南屯煤礦交流材料

1、傳統(tǒng)測定煤自燃性方法很多，傳統(tǒng)測定煤自燃性方法很多，但測定方法較為單一，與井下但測定方法較為單一，與井下實際條件結(jié)合不明實際條件結(jié)合不明顯。顯。 南屯煤礦利用西安科技大學(xué)與南屯煤礦利用西安科技大學(xué)與兗礦集團(tuán)聯(lián)合研制的特大型煤兗礦集團(tuán)聯(lián)合研制的特大型煤自然發(fā)火實驗臺（自然發(fā)火實驗臺（ZRM-15ZRM-15型），型），模擬現(xiàn)場的實際浮煤堆積、蓄模擬現(xiàn)場的實際浮煤堆積、蓄散熱、漏風(fēng)供氧等狀況。散熱、漏風(fēng)供氧等狀況。圖圖1 1 實驗臺爐體外形圖實驗臺爐體外形圖圖圖2 2 煤自然發(fā)火實驗臺爐體煤自然發(fā)火實驗臺爐體 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 實驗裝置分為爐體、氣體檢實驗裝置分為爐體、氣體檢測、溫度檢測和控制系統(tǒng)四測

2、、溫度檢測和控制系統(tǒng)四部分。其中爐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如部分。其中爐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖圖2 2。 南屯煤礦利用煤自然發(fā)火實南屯煤礦利用煤自然發(fā)火實驗，測定煤的自燃傾向性、驗，測定煤的自燃傾向性、最短自然發(fā)火期，并測算出最短自然發(fā)火期，并測算出煤的放熱強(qiáng)度、耗氧速率、煤的放熱強(qiáng)度、耗氧速率、各種氣體的產(chǎn)生率等特性參各種氣體的產(chǎn)生率等特性參數(shù)。數(shù)。 通過實驗參數(shù)，確定煤自燃通過實驗參數(shù)，確定煤自燃氧化特性、放熱強(qiáng)度和煤最氧化特性、放熱強(qiáng)度和煤最短自然發(fā)火期，為準(zhǔn)確預(yù)測短自然發(fā)火期，為準(zhǔn)確預(yù)測實際條件下松散煤體自燃危實際條件下松散煤體自燃危險區(qū)域奠定了基礎(chǔ)險區(qū)域奠定了基礎(chǔ)。 南屯煤礦通過試驗研究，把紅外線氣體分析

3、儀和氣相色譜儀結(jié)合在一起。 紅外測量是以對非分散紅外的吸收為基礎(chǔ)，測量相關(guān)波段紅外線的衰減幅度即可得到相應(yīng)氣體的濃度，由紅外線氣體分析儀分析一氧化碳，二氧化碳，甲烷和氧氣，充分發(fā)揮紅外線氣體分析儀連續(xù)快速的優(yōu)勢； 使用氣相色譜儀的氫焰檢測器快速分析碳?xì)浠衔?，僅僅分析乙烯，乙烷和乙炔等氣體，色譜儀對溫度的穩(wěn)定性要求降低，實現(xiàn)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、連續(xù)、重復(fù)監(jiān)測； 實踐證明，紅外線氣體分析儀與氣相色譜儀的同步運行的應(yīng)用，可以實現(xiàn)束管系統(tǒng)快速、穩(wěn)定、連續(xù)的氣體分析，對于提高系統(tǒng)的自動化水平，保障系統(tǒng)連續(xù)分析精度，早期發(fā)現(xiàn)礦井自然發(fā)火隱患及隱患地點大量數(shù)據(jù)分析需要等方面都有顯著的效果，具有重要的推廣價值。 南

