使火區(qū)內(nèi)氧氣濃度急速下降，火區(qū)因缺氧而窒息。氮?dú)獠粌H僅具有對火區(qū)惰化和抑爆能力，而且由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)過程中，可以吸收大量的熱，降低火區(qū)溫度。為提高液氮及液態(tài)二氧化碳的灌注速度，加快采空區(qū)有毒有害氣體的排放速度，后期又施工鉆孔5個，從7月5日到8月16日，利用地面滅火鉆孔共灌注液氮7200噸，液態(tài)二氧化碳1120噸。
[0051]地面滅火鉆孔灌注滅火材料一段時間之后，需判斷采空區(qū)遺煤自燃是否熄滅。主要是根據(jù)滅火鉆孔停止注滅火材料3?5天后，利用井下束管監(jiān)測系統(tǒng)、井下巷道連通采空區(qū)鉆孔(排水鉆孔等)和滅火鉆孔進(jìn)行取樣，分析氧氣濃度和煤自燃的標(biāo)志性氣體(一氧化碳、乙炔等)的濃度及成分變化，結(jié)合滅火鉆孔測溫進(jìn)行綜合判斷分析。對采空區(qū)氣體取樣分析，當(dāng)氧氣濃度穩(wěn)定在7%以下、一氧化碳濃度穩(wěn)定在50?10ppm以下、無乙炔和乙稀氣體、且鉆孔溫度為常溫時，表明采空區(qū)的煤自燃已熄滅。
[0052]如圖2和圖3所示，該礦在50天的治理時間內(nèi)，12306采空區(qū)高溫區(qū)域得到有效控制，采空區(qū)有害氣體濃度持續(xù)下降。采用束管監(jiān)測系統(tǒng)和鉆孔探測，12306采空區(qū)氧氣濃度維持在5%以下，12306采空區(qū)一氧化碳濃度由最高54886ppm下降并穩(wěn)定到50pm以下，且沒有乙烯和乙炔氣體出現(xiàn)；采用測溫鉆孔探測，采空區(qū)高溫區(qū)域溫度穩(wěn)定在20°C左右。上述監(jiān)測及探測結(jié)果均顯示該礦12306采空區(qū)高溫區(qū)域煤自燃已經(jīng)熄滅，效果良好。
[0053]為保證滅火實施效果及加快推進(jìn)工作面的正?；夭晒ぷ?，在采空區(qū)遺煤自燃熄滅后，最后通過滅火鉆孔對遺煤自燃高溫區(qū)域灌注高濃度粉煤灰漿液，共灌注高濃度粉煤灰漿液11514噸，達(dá)到了徹底的封堵和充填效果。
【權(quán)利要求】
1.一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征是:預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃；一旦發(fā)現(xiàn)采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃，首先圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域，其次在井下對大面積采空區(qū)連續(xù)大流量注氮?dú)饨档筒煽諈^(qū)氧氣濃度，接著采用均壓防滅火技術(shù)減少向采空區(qū)的漏風(fēng)量，同時釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道并對漏風(fēng)通道進(jìn)行堵漏，然后采用地面滅火鉆孔進(jìn)行治理及探測，即注滅火材料治理采空區(qū)煤自燃并利用有效的鉆孔判定采空區(qū)煤自燃是否熄滅，最后對煤自燃高溫區(qū)域以及鉆孔灌注稠化砂漿及高濃度粉煤灰漿液進(jìn)行充填。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃，是利用井下束管監(jiān)測系統(tǒng)檢測采空區(qū)氣體與井下巷道連通采空區(qū)的鉆孔和人工球膽取氣樣色譜分析相結(jié)合的方法，所述的鉆孔為取樣鉆孔、瓦斯抽放鉆孔和排水鉆孔，以COX2H4、C2H2的煤自燃標(biāo)志性氣體的體積濃度大小與濃度變化情況來預(yù)先判斷采空區(qū)遺煤是否發(fā)生自燃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域的步驟為: 步驟一:由于煤自燃主要發(fā)生在松散區(qū)及有大量遺煤的地方，因此需判斷采空區(qū)壓實區(qū)和松散區(qū)以及采空區(qū)遺煤的分布情況； 步驟二:判定井下采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)流及采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流路線； 