1、收稿日期:2008-10-28作者簡介:鄧剛(1965-,男,遼寧丹東人,工程師,1990年畢業于鶴崗礦務局工學院,現任鶴礦集團公司富力煤礦回掘副總工程師。淺析影響煤層自然發火的因素及對策鄧剛(鶴礦集團公司富力煤礦,黑龍江鶴崗154100摘要:煤層自燃是煤礦安全生產的大敵,論文客觀地分析了礦井深部開采煤層自然發火期變短的原因,提出了從設計入手,從掘進開始,在開采全過程治理煤層自然發火的觀點,并提出采取噴碹、注水、注凝膠、加快開采速度等綜合性治理措施。關鍵詞:深部開采;自然發火;煤層中圖分類號: T D75文獻標識碼:B 文章編號:1671-0959(200903200402020引言煤礦生產屬

2、于地下開采,開采順序為由上而下,隨著深部開采的延續和采煤工藝的提高,煤層深部面臨著地質構造復雜、煤層傾角增大、礦壓增大、煤體松軟易于冒落、瓦斯涌出量增大、掘進施工斷面增大、礦井通風網絡增長、通風系統復雜,特別是綜采放頂煤工藝的推廣應用,采煤工作面一次采全高,放煤時間長,采煤工作面推進速度慢,在開采過程中極易發火封面。認真分析煤層自燃的原因是防治煤層發火的前提條件。煤炭自燃需具備:煤具有自燃傾向;有連續供氧的條件;熱量易于積聚。第一條件為煤體本身內部特性,取決于成煤物質和成煤條件,表示煤與氧相互作用能力是內因。后兩個條件為外因,決定于礦井地質條件和開采技術條件。1影響煤層自然發火的主要因素111

3、開采深度因素淺部開采時,由于煤體原始溫度低、煤體內的水分大、礦壓小,故瓦斯涌出量較小。采煤過程中要求風量較小,相應巷道通過風量小,巷道斷面小。而隨著開采深度的增加,煤層埋藏相對較深,成煤時期相對較早,煤層埋藏原始溫度增大、煤體內的水分減少、礦壓增大,故瓦斯涌出量增大。采煤過程中要求風量大,增加了煤體的供氧能力,加快了煤炭的氧化過程。由于開采強度的加大,采煤工藝由原來分層開采到目前的放頂煤開采,使煤炭產量增加,相應瓦斯涌出量增大,為了稀釋生產過程中的瓦斯,必須加大風量,風量的增大加快了浮煤氧化速度,為煤層自燃提供了條件。當采煤工作面正常推進,通常把采空區分為“三帶”即:漏風帶、氧化帶和窒息帶(圖

4、1。一般情況下,漏風帶氧氣濃度大于18%、氧化帶氧氣濃度在5%18%之間、窒息帶氧氣濃度小于5%。由此可見,氧化帶內漏風較大,供氧適宜,氧化生成的熱量不易被帶走,是煤炭自然發火的關鍵。圖1采空區供氧狀態6mm 的細鋼絲繩,一端綁在單體柱手把上,另一端與煤幫上部錨桿固定。4實施效果在頂板正常完整的情況下,工作面每掘進412m 后停止掘進(頂板破碎段除外,開始臨時支護,臨時支護完后再接著掘進,依次循環。臨時支護段為綜掘機機身段,永久支護為錨桿支護,緊跟綜掘機機身之后。通過近兩個月的應用,在頂板淋水較大的條件下,且在現場操作人員學習熟練階段,連續兩個月均輕松地完成了300m 的掘進任務,其中最高日單

5、進突破20m 進尺,比使用原施工工藝月單進為150220m 大幅度提高。通過工藝的改進,大大緩解了礦井的生產接續緊張局面,為企業的穩定壯大奠定了堅實的基礎。(責任編輯馬光輝4生產經驗煤炭工程2009年第3期112地質構造因素由于開采深度的增加,地質構造逐漸復雜,煤層受地質構造破壞后,裂隙增加,易造成煤質松軟、煤體破碎,增加了煤的氧化性,增加了氧化面積和氧化通道,加快了氧化過程,因此,煤炭自燃比較容易頻發。同時,由于地質構造因素,煤層開采過程中瓦斯涌出量增大,為稀釋瓦斯而加大供風量,給煤體自燃創造了條件。另外,由于開采過程中對風量需求量增大,要求巷道斷面也要隨之擴大,掘進施工巷道斷面大易造成巷道