4、屯煤礦通過技術(shù)革新和科技攻關(guān)，不斷推廣應(yīng)用新材料、新工藝，豐富煤層自然發(fā)火防治的技術(shù)手段，有效的應(yīng)對各種復(fù)雜的自然發(fā)火隱患，確保了礦井安全生產(chǎn)。主要內(nèi)容如下：液態(tài)二氧化碳防滅火工藝液態(tài)二氧化碳防滅火工藝 大流量注氮技術(shù)大流量注氮技術(shù) 惰氣泡沫技術(shù)惰氣泡沫技術(shù)壓注固化粉煤灰工藝壓注固化粉煤灰工藝 壓注復(fù)合膠體壓注復(fù)合膠體膠體泥漿技術(shù)膠體泥漿技術(shù)阻化泡沫技術(shù)阻化泡沫技術(shù)新型防滅火材料的應(yīng)用新型防滅火材料的應(yīng)用（一）液態(tài)二氧化碳防滅火工藝（一）液態(tài)二氧化碳防滅火工藝 液態(tài)二氧化碳防液態(tài)二氧化碳防滅火工藝滅火工藝 南屯煤礦在地面用槽南屯煤礦在地面用槽車將液態(tài)二氧化碳運車將液態(tài)二氧化碳運輸?shù)结尫诺攸c，利

5、用輸?shù)结尫诺攸c，利用專用汽化裝置進(jìn)行汽專用汽化裝置進(jìn)行汽化，將二氧化碳汽化化，將二氧化碳汽化經(jīng)注漿系統(tǒng)輸送到壓經(jīng)注漿系統(tǒng)輸送到壓注地點注地點 優(yōu)點：液態(tài)二氧化碳優(yōu)點：液態(tài)二氧化碳出口溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于制出口溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于制氮機(jī)出口的溫度，能氮機(jī)出口的溫度，能夠快速帶走采空區(qū)熱夠快速帶走采空區(qū)熱量，降溫效果十分明量，降溫效果十分明顯；在采空區(qū)能夠堆顯；在采空區(qū)能夠堆積，不易被漏風(fēng)帶走，積，不易被漏風(fēng)帶走，隔絕供氧；該工藝有隔絕供氧；該工藝有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價值。較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價值。（例子）（例子）圖圖3 3 液態(tài)二氧化碳釋放工藝流程示意圖液態(tài)二氧化碳釋放工藝流程示意圖 液態(tài)液態(tài) CO2 槽槽 車車 放空放

6、空 流量計流量計 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥 注漿管路注漿管路 P 地面地面 井下井下 發(fā)火 隱 患地 點 鉆孔鉆孔 T v某工作面回采過程中后部采空區(qū)出現(xiàn)自然發(fā)火隱患，經(jīng)分析主要有兩個形成漏風(fēng)的原因。一是上順槽距離切眼70米處施工一泄水巷，該處為工作面上順槽最低點，為保障泄水暢通使此處形成一個漏風(fēng)通道；二是工作面直接頂為工作面基本頂，比較堅硬，在溜尾附近冒落后上部形成大空洞，工作面進(jìn)風(fēng)很容易通過冒落區(qū)進(jìn)入采空區(qū)后方。巷道位置示意圖如圖所示。v常規(guī)的自然發(fā)火防治技術(shù)手段遇到兩個難題。一是由于采空區(qū)高冒，造成進(jìn)風(fēng)隅角處的漏風(fēng)難以封堵，在進(jìn)風(fēng)隅角處連續(xù)施工建筑16道凝膠隔離墻，封堵漏風(fēng)的效果均不明顯。二是由于泄

7、水通道暢通，采空區(qū)灌漿不容易堆積，且采空區(qū)范圍大，灌漿難以迅速到達(dá)自然發(fā)火隱患點。在此條件下，采用向采空區(qū)大量壓注二氧化碳?xì)怏w的方法，使用壓注二氧化碳?xì)怏w的流量為700800m3/h，在注入采空區(qū)二氧化碳?xì)怏w氣體量達(dá)到約20000 m3時，工作面回風(fēng)流的一氧化碳濃度大幅度降低，從而從根本上控制自然發(fā)火隱患的發(fā)展，為消除采空區(qū)高溫隱患提供基礎(chǔ)條件。- 6 1 0- 6 2 0- 6 3 0- 5 7 0- 5 6 0-600-590- 5 8 0-600- 6 1 0- 6 2 0- 6 3 0- 6 3 0 綜 放 工 作 面軌 道 中 心 線皮 帶 中 心 線切眼3軌 道 順 槽上九 采 北

