矿井瓦斯治理及防灭火技术研究

黄元金

太原煤气化龙泉能源发展有限公司 山西 太原 030303

摘要：在高瓦斯矿井的自燃煤层进行煤炭开采过程中，矿井瓦斯灾害和煤层自燃灾害同时存在。严重威胁着煤矿工作人员的生命安全和矿井财产安全。基于此，本文详细探讨了矿井瓦斯管理以及防火灭火技术研究，为煤矿开采提供一条可靠的经验。

关键词：矿井 瓦斯治理 防灭火 技术

Gas treatment and fire control in coal mine

Huang Yuanjin

Taiyuan Coal Gasification Longquan Energy Developments Co.， Ltd.， Taiyuan 030303， China

Abstract：The gas disaster and spontaneous combustion in coal seam co-exist during mining in the spontaneous combustion coal seam of high gas mine， which threatens the safety of workers and mine. Based on this， this paper discusses in detail the mine gas management and fire control to provide experiences for coal mining.

Keywords：mine； gas treatment； fire fighting； technology

1 研究矿井瓦斯与煤层自燃灾害的意义

随着矿井开采强度的加大，我国煤炭开采逐渐向深部延深，瓦斯、水害、火灾、冲击地压的灾害越来越严重，防灾抗灾难度加大。特别是各种灾害并存，严重制约着煤矿的正常生产。其中，矿井瓦斯爆炸和煤层自燃是煤矿两大主要灾害。在我国很多矿区，这两种灾害呈现共生的趋势。此外，在高瓦斯矿井实施煤与瓦斯共采时，受采动裂隙场过大、抽采工艺欠合理等因素影响，也易造成煤层自燃。煤层瓦斯与自燃共生，使得灾害防控复杂化、艰巨化，类似的事故也发生多起。因此，研究瓦斯与自燃两种灾害共存的内在关联和致灾机理，以及防控技术方法具有重大的现实意义。4.1.1 调整通风方式，选择合理的风量排放瓦斯

为了排除工作面上隅角积聚瓦斯，不能盲目增加工作面风量，工作面增大风量，虽然可使上隅角积聚区风流与工作面主要风流的对流作用加大，但是随着风量增大，负压随之增大，使采空区的瓦斯流线延深，加强了风流与采空区的瓦斯交换。容易造成工作面上隅角处瓦斯增大。所以靠增大采煤工作面风量的办法难以有效地处理工作面上隅角瓦斯。为了减少采空区瓦斯涌出，将工作面两进两回通风方式调整为U型通风方式。配风量由原来的3500m3/min减少到2000m3/min。同时对工作面进风隅角每隔10米用土袋临时密闭，减少风流与采空区的瓦斯交换，降低工作面采空区瓦斯的涌出。2 矿井概况

龙泉矿为年产500万吨的高瓦斯矿井，开采4、7、9号煤层，煤层之间距离较近。工作面布置在4号煤层，原煤瓦斯含量6.4 m3/t，煤层自燃倾向性为自燃，吸氧量较高，自然发火期为72天。工作面采长250m，走向长度2400米，采用综合机械化放顶煤开采工艺。初期采用两进两回的通风方式，后期改为U型通风方式。该工作面绝对瓦斯涌出量在24m3/min左右，风排10m3/min左右，抽采达到14m/min。34.1.2 加大瓦斯抽采力度

一是在上隅角进行半封闭式抽放，在上隅角每隔6米用土袋临时密闭，预埋DN200mm瓦斯抽放管对上隅角采空区瓦斯进行半封闭抽放；二是提前对回风正巷进行封闭，封闭后预埋抽放管路，对采空区进行抽放；三是回风侧向顶板施工高位钻孔抽放，对回风隅角顶板冒落带瓦斯进行抽放；四是利用千米定向钻机向回风侧顶板施工高位定向钻孔，抽采回风侧顶板裂隙带瓦斯；五是利用本煤层钻孔提前对煤体进行瓦斯预抽，有效降低煤体瓦斯含量。通过上述抽采工艺，工作面瓦斯抽采量达到58%，有效降低风排瓦斯量。3 发生灾害的原因分析

高瓦斯大采长综放工作面开采强度大，遗煤较多，通风系统复杂，在瓦斯抽放条件下，更易导致开采的煤岩体内部存在大量微小孔隙、原生裂隙，受采动影响，许多次生大裂隙出现，煤岩空间形成了不同尺度范围的裂隙场；从整体看，井下巷道网络，为灾害发生及传播提供了空间，同时在煤岩裂隙场中还存在以多元气体流动、热交换为基础的CH4浓度场、O2浓度场和氧化温度场，这些场的交汇区就是煤自燃引发瓦斯燃烧或爆炸的危险区。因此，结合当前龙泉矿生产实际，必须对龙泉矿大采长、立体瓦斯抽采条件下的高瓦斯综放面采空区煤自燃采取可靠的技术治理措施。4.1.3 加强瓦斯监测监控

按规定悬挂瓦斯监控探头，上隅角悬挂T0瓦斯传感器，距工作面10米处悬挂T1瓦斯传感器，工作面回风中部悬挂T中瓦斯传感器，距工作面回风口15米处悬挂T2瓦斯传感器。采煤工作面配备专职瓦检员检查瓦斯，负责整个工作面及上隅角瓦斯检查与管理。4.2 矿井防灭火技术

4.2.1 注氮系统

在工作面的进风侧沿采空区埋设二趟4寸注氮管路。每隔30米断开一次，采用交替式往采空区注氮气。注氮量不低于1000m3/h，不间断注氮，氮浓度不得低于97%。4 矿井瓦斯治理及防火灭火技术研究4.1 矿井瓦斯治理技术

