一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法技术

本发明专利技术公开了一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法，能够预防和消除自然发火，对工作面的相关数据定时检测；对采空区连续注氮，对采空区进行灌浆和注水，当相关数据超标后，首先对采空区进行灌浆注水，然后利用运顺的注氮管向采空区注液态二氧化碳，降低采空区的温度和氧气含量，同时控制工作面上隅角CO不超过10ppm，架档CO不超过20ppm；同时对工作面出现隐患区域，利用防火钻孔向隐患区域灌注防灭火材料，隔绝发火隐患区域的氧气，消除发火隐患。本发明专利技术采用多个方法并行，相互支撑，能够控制工作面过断层期间CO总体稳定，确保了工作面的安全回采，也为其他类似工作面过大断层的防火工作提供宝贵经验。

【技术实现步骤摘要】
一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法
本专利技术涉及一种煤矿内火灾防治的方法，尤其涉及的是一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法。
技术介绍
矿井火灾又叫矿内火灾或井下火灾。是指发生在煤矿井下巷道、工作面、硐室、采空区等地点的火灾。能够波及和威胁井下安全的地面火灾，也叫矿井火灾。矿井发生的火灾(包括危及井下的地面火灾)，常招致人员伤亡,设备损失,矿井停产,资源破坏,甚至引起瓦斯、煤尘或硫化矿尘爆炸。有自燃倾向的煤在常温下吸附空气中的氧，在表面上生成不稳定的氧化物。煤开始氧化时发热量少，能及时散发，煤温并不增加，但化学活性增大，煤的着火温度稍有降低，这一阶段为自燃潜伏期。随后，煤的氧化速度加快，不稳定的氧化物先后分解成水、CO2和CO，氧化发热量增大,当热量不能充分散发时，煤温逐渐升高，这一阶段称为自热期。煤温继续升高，超过临界温度(通常为80℃左右)，氧化速度剧增，煤温猛升，达到着火温度即开始燃烧。在到达临界温度前，若停止或减少供氧，或改善散热条件，则自热阶段中断，煤温逐渐下降，趋于冷却风化状态。火灾是煤矿主要灾害之一,严重影响煤矿的高效、安全生产。其中又以工作面过断层特别是过落差超过10m大断层期间最容易发火。预防煤矿工作面过大断层期间的火灾,是煤矿火灾防治的重点之一。而采用防治煤层自然发火技术,是采煤工作面过大断层期间防治煤层自然发火的有效手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法，能够预防和消除自然发火，消除自然发火的隐患。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括以下步骤：(1)对工作面的相关数据定时检测；(2)对采空区连续注氮：采煤结束后，在工作面运顺过断层前，注氮管预埋，对采空区连续注氮，注氮期间整个采空区内的氮气浓度大于或等于97％；(3)对采空区进行灌浆和注水在工作面轨顺过断层前，灌浆管预埋并向采空区灌浆，同时在工作面补切眼内设置防火钻孔，使得防火钻孔延伸到遗煤区的边缘及中部，利用防火钻孔向采空区灌浆和注水；(4)当步骤(1)中相关数据超标后，首先对采空区进行灌浆注水，然后利用运顺的注氮管向采空区注液态二氧化碳，降低采空区的温度和氧气含量，同时控制工作面采空区各处温度均在30℃以下，采空区氧气浓度均在10％以下；(5)同时对工作面出现隐患区域，利用防火钻孔向隐患区域灌注防灭火材料，隔绝发火隐患区域的氧气，消除发火隐患。所述步骤(1)中，定时检测工作面、回风流、采空区的气体、温度和湿度相关参数，同时对工作面的上、下隅角、架后及架档温度进行测定，同时在工作面架档处设点检查一氧化碳情况。定时监测相应的数据，能够确保控制在合理的范围内，一旦超出范围可以采取措施消除隐患。所述步骤(2)和步骤(3)中，使用防火管路进行注氮和灌浆，所述防火管路包括设置在工作面运顺内的注氮管、设置在工作面轨顺内的多个灌浆管、设置在工作面补切眼内的多个相互平行的防火钻孔。所述注氮管的出口末端设有多个三通，能够根据实际工况进行注氮的调控。所述注氮管的进口处设有转接闸阀，所述注氮管上设置用于连接液态二氧化碳管路的短接口，所述短接口位于转接闸阀的出口处。可以利用注氮管完成液态二氧化碳的注入，简化设备。所述灌浆管吊装在巷道顶板，所述灌浆管的出浆口上装设花管，灌浆管内灌注的浆液的土水比为1:4～1：5。所述防火钻孔每两个一组，每组间距相同，所述防火钻孔的高度与巷道顶板的高度一致，每组的两个防火钻孔，一个位于遗煤区的中部，另一个位于遗煤区的边缘。所述防火钻孔从断裂面到终孔位置设置钢管，所述每个防火钻孔的孔口加设用于灌浆的快速接头。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术采用多个方法并行，相互支撑，能够控制工作面过断层期间CO总体稳定，确保了工作面的安全回采，也为其他类似工作面过大断层的防火工作提供宝贵经验。附图说明图1是本专利技术的防火管路的布局图；图2是图1中A部的局部示意图；图3是防火钻孔的布局示意图；图4是图3中Ⅰ部的剖视图；图5是图3中Ⅱ部的剖视图；图6是图3中Ⅲ部的剖视图；图7是工作面过断层期间的CO变化图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。将本实施例应用在在顾桥矿(南区)1211(3)综采工作面过FS99正断层(∠60～80°、H＝13.0m，1211(3)工作面为南二采区13-1煤层首采面，井下位于南二采区上部，煤层倾角2～9°，平均5°；13-1煤层自然发火期为3～6个月。1211(3)工作面根据矿地质部门预测工作面轨顺在退尺点880m处、运顺在退尺点1020m将揭露FS99正断层(∠60～80°、H＝12.0～13.0m)，该断层落差13m，倾向贯穿整个工作面，走向影响140m，其中工作面中部即50架至120架为近倾向，几乎同时揭露。工作面大范围全岩，通过难度大，煤层自然发火隐患大。具体通过以下步骤来控制发火隐患：(1)对工作面的相关数据定时检测：每小班安设专职测气员检查工作面、回风流、采空区的CH4、CO2、CO、温度等参数，对架后有遗煤的地点进行重点检查，建立检查台帐；同时每小班有测气员对工作面上、下隅角、架后及架档温度进行测定一次。随时检查工作面有无“挂汗”、高温现象，发现异常时要及时汇报，并采取措施进行处理。确保防火检查不留死角；在工作面每10架架档插一个防火观察管(观察管插入采空区不少于500mm)，设点检查CO情况。(2)对采空区连续注氮：采煤结束后，距1211(3)工作面运顺过断层前60m(对应运顺退尺点950m)前，注氮管预埋，对采空区连续注氮，注氮期间整个采空区内的氮气浓度大于或等于97％。如图1和图2所示，使用防火管路进行注氮和灌浆，所述防火管路包括设置在工作面运顺1内的注氮管4、设置在工作面轨顺2内的三个灌浆管5、设置在工作面补切眼3内的多个防火钻孔6。注氮管4路出口要保持畅通，从注氮管4的末端往外每隔10m再加一个三通41，一共有三个三通41，从进入断层到断层结束共计注氮量57万m3。注氮管4的进口处设有转接闸阀42，所述注氮管4上设置用于连接液态二氧化碳管路的短接口43，所述短接口43位于转接闸阀42的出口处。可以利用注氮管4完成液态二氧化碳的注入，简化设备。(3)对采空区进行灌浆和注水老塘埋管灌浆、注水。在距1211(3)工作面轨顺2过断层前70m、前40m、前20m(对应轨顺2退尺点880m、910m、930m)，分别将三个灌浆管5预埋并向采空区灌浆，灌浆期间浆液土水比1∶4～1∶5。灌浆管5出口要保持畅通，所述灌浆管5吊装在巷道顶板，所述灌浆管5的出浆口上装设花管。如图3～6所示，图3是整个防火钻孔6布局的俯视图，针对过断层可能出现的遗煤区域，提前在补切眼3施工19组共38个防火钻孔6，防火钻孔6在水平方向上相互平行设置，各个防火钻孔6在竖直方向上与水平面具有不同的夹角。图4、图5和图6分别为图3中Ⅰ部、Ⅱ部、Ⅲ部的剖视图，剖面是分别沿着与补切眼3的防火钻孔6平行的方向剖的，从工作面运顺1向工作面轨顺2看。使得防火钻孔6延伸到遗煤区的边缘及中部，利用防火钻孔6向采空区灌浆和注本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对工作面的相关数据定时检测；(2)对采空区连续注氮：采煤结束后，在工作面运顺过断层前，注氮管预埋，对采空区连续注氮，注氮期间整个采空区内的氮气浓度大于或等于97％；(3)对采空区进行灌浆和注水在工作面轨顺过断层前，灌浆管预埋并向采空区灌浆，同时在工作面补切眼内设置防火钻孔，使得防火钻孔延伸到遗煤区的边缘及中部，利用防火钻孔向采空区灌浆和注水；(4)当步骤(1)中相关数据超标后，首先对采空区进行灌浆注水，然后利用运顺的注氮管向采空区注液态二氧化碳，降低采空区的温度和氧气含量，同时控制工作面采空区各处温度均在30℃以下,采空区氧气浓度均在10％以下；(5)同时对工作面出现隐患区域，利用防火钻孔向隐患区域灌注防灭火材料，隔绝发火隐患区域的氧气，消除发火隐患。