8、 部 泄 水 巷- 6 1 6 . 2- 6 0 9 . 3- 6 0 0 . 3- 5 9 7 . 0- 5 8 4 . 3- 5 7 7 . 8- 6 0 4 . 1- 6 4 8 . 4- 6 4 8 . 73X15泄 水 巷33 X 5 53 X 5 73 X 5 33 X 5 13 X 4 93 X 4 73 X 4 51 6 Z 2上皮 帶 順 槽4 5OO- 21 3 5O12000（二）大流量注氮技術(shù)（二）大流量注氮技術(shù)v2004年南屯煤礦購置了KMD-S-600膜分離制氮機(jī)，可連續(xù)開機(jī)對隱患地點實施注氮，氮氣濃度均97%，制氮機(jī)流量達(dá)到600m3/h。該系統(tǒng)全部由PLC連網(wǎng)控

9、制，主控面板為西門子（MS485/422/串行傳輸）觸摸控制屏，有多個壓力、溫度、流量監(jiān)測控制點且空壓機(jī)具有溫度、壓力、電動機(jī)、過濾等多種保護(hù)，氮氣純度達(dá)不到97直接放空，配備雙套冷卻循環(huán)水，系統(tǒng)操作簡單，維護(hù)工作量小，運行穩(wěn)定。井下氮氣輸送使用的是灌漿管路系統(tǒng)。v當(dāng)工作面受斷層、頂板破碎、沖擊地壓等因素影響回采速度很慢時，通過采空區(qū)埋管向采空區(qū)后部注入大量氮氣，可以改變后部采空區(qū)氣體成分，從而達(dá)到抑制采空區(qū)浮煤自然發(fā)火的目的。南屯煤礦應(yīng)用此注氮方式，在一綜放工作面兩個月回采不到50米的情況下，保證了采空區(qū)后部浮煤沒有出現(xiàn)自然發(fā)火隱患。 向采空區(qū)注入惰性泡沫的實質(zhì)，就是以有壓惰氣為氣源，通過泡

10、沫發(fā)生裝置連續(xù)大量地產(chǎn)生惰氣泡沫，沿管路或鉆孔壓向采空區(qū)和煤堆內(nèi)部，并讓它們保存于冒落矸石縫隙之中形成堵漏帶,阻止風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū),預(yù)防煤自燃。 南屯煤礦近幾年回采工作面逐漸向礦井深部和邊角發(fā)展，現(xiàn)場條件比較復(fù)雜，且礦井安裝撤除單位的力量比較薄弱，曾出現(xiàn)工作面回采結(jié)束后不能進(jìn)行設(shè)備撤除而進(jìn)行臨時封閉現(xiàn)象，帶來煤層自然發(fā)火隱患。使用惰氣泡沫技術(shù)，向臨時封閉的工作面后部采空區(qū)注入惰氣泡沫，配合均壓技術(shù)，能夠有效抑制臨時封閉采空區(qū)浮煤自燃。圖圖4 4 惰泡裝置示意圖惰泡裝置示意圖 固化粉煤灰充填系統(tǒng)由粉煤固化粉煤灰充填系統(tǒng)由粉煤灰池、水泥倉、粉煤灰計量灰池、水泥倉、粉煤灰計量泵、水泥定量輸送器和輸送泵

11、、水泥定量輸送器和輸送管路組成。管路組成。 固化粉煤灰代替密集木垛或固化粉煤灰代替密集木垛或其它形式的支護(hù)，減少了工其它形式的支護(hù)，減少了工作面的支護(hù)工作量，降低了作面的支護(hù)工作量，降低了材料消耗，增大了支護(hù)強(qiáng)度材料消耗，增大了支護(hù)強(qiáng)度 ，控制了頂板事故，提高了工控制了頂板事故，提高了工作面生產(chǎn)效率，封堵了采空作面生產(chǎn)效率，封堵了采空區(qū)漏風(fēng)，減少和消除了煤層區(qū)漏風(fēng)，減少和消除了煤層自燃發(fā)火事故隱患，經(jīng)濟(jì)社自燃發(fā)火事故隱患，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著，具有很好的推會效益顯著，具有很好的推廣應(yīng)用價值。廣應(yīng)用價值。圖5 無機(jī)固化粉煤灰防滅火充填材無機(jī)固化粉煤灰防滅火充填材料灌漿系統(tǒng)及工藝示意圖料灌漿系統(tǒng)及工藝

