《平煤集团公司2011年科技计划项目》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平煤集团公司2011年科技计划项目（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、平煤集团公司2011年科技计划项目平顶山矿区高瓦斯易燃煤层群自燃规律与科学防治技术研究可行性研究报告承担单位： 平煤股份通风处 开发机构： 阜新兴纪煤矿技术信息服务所 起止年月： 2011年1月12月 项目负责人： 陈德亮 一、概述1、项目名称平顶山矿区高瓦斯易燃煤层群自燃规律及科学防治技术研究2、起止时间2011年1月12月3 承担单位与协作单位技术力量概况承担单位：平煤股份通风处。中平能化集团通风处近年来研究了很多治理瓦斯和火的先进技术，多项获奖，有效地防治了公司高瓦斯易燃煤层群工作面的煤层自然发火，为完成本项目积累了丰富经验。多年来通风处培养了很多防灭火防瓦斯的专业技术人材，为本项目的完
2、成提供了人员的保障。平顶山矿区近年来装备了很多国、内外先进的井下防灭火火设备，为完成本项目提供了物质基础。通风处近年采取走出去，请进来等方法，学习了很多国内外的先进防灭火技术，了解国内外先进的防灭火理论与技术动态，为本项目的科研创新打下了基础。协作单位：阜新兴纪煤矿技术信息服务所协作单位阜新兴纪煤矿技术信息服务所是国内专业的防灭火技术研究所，由国内外著名防火专家徐成林任所长，该专家在平煤集团公司十一矿协作的项目“工作面氮气添加剂防火技术的研究”项目获得了全国煤炭科技进步二等奖；八矿的协作项目“内错中位瓦斯巷工作面瓦斯与火防治项目”获得了2009年全国煤炭科技进步三等奖。近两年在平煤协作的项目均
3、保证了试验工作面的安全回采，项目鉴定为国际先进水平。该专家熟悉平顶山矿区的自然发火状况，承担过全国很多复杂开采条件的防灭火，为本项目的开展积累了经验。该所近年来承担了国外的俄罗斯综放面防火防瓦斯的技术咨询，了解国外的煤矿安全研究现状，为本项目的技术创新提供了保障。4、 项目的现状、研究的目的、意义及国内外技术概况煤炭自然发火是矿井的主要灾害之一。平顶山矿区属多煤层群复杂开采，很多矿井都属高瓦斯突出矿井，地质构造复杂，瓦斯涌出量大，煤层自然发火严重。煤层自然发火一方面影响矿井生产，导致工作面无法开采，另一方面严重威胁矿井安全，尤其是高瓦斯与煤层自然发火同时存在时，可能引起瓦斯煤尘爆炸，形成重大灾
4、害事故。因此，开展平顶山矿区复杂条件下煤层自燃规律及科学防治技术的研究，是实现矿区安全生产所必须解决的难题。煤矿井下自然发火主要与三大条件有关：煤层赋存条件；采煤方法；瓦斯治理方法和煤层防突方法。平煤矿区主要开采己组、戊组、丁组和丙组煤，煤层厚度为110m，倾角为1060，煤层赋存绝大多数为高瓦斯易燃煤层群，既有近距离煤层群；又有近距离复合煤层，既有缓倾斜厚煤层；又有急倾斜厚煤层；由于煤层赋存复杂，因此采煤方法多样化，既有先进的大采高综采和普通综采，又有炮采和悬移支架放顶煤开采。平煤矿区各矿所采煤层瓦斯含量相差较大，既有突出煤层，又有高瓦斯煤层，还有低瓦斯煤层，针对煤层不同的瓦斯浓度，平煤矿采
