深井易自燃厚煤层长期停工综放面防火管理技术

2021-02-07 08:33赵厚春
山东煤炭科技 2021年1期
关键词:风门一氧化碳风量

赵厚春 秦 鹏 徐 超

(山东省天安矿业集团有限公司,山东 曲阜 273100)

1 概述

星村煤矿采用立井多水平开拓方式,典型的深井开采,主采3 煤层采用条带走向长壁后退式采煤方式,综采低位放顶煤采煤回采工艺,自然垮落法管理顶板。

3306 工作面位于-1196 m 水平、三采区东翼,采用“U”型全风压通风系统,上顺槽进风、下顺槽回风,终采线外通过运煤巷连接两顺槽;原始岩温超过31℃;煤尘爆炸指数38.7%,有煤尘爆炸性,二级重大危险源;Ⅱ类自燃煤层,最短自然发火期为65 d,三级重大危险源,火灾重大安全风险。

3306 工 作 面2019 年1 月31 日 至2 月13 日 春节期间停工13 d,采取注氮与监测分析的预防性密闭防火管理技术。

2 3306 综放面封闭、恢复通风技术

2.1 资源评估

该矿具有快速封闭的设备设施(上、下顺槽预先构筑防火门)、液态氮气气化注氮防灭火系统、均压降低漏风压差的条件、安全监控系统、束管监测系统、与专业救援队伍签订的协议、兼职救护队和专门防灭火队伍等,可实现快速密闭防火和启封。

2.1.1 快速封闭资源现状

综放工作面通风系统形成后,即按设计在上、下顺槽开门口附近构筑了防火门墙,储备了足够数量的封闭防火门的材料。防火门墙选在距全风压不大于5 m 的位置,避免封闭后产生盲巷,也可作为工作面结束后密闭的墙体。

装备2ZBQ-16/10 气动泵及其附属设施,对巷道周边及墙面喷涂LFM 轻型喷浆材料,提高封闭质量。与封闭区连通的轨道、运输设施等拆除或落地掩埋,防止导入杂散电流。

2.1.2 氮气防灭火系统

装备MYQ-1 型惰气防灭火系统,汽化器汽化氮气能力1400 m3/h,外接容积31.7 m3的低温液体储罐,外购液态氮的纯度大于99.99%;注氮管路为专用管路,工作面生产前即在两顺槽安装完毕,并随工作面回采调整管路出口,保证了注氮强度、纯度和合理的氮气出口。

2.1.3 均压防火技术

采用矿井总风量调节和局部风量调节,主要通风机调节方式为电动机变频调节,操作简单。进风联络巷设有调节风门可增阻调节,运煤巷之间的风门打开后实现封闭区均压。

2.1.4 可靠的监测手段

装备KJ66X 安全监控系统和JSG-7 型束管监测系统,在工作面密闭墙外设置甲烷、温度、氧气、一氧化碳等传感器实时监测气体变化,两顺槽各设置4 路单支束管,采样分析。

2.1.5 启封密闭队伍

密闭启封由签订协议的专业救援队伍负责,矿兼职救护队和专门防灭火队伍协助。

2.2 风险辨识

(1)工作面为先俯采后仰采,低洼处设有临时水仓。该工作面除生产和防火注浆水外自然涌水量极少,没有水灾风险。

(2)火灾风险分采空区、工作面、顺槽3 部分。采空区存在火灾重大安全风险,工作面存在火灾较大安全风险,顺槽存在火灾一般安全风险,预防的重点在工作面采空区。

(3)生产期间采空区及工作面瓦斯检测,甲烷浓度低于0.10%,存在瓦斯一般安全风险。采空区封闭后氧气浓度低于10%,启封恢复通风排放瓦斯,进入检查时存在瓦斯较大安全风险。

(4)工作面三机及供电设备,封闭区注氮后相对湿度降低,支架液压系统关闭,电气设备从变电所停电挂牌,机电存在一般风险。单轨吊机车停在封闭区外,煤流系统停止运行,运输辨识为低风险。