【技术特征摘要】
1.一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对工作面的相关数据定时检测；(2)对采空区连续注氮：采煤结束后，在工作面运顺过断层前，注氮管预埋，对采空区连续注氮，注氮期间整个采空区内的氮气浓度大于或等于97％；(3)对采空区进行灌浆和注水在工作面轨顺过断层前，灌浆管预埋并向采空区灌浆，同时在工作面补切眼内设置防火钻孔，使得防火钻孔延伸到遗煤区的边缘及中部，利用防火钻孔向采空区灌浆和注水；(4)当步骤(1)中相关数据超标后，首先对采空区进行灌浆注水，然后利用运顺的注氮管向采空区注液态二氧化碳，降低采空区的温度和氧气含量，同时控制工作面采空区各处温度均在30℃以下,采空区氧气浓度均在10％以下；(5)同时对工作面出现隐患区域，利用防火钻孔向隐患区域灌注防灭火材料，隔绝发火隐患区域的氧气，消除发火隐患。2.根据权利要求1所述的一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，定时检测工作面、回风流、采空区的气体、温度和湿度相关参数，同时对工作面的上、下隅角、架后及架档温度进行测定，同时在工作面架档处设点检查一氧化碳情况。3.根据权利要求1所述的一种综采工作面过大断层防治煤层自然发火的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：常军，高标，吴伟，耿炜伟，孔令六，王卫东，余旻昊，吕远洋，殷兆军，
申请(专利权)人：淮南矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34