5、用的治理瓦斯工作面通风方式有：以钻孔抽放为主的U型通风；以风排为主的外错式一进二回偏E型通风方式；以巷道抽放为主的内错中位瓦斯巷偏品字型通风方式。正是由于复杂的煤层赋存、多种的开采方法、多种的瓦斯治理通风方式和极易自然发火的煤层，平顶山矿区历年来井下火灾较多，给矿区的经济和安全造成了很大的损失。由于受历史条件的限制，平顶山矿区历次火灾很多原因不明，为了吸取教训，总结经验，给今后的防灭火提供依据，有必要利用现在实验室的先进方法，对矿区所有煤层的各种赋存条件的最短发火期进行研究，并研究其氧化升温的气体产物，在此基础上对矿区各矿历年发生的火灾进行统计、分析，研究其规律并汇编成资料集。近几年国内外防灭
6、火装备与技术发展很快，平煤各矿也陆续购买了一些先进的防灭火装备，采用很多新技术进行煤层自然发火的防治，但是，与全国先进的矿区相比，防灭火欠帐还很多，特别是矿区内各矿防灭火装备相差较大，有些矿井连最基础的灌浆系统也没有建全，当发生火灾时，没有防灭火装备灭火，使火灾得与扩大，最后导致封采面。为此，有必要对公司各矿的防灭火装备进行统计和评估，根据该矿所采工作面的煤层最短发火期、采空区浮煤的多少、工作面风量大小、采空区的漏风状况、采场深度，巷道压力、瓦斯涌出量和工作面通风方式等，确定矿井应采取的防灭火手段和相应的装备，然后提出建立或建全矿井的防灭火系统的方案。 目前国内外防灭火方法很多，但不能有什么用
7、什么，必须根据各矿的自然发火规律，科学防治。平煤矿区防灭火大致可分为以下几大类：复合煤层开采的综采面，例如戊组煤和己组煤，这类工作面采空区浮煤成倍增加，因此采用以注氮为主的综合防灭火技术，目前国内外氮气防灭火很少做到科学注氮防火，普遍注氮流量较小、不能掌握合理的注氮时机、注氮地点，也没有对注氮后缩小采空区氧化带的范围进行考察，盲目注氮，因此必须研究科学注氮参数和技术。单一煤层开采的综采面，这类工作面采空区浮煤较少，因此采用黄泥或粉煤灰灌浆为主的综合防火技术，应研究合理的灌浆量和灌浆悬浮技术。合层厚煤层悬移支架放顶煤工作面，这类工作面采空区浮煤多、巷道高冒区多，因此除了采用注氮综合防火措施外，还
8、必须研究高冒区的防火技术。合层煤分层综采工作面，这类工作面应主要研究在开采下分层时防止上分层采空区自然发火技术。突出煤层综采面：工作面风量大，采空区漏风严重、氧化带宽，易发生采空区浮煤自燃和上隅角瓦斯燃烧，这种工作面主要研究合理的通风方式，研究防突、防瓦斯与防火的关系。大采高工面：工作面安装和撤架时间长，应主要研究工作面初采和撤架综合防火技术。以上各类工作面的防火均应在对采空区自然发火三带了解的基础上进行，因此还必须研究这几大类工作面采空区三带的分布。通过开展“平顶山矿区高瓦斯易燃煤层群自燃规律及科学防治技术研究”课题的研究，必将使平顶山矿区的防灭火理论、技术和装备上一个新的台阶，彻底根治平顶
9、山矿区煤层的自然发火，保障矿区的安全生产。目前国内以整个矿区立题对全矿区进行防灭火技术研究的有：准南矿区、义马矿区、华亭矿区，窑街矿区，这些研究项目存在的不足之处为：未对矿区历年各次发火进行调查、研究、统计，分析其发火原因，因此对矿区自然发火规律的研究就显得不充分。没有根据矿区的煤层赋存、采煤方法和瓦斯治理方法进行各自防灭火关键技术的选取，而是采取了统一的防灭火技术。二、研究的关键技术与方案1、项目主要研发内容 研究矿区各种赋存条件下所有煤层的最短发火期、氧化升温产物和标志性气体； 研究矿区各矿历年发火原因和规律； 研究矿区各矿防灭火技术、装备与自然发火特点的适应性； 研究矿区防灭火科学注氮参