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2017年第3期重整脱丁烷塔塔底温度约128℃，而塔底重沸器热源原采用1.0MPa蒸汽，属于高质低用。低压扩容器D-709罐底出来的凝结水温度约为170℃，热量具有回收利用的潜力，可以代替 脱丁烷塔底热源。内容：将低压扩容器D-709罐底出来的凝结水作为脱丁烷塔底热源，降温后的凝结水与重整抽提装置凝结水汇合送焦化液化气分馏装置作脱丙烷塔底热源。实施效果：改造后可以降低1.0MPa蒸汽消耗1.2t/h。工业、生产节能的LED灯，减少电能消耗；采用先进的保温技术，减少管线热损；做好办公区域的用电管理，及时关闭停止使用的用电设备。3.4 建立有效的能管体系，对能量进行诊断、分析和评价体系

自“十二五”以来，国家对节能标准提出更高的要求，国家能源控制也日趋严格。“十三五”期间，随着国家对地方在能源方面开始进行考核，地方势必对企业考核更加严格。积极做好能源环境一体化建设工作，体系建设的目的是要将能源环境一体化管理融入日常节能工作中。对企业用能情况深入、具体地了解，制定能源管理体系的策划目标、内容，借助体系建设过程中编制制度、自我审核、外部审核等环节，检验体系建立和运行情况，建立完善、有效的能源运行机制。3 通过管理优化实现节能降耗的措施3.1 原油储存温度优化

在不影响正常脱水深度的基础上，按照季节或者品种等多种因素，将各类原油本身的储存温度调到最小，同时也供应足够的维温热源。比如，夏天可选择乏汽，而并非1.0MPa蒸汽。3.2 合理管控产品质量

合理管控产品质量，在产品满足国家标准的前提下，及时调整装置反应深度，减少能源消耗，例如柴油加氢产品中的硫含量，产品中硫含量越低，装置需要的反应深度就越深，相应氢气、燃料气的消耗就越多。因此将产品中的硫含量控制在更接近指标值的范围内，对装置的能耗控制有较大益处。4 结束语

相较于国外炼油水平，国内的炼厂差距无疑是巨大的。为加快炼油厂自身的节能降耗速率，企业需从系统、管理两个方面，对系统进行优化，确保炼油厂能够逐步落实节能降耗，为节能事业做出应有的贡献。参考文献 

[1]胡海兰.推行系统优化和管理实现炼油厂节能降耗[J].石油石化节能，2011.

[2]许小云，胡于中.广西石化公司炼油厂节能降耗初探[J].石油与天然气化工，2011.

[3]李国庆，李亚军，华贲，等.通过优化运行和管理实现炼油厂节能降耗[J].炼油技术与工程，2005.

[4]侯凯锋，蒋荣兴，严錞，等.大型炼油厂能耗特点分析及节能措施探讨[J].炼油技术与工程，2009.

3.3 细节工作优化

根据不同的季节设计装置温度，降低冷却负荷；认真维护加热炉，减少排烟热损；重视采暖管理，对热水温度进行有效控制，降低供热负荷；适当增加循环水本身的换热温差，尽可能降低水耗；定期对空冷翅片、炉管进行清洁、清扫，增加传热效率；优化装置区照明管理，使用更（上接第1页）

4.2.2 火灾气体监测

采用矿井火灾束管监测系统、煤矿安全监控系统和人工检测三种手段对火灾气体进行实时监测。一是地面固定式矿井火灾束管监测系统，用地面抽气泵负压借助束管将工作面进、回风侧采空区的气体抽取到地面气体分析室，用气相色谱检测装置对束管采集的井下气样进行分析，实现对CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等气体含量在线监测，每天分析各种气体含量的变化趋势，从而实现对矿井自燃火灾的早期预报；二是利用矿井安全监控系统连续监测CO、CO2、O2 、T、V等参数，根据这些环境参数的变化进行煤层火灾的预报；三是利用人工检测作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由瓦斯检测人员直接在各测点进行气体检测；四是安排专人每天采用气袋取气样，送地面气相色谱仪分析，得到气体的成分和浓度，结合前三种数据判断煤层发火程度。当发现采空区温度升高、火灾标志性气体浓度上升后，采用地面全自动黄土注浆机，将水、黄土等材料按比例加入制浆机，经制浆机搅拌混合后，流入注浆管，然后送入井下工作面采空区进行灌浆。4.2.5 干冰防灭火技术

在工作面进风测，每隔100米施工一条联络巷，工作面推过联络20米左右，开始往联络巷内放置干冰，在巷口施工3米厚的防火密闭墙，对采空区气体进行封闭降温和惰化。5 结束语

综上所述，通过采取上述各种综合治理瓦斯和防灭火技术措施，对自燃煤层采用综采放顶煤回采期间的瓦斯与火灾治理技术研究。在回采一年多时间内，没有发生过瓦斯超限、瓦斯爆炸和采空区遗煤自燃事故。确保了工作面安全、高效的生产。参考文献 

[1]周春山，迟克勇，邬剑明.惰气灭火技术在高瓦斯矿综放工作面火灾治理中的应用[J].煤炭工程，2013，1:66-68.

[2]阮增定.液态CO2灭火技术在高瓦斯矿井火灾的治理研究与应用[D].太原:太原理工大学，2013.

[3]张超.高瓦斯易自燃煤层采空区CO2防灭火技术研究[D].太原：太原理工大学，2015.

4.2.3 喷洒阻化剂防灭火

使用浓度20%的工业氯化钙（CaCl2） 作为阻化剂，每天利用喷射泵对工作面端头、端尾和支架之间采空区进行喷洒。其阻化率在60%左右，最高可达80%以上，阻化效果较好4.2.4 黄泥灌浆灭火

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