6、梁上浮煤堆積,梁上浮煤干燥、氧化快,為煤體自燃提供了良好的“物質基礎”。113通風距離因素 由于礦井開采深度加深,相應礦井通風距離增長,礦井入風、回風之間距離增長,礦井風流在井下巷道中流動的路線增長,勢必造成礦井的通風阻力增大,導致工作面的風量下降。為確保礦井井下采掘工作面的供風量充足,必須提高礦井的通風能力(增大主扇的抽出能力,通風能力提高后,礦井入、回風井之間的通風壓差增大。隨著礦井的延深,礦井的壓力增大,回采巷道的壓力明顯增大,巷道變形嚴重,密閉擋風墻難以維護,造成采空區的漏風,加劇了煤體氧化,使氧化帶寬度加大,氧化時間增長,更增加了自然發火的隱患。2煤層自然發火的防治對策煤炭自燃防治方

7、法主要是消除煤的自然發火條件,包括:巷道合理布置、開采順序合理、無煤柱開采、阻化作用等,消除供氧條件;合理的通風系統,均壓、漏風檢測與堵漏技術等,破壞蓄熱環境。211選擇正確的開拓、開采方法開拓巷道布置以及開采方法對煤層自燃的發生與控制影響很大,這就要求采礦工程技術人員從開采設計到施工管理,必須考慮煤層自然發火問題,既保證生產又要兼顧防止工作面煤炭自然發火。從防止煤炭自燃的角度對開拓、開采方法的要求是:系統完善、煤層切割少、回采率高、采空區易于封閉。212煤巷施工嚴格控制抽漏頂采煤工作面巷道系統主要是進風道、開切眼、回風道三條巷道,并均沿煤層底板掘進。因為巷道幫和頂煤體暴露時間長、壓力大,松動

8、圈和高冒區較多,漏風氧化時間長,容易蓄熱產生高溫點;所以:煤巷掘進施工中鉆眼與爆破工作,必須根據工作面實際進行布孔和裝藥,必要時頂部炮孔和幫壁采取人力手鎬,嚴格控制幫頂超“挖”;加強支護工作保證架棚質量,必須做到幫剎實頂剎靠,不空幫空頂;做好日常巷道的維護工作,失效的架棚及時修復。213高壓注水在高壓作用下,使高壓水通過裂隙進入煤體的層理、節理之中,煤體吸收大量的水分后,使煤質變軟,增加了煤的可放性,同時避免了放煤時產生的大量煤塵,即使軟幫局部有剩余煤,也保持濕潤狀態,使采空區的氧化帶縮小,從而達到防止煤炭自然發火的目的。214巷道幫頂松動煤體和高冒區噴漿放頂煤工作面的溜子道、風道均沿煤層底板

9、掘送,巷道兩幫形成松動圈,頂部形成高冒區。高冒區裸露的煤體長期氧化極易自燃,做好高冒區的治理是防止煤炭自燃的關鍵,必須從掘進巷道時進行治理,掘送完煤巷后必須對巷道進行全斷面噴漿。噴層厚度為100150mm,最好施工時邊掘邊噴,以提高噴碹的速度和質量。通過對煤體的噴碹處理,可以有效防止漏風氧化。215在巷道噴層內壓注凝膠為防止長期漏風氧化蓄熱,除采取噴漿外,還應在噴漿層內壓注凝膠。回采前在巷道頂板每隔3m,一排均勻布置2個鉆孔,孔深打至煤層頂板,下直徑15mm套管,將凝膠注到噴層內。由于凝膠具有堵漏、阻化等性能,并有一定的熱穩定性,可以起到阻止氧化防止煤炭自燃作用。216提高回采率、加快回采進度科學組織生產、提高回采率、加快回采推進度,不僅是提高煤炭產量、完成生產任務的需要,而且可以在空間和時間上減少煤炭的氧化自燃,對防止煤炭自然發火具有決定性的作用。采空區氧化帶內殘存的浮煤氧化自燃的條件,主要取決于工作面推進度,如果推進速度較快,則煤炭在氧化帶內滯留時間較短,在煤炭自然發火之前進入窒息帶,就不會發生氧化自燃;反之,推進速度較慢或受到限制,便可能發生氧化自燃。3結語煤層自燃是煤礦安全生產的大敵,本文客觀地分析了隨礦井的開采深度加深,影響煤炭自燃的地