12、示意圖 充填固化粉煤灰充填固化粉煤灰技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵是粉煤灰、水、固化劑、促凝是粉煤灰、水、固化劑、促凝劑的比例是否控制準(zhǔn)確。劑的比例是否控制準(zhǔn)確。 南屯礦控制配比的主要方法是：先制成一定濃度的粉煤灰南屯礦控制配比的主要方法是：先制成一定濃度的粉煤灰漿液，再用定量泵將粉煤灰漿抽到混合池中，與用定量輸漿液，再用定量泵將粉煤灰漿抽到混合池中，與用定量輸送器輸送到的水泥混合，混合均勻后即通過輸漿管輸送下送器輸送到的水泥混合，混合均勻后即通過輸漿管輸送下井。在充填地點附近的輸漿管上開好一個三通，將促凝劑井。在充填地點附近的輸漿管上開好一個三通，將促凝劑用泵壓入管路中和漿液混合。促凝劑的加入量視要求初凝

13、用泵壓入管路中和漿液混合。促凝劑的加入量視要求初凝的時間長短而定，泵選用流量可調(diào)的泵，并且其額定壓力的時間長短而定，泵選用流量可調(diào)的泵，并且其額定壓力高于輸漿管中的最大壓力。高于輸漿管中的最大壓力。 注意事項：注意事項：充填固化粉煤灰地點必須有充填固化粉煤灰地點必須有完善的通訊設(shè)施完善的通訊設(shè)施，確保在井上、下各操作點建立可靠的通訊聯(lián)系。另外，在確保在井上、下各操作點建立可靠的通訊聯(lián)系。另外，在充填地點附近的輸漿管上應(yīng)開一個三通，放出充填結(jié)束沖充填地點附近的輸漿管上應(yīng)開一個三通，放出充填結(jié)束沖刷管路的水，使其不流入充填地點，以免影響固化效果。刷管路的水，使其不流入充填地點，以免影響固化效果。（

14、五）壓注粉煤灰復(fù)合膠體l粉煤灰膠體防滅火系統(tǒng)粉煤灰膠體防滅火系統(tǒng)由粉煤灰倉、輸送機(jī)、由粉煤灰倉、輸送機(jī)、供水系統(tǒng)、攪拌池、輸供水系統(tǒng)、攪拌池、輸漿管網(wǎng)系統(tǒng)和井下外加漿管網(wǎng)系統(tǒng)和井下外加劑添加系統(tǒng)構(gòu)成。劑添加系統(tǒng)構(gòu)成。井下輸膠管路 傳 動皮 帶 灰倉 泥漿池 輸送機(jī) 水泵 注漿地點 分流器 定量配比器 促凝劑 攪拌器 壓力表 泵 電機(jī) 現(xiàn)場復(fù)合膠體添加設(shè)備 供水管 地面水池 攪拌器 l圖圖6 6 大流量粉煤灰復(fù)合膠體壓注工藝流程圖大流量粉煤灰復(fù)合膠體壓注工藝流程圖 復(fù)合膠體防滅火技術(shù)集堵漏、降溫、阻化、固結(jié)水等性能于一體，使易于流動的水溶液在指定時間和部位發(fā)生膠凝，包裹高溫煤體，充分發(fā)揮水的吸熱

15、降溫作用，較好地解決了灌漿和注水的泄漏流失問題，且在近1000的明火中不會迅速汽化，僅因水份緩慢蒸發(fā)而逐漸萎縮，滅火安全性好，在井下濕度90%，溫度28的環(huán)境下，13個月后仍保持完好 采用粉煤灰膠體防滅火技術(shù)時，井下材料運輸量少，勞動強(qiáng)度低，比井下注膠系統(tǒng)優(yōu)越； 注膠流量大，尤其適合撲滅井下大面積煤層自燃火災(zāi)； 該工藝對固體顆粒要求不嚴(yán)，不易堵管； 膠體泥漿耐壓穩(wěn)定性好，可充填高冒空頂區(qū)； 成膠時間可控制，一般情況下經(jīng)過粉煤灰膠體處理過的碎煤體不易再自燃。 利用水玻璃、碳酸氫鈉的膠凝作用，以粉煤灰作增強(qiáng)劑，增加膠體強(qiáng)度、提高耐溫性能和延長有效期，通過灌漿管路系統(tǒng)將水玻璃和粉煤灰漿液輸送到井下自