步驟三:Fluent軟件模擬煤自燃指標(biāo)氣體在采空區(qū)運(yùn)移分布規(guī)律，結(jié)合步驟一與步驟二初步快速圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域； 步驟四:初步圈定采空區(qū)遺煤自燃高溫區(qū)域后，從地面打直徑為108_的測溫鉆孔，利用鉆孔探測終孔位置附近區(qū)域的溫度進(jìn)行驗證，最終確定采空區(qū)遺煤自燃的大致范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的對大面積采空區(qū)注氮?dú)猓窃诰麓罅髁孔⒌獨(dú)?，氮?dú)獾牧髁坎恍∮?000m 3A ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的均壓防滅火技術(shù)是通過在回采工作面回風(fēng)巷安裝局部通風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)風(fēng)門，增加回風(fēng)巷阻力，減少工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷的壓差，從而減少工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道并對其進(jìn)行封堵，首先在地面選擇較深較寬的裂隙，在這些裂隙處釋放六氟化硫示蹤氣體，其次在井下回采工作面的上下隅角接收并分析接收到六氟化硫的時間和濃度，然后根據(jù)釋放地點(diǎn)和接收結(jié)果定性分析與采空區(qū)連通的主要地表裂隙及漏風(fēng)通道，最后利用粉煤灰無機(jī)固化泡沫封堵漏風(fēng)通道以封堵主要裂隙漏風(fēng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的采用地面滅火鉆孔進(jìn)行探測和治理，是利用鉆機(jī)從地面向煤層采空區(qū)打鉆形成滅火鉆孔，滅火鉆孔形成后先作為測溫鉆孔測溫，接著作為氣體取樣鉆孔取樣分析氣體成分及其濃度，根據(jù)測定的鉆孔溫度和氣體成分再次判斷鉆孔終孔位置附近遺煤的自燃狀況；其中地面滅火鉆孔的直徑為108mm，鉆孔間距為10~15米；滅火鉆孔打好后，注滅火材料的順序是從外圍鉆孔開始，逐漸向高溫區(qū)域中心的鉆孔方向；通過地面滅火鉆孔對采空區(qū)自燃高溫區(qū)域灌注大流量液氮或液態(tài)二氧化碳進(jìn)行快速惰化降溫，每個鉆孔每次注10-30噸液氮或液態(tài)二氧化碳，然后停止灌注，接著注相鄰的鉆孔；隔一段時間后，又重復(fù)的進(jìn)行灌注，鉆孔重復(fù)灌注的間隔時間是24小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的利用有效鉆孔判斷采空區(qū)遺煤自燃是否熄滅，是滅火鉆孔停止注滅火材料3~5天后，利用井下束管監(jiān)測系統(tǒng)、井下巷道連通采空區(qū)的鉆孔和滅火鉆孔進(jìn)行取樣，對采空區(qū)氣體取樣分析煤自燃的標(biāo)志性氣體COX2HdP C2H2,結(jié)合滅火鉆孔測溫進(jìn)行綜合判斷分析，如果判定熄滅，最后通過滅火鉆孔對遺煤自燃高溫區(qū)域灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液，粉煤灰漿液的灰水質(zhì)量比大于1:2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區(qū)遺煤自燃的方法，其特征在于:所述的采空區(qū)氣體取樣分析，如果O2濃度穩(wěn)定在7%以下、CO濃度穩(wěn)定在50~100ppm以下，無C2H4、C2H2氣體，且鉆孔溫度為常溫，同時滿足以上指標(biāo)表明采空區(qū)的煤自燃已熄滅。
【文檔編號】E21F5/00GK104514577SQ201410769236
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】秦波濤, 秦小文, 仲曉星, 魯義 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)