(5)停工后没有采动影响,顶板和冲击地压辨识为一般风险。

(6)在拆除密闭时,使用的工具存在物体打击安全风险,使用登高叉梯存在高处坠落风险,拆除墙体存在粉尘职业病危害等风险,辨识为低风险。

2.3 实施

(1)1 月31 日夜班开始维护工作面、电气设备,端头施工隔离墙,留设注氮出口,运顺防火墙处皮带落地,两顺槽防火墙处拆除单轨吊梁,工作面停电,调整监控设备等。

(2) 1 月31 日早班矿组织验收,人员撤离后在上下顺槽入口拉设警戒,严禁人员进入,两顺槽同时用防火门板、风筒布施工密闭,主要通风机降低运行频率。

(3)风量不足时,打开运煤巷风门(停止风门状态传感器运行),喷涂完毕后在两顺槽开门点设置栅栏及警示标志。

(4)关闭3306 轨道顺槽联络巷风门,风量不低于最低风速和稀释有毒有害气体计算的需风量为宜。

(5)工作面最大限度地注氮气。

(6)根据监测分析结果,调整注氮出口、频次和注氮量。

(7)封闭区监测到的甲烷浓度最大值0.19%,氧气浓度低于10%,一氧化碳浓度降低,无自然发火征兆。

(8)启封前一天停止注氮。

3306 工作面封闭期间束管、注氮管路、密闭墙及主要调节设施布置示意图如图1。

图1 3306 工作面封闭期间布置示意图

2.4 启封

(1)2 月11 日早班成立指挥部,地面总指挥为总工程师,现场指挥为通防副总工。站岗警戒,停电挂牌,瓦斯检查,参加人员准备完毕,汇报调度室、指挥部。

(2)主要通风机提高频率,打开上顺槽联络巷风门增加系统风量,恢复密闭墙外供水,并对附近巷道洒水灭尘。

(3)采用全风压限量排放法,矿山救护队先启封下顺槽密闭,汇风流瓦斯不超限的情况扩大到人员进入的空间;然后撤出,在运煤巷上风侧设置警戒,并设专人检查瓦斯。

(4)采取同样的方法拆除上顺槽,先开一小口,检查上顺槽密闭内及下顺汇风口甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气等气体无异常后继续拆除,同时逐步关闭运煤巷风门。

(5)恢复通风且稳定30 min 以上,检查回风流气体符合规程要求后,进入检查,进风温度23~25 ℃,回风温度26~30 ℃,工作面转载机处氧气大于19%,回风隅角气体无瓦斯积聚但空气干燥。

(6)检查完毕无异常汇报总指挥,恢复通风工作面结束,撤除警戒。通防工区、综采工区进入检查,逐步恢复各系统,瓦斯检查员全面巡查一遍,发现异常及时汇报。

(7)监控中心恢复监控系统,通防工区调整工作面风量恢复到封闭前的状态。

(8)对采空区注防火剂,超前煤体二次预处理。

3 3306 综放面风险控制效果分析

3.1 封闭期间气体分析

(1)从工作面上、下顺槽检测点氧气和一氧化碳浓度变化趋势可以看出(图2、图3):封闭后采空区及顺槽顶板煤体内一氧化碳气体涌出浓度增加,随着注氮量、封闭空间压力增加,氧气、一氧化碳浓度呈下降趋势,火灾风险降低;氧气浓度低于7%时能够起到防火惰化作用。

图2 3306 工作面封闭期间氧气浓度变化曲线

图3 3306 工作面封闭期间一氧化碳浓度气体变化曲线

(2)从2 月7 日进风到回风各检测点氧气浓度变化可以看出(图4):氧气浓度从进风侧密闭内开始逐渐升高,下顺槽密闭内外氧气浓度较高,上顺槽密闭内氧气浓度最低。主要原因:封闭前沿进风巷道温度逐渐增加,工作面俯采,封闭后空气处于停滞状态,氮气出口温度较低,出现类似于火灾时风流逆退的现象,靠近底板气体进入、顶板返回,但由于动力不足而运顺始终变化不大。

3.2 上、下顺槽顶煤钻孔气体变化分析

通过封闭前、启封后顶煤钻孔取样分析(地点从进风到回风依次编号)(图5),在顺槽氧气浓度降低时一氧化碳浓度整体呈下降趋势,顶煤火灾风险无变化。

图4 3306 工作面封闭期间氧气浓度变化趋势

图5 3306 上下顺槽顶煤钻孔一氧化碳浓度变化对比

4 结 论

(1)从检测数据分析,在低氧状态下惰化了煤体氧化,一氧化碳浓度值下降,在低氧环境下火灾风险降低。说明综放工作面采取封闭注氮防火管理技术可行、安全可靠、实施简单、经济合理。

(2)KJ66X 监测监控系统、JSG-7 束管监测系统对工作面实时监测,结合现场检查和采取人工取样地面气体分析,综合分析研判火灾风险,适时调整注氮出口、时间和流量,在预防火灾隐患的同时降低防火成本,做到有的放矢。

(3)综放工作面封闭注氮后空气干燥,对三机设备基本无影响,对支护金属网锈蚀变化影响较小。综放工作面涌水量、瓦斯涌出量等危险辨识准确,巷道低洼处积水深度小于0.5 m,封闭区甲烷浓度小于0.2%,氧气浓度在10%以下。

(4)人工取样系统以往采用布置束管,人工多次握压取样气球胆,冲洗矿用采样气球胆才能完成。若束管距离较长再用取样气球胆抽气压力明显不足,现场适当改造QBK 气动隔膜泵代替,解决了采样负压不足和时间较长的问题。

(5)采取主要通风机降频、均压防火技术,减少了均压巷道过风量,降低了工作面两端的压差、漏风量。

(6)封闭注氮防火管理技术的实施过程,对综放工作面火灾风险管控、隐患治理、火灾处置具有借鉴意义。

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