16、然發(fā)火隱患地點的混合器中，注入煤體火區(qū)。 圖圖7 7 膠體泥漿工藝示意圖膠體泥漿工藝示意圖 人 泡沫阻化劑FR-1主要是由多種無機(jī)、有機(jī)高分子聚合、而無可燃成分組成的防滅火劑，是一種淺色的透明液體。無毒、無味、無污染、無腐蝕性，可與水預(yù)先混合。通過加壓泵加到專用發(fā)泡裝置發(fā)泡形成阻化泡沫，再通過壓風(fēng)或制氮管路壓注到煤炭自燃隱患著火區(qū)域，進(jìn)行防滅火。圖8 制泡設(shè)備及工藝圖阻化泡沫有以下特點：阻化泡沫有以下特點： 1、阻化泡沫的擴(kuò)散、堆積、滲透性較好，能夠?qū)Σ煽諈^(qū)內(nèi)未完全冒落的空間進(jìn)行完全充填，從而在遺留的破碎煤體（包括較高處）表面形成阻化泡沫附著，即使破泡后仍形成阻化液膜，起到防止自燃隱患發(fā)生的作

17、用。2、阻化泡沫因攜帶阻化劑可以在破碎煤體上形成阻化液膜達(dá)到防滅火效果；3、如果使用氮氣等惰氣源作為動力，充分利用其堆積、隔絕性能，能夠排除可爆氣體，并隔絕氧氣，具有隔爆、抑爆功能，對封閉火區(qū)的啟封、縮封具有良好的應(yīng)用前景。 4、阻化泡沫在破泡前可以起到抑制漏風(fēng)的作用，從而使深部采空區(qū)形成惰化條件。5、工藝簡單、操作簡便、用水量少，制泡能夠達(dá)到500立方米/小時 ，成本較低，對火區(qū)及隱患的治理和防治有明顯效果；阻化泡沫阻化泡沫近幾年，我國新型防滅火材料研制發(fā)展速度較快。南屯煤礦緊緊依靠科技進(jìn)步，積極應(yīng)用各種新型防滅火材料，取得較好的效果。 主要有以下幾種：高分子防滅火膠體材料高分子防滅火膠體材

18、料 賽福特、固邦特、羅克休、馬麗散、瑞賽福特、固邦特、羅克休、馬麗散、瑞米等充填性防滅火材料米等充填性防滅火材料 上述材料是一種雙組分充填產(chǎn)品，具有良好的機(jī)械抗壓性能。發(fā)泡時的膨脹倍數(shù)為最初體積的530倍。發(fā)泡時間5-10分鐘，數(shù)十分鐘內(nèi)硬化。泡沫材料成型后性能穩(wěn)定，不皸裂，具有良好的柔韌性。在受壓時，可以變形但不開裂。利用該項材料，可實現(xiàn)快速密閉，且密閉效果優(yōu)于傳統(tǒng)的料石（磚）密閉。以山東合興科技發(fā)展有限公司與中國科技大學(xué)研發(fā)的賽福特為例，此產(chǎn)品為雙組份充填材料，防火等級一級，使用的設(shè)備為一臺泵和一支注射槍。雙組份樹脂和催化劑，以一定體積比混合，即時發(fā)泡，迅速膨脹，膨脹倍數(shù)可達(dá)最初體積的1030倍。膨脹泡沫5分鐘內(nèi)即可凝固，該材料最突出的特點是無毒無味，粘著力強(qiáng)，干燥后受外力作用不形成粉末，滿足環(huán)境友好型礦井的需要。 原粉煤灰灌漿防滅火系統(tǒng)原粉煤灰灌漿防滅火系統(tǒng) 利用南屯電廠濕式排灰系統(tǒng)，對濕灰直接進(jìn)行沖排實現(xiàn)灌漿。 改造后的粉煤灰改造后的粉煤灰灌漿防滅火系統(tǒng)主要功能 1大流量連續(xù)灌漿。 2實現(xiàn)粉煤灰固化壓注。 3壓注阻化劑。 4壓注粉煤灰膠體泥漿。 5監(jiān)測監(jiān)控功能。 6. 通過供