10、数与技术； 研究复合煤层综采面采空区综合防火技术； 研究合层厚煤层分层开采采空区防火技术； 研究多层煤工作面回采及撤架防火技术； 研究巷道高冒区及松动圈防火技术； 试验工作面采空区立体三带研究； 研究突出煤层防突与防火关系； 研究瓦斯抽放与自然发火的关系； 建立平顶山矿区高瓦斯易燃煤层群防灭火体系。2、预期达到的技术经济指标 提交平顶山矿区各矿历年发生的火灾原因及规律资料汇编集；提交建立或建全平顶山各矿科学防灭火系统及装备方案；平煤矿区在项目研究期间工作面不自然发火。3、项目研究的关键技术 矿区各矿防灭火技术、装备与自然发火特点的适应性 矿区防灭火科学注氮参数与技术 合层厚煤层分层开采采空区防
11、火技术 大采高孤岛工作面回采及撤架防火技术； 4、项目技术路线及方案 初步选择以下矿井的工作面为试验工作面，研究以下内容：十矿研究复合煤层综采面采空区综合防火技术；八矿研究大采高孤岛工作面回采及撤架防火技术；十一矿研究分层开采采空区防火技术；9矿研究合层厚煤层巷道高冒区及松动圈防火技术；香山矿研究厚煤层悬移支架慢推进度防火技术；各矿研究的主要内容采取以下技术方案。 研究矿区各种赋存条件下所有煤层的最短发火期 对矿区各矿正在开采的己组、戊组、丁组和丙组煤如果赋存条件相差较大，或开采深度相差较大的煤层，各取1个煤样，在重庆煤科院实验室研究其最短发火期。研究方法为：通过差示扫描量热法（DSC）测定煤
12、样比热、升温氧化实验确定煤样加速氧化临界温度，以升温氧化实验中气体产物的浓度变化计算煤样的放热速率，根据建立的数学模型解算实验煤样的最短自然发火期。 研究矿区各种赋存条件下所有煤层的氧化升温产物和标志性气体将矿区各矿取样做煤层最短发火期的煤样留下一半，煤样选取后，经密封储存至实验室。采样前先剥去煤样表面氧化层，然后对其进行破碎并筛分出4080目的颗粒50g作为实验煤样。实验过程为：将50g粒度为4080目的煤样置于铜质煤样罐内，将煤样罐置于程序控温箱内，然后连接好进气气路、出气气路和温度探头（探头置于煤样罐的几何中心），检查气路的气密性。测试时向煤样内通入50ml/min的干空气。在程序控温箱
13、控制下对煤样进行加热，当达到指定测试温度时，恒定温度5分钟后采取气样进行气体成分和浓度分析，将测试结果填表，最后得出煤样在各种温度下的气体产物，并从中找出可以预测预报煤层自然发火的标志性气体。 研究矿区各矿历年发火原因和规律通过以下步骤研究各矿的每一次火灾事故原因： 查阅当年发生事故的全过程。查阅当时工作面有关地点的气体情况和温度情况。查阅当时工作面的概况、风量、采煤方法、推进度等。走访当事人。根据实验室对相同赋存条件下相同煤层所作的煤层最短发火期和标志性气体数据，结合工作面当时的推进度，气体和温度数据，分析火灾事故的原因。当火灾原因不明时，计算工作面当时是否达到防火合理进度，其计算公式为：
14、式中：C工作面每月防火合理推进度; K采空区通风散热带宽度和氧化宽度之和，m; e煤层自然发火期，d; n月工作日，为30d。在上式中，煤层最短自然发火期通过实验室数据得出。工作面采空区三带虽然当时没有考察，但是可以根据工作面的风量、长度、煤厚和采煤方法，根据经验估计，然后再对采空区三带用数学模型解算，经验数据加上数学模型解算，就可以大致推算出当时工作面的三带范围，从而可以计算出工作面当时是否达到了防火合理推进度。如果没有达到防火合理推进度，则可断定当时发生的火灾是自然发火，如果达到了防火推进度，基本上可认为当时的火灾是外因火灾。 研究矿区各矿防灭火技术、装备与自然发火特点的适应性调研矿区各矿
15、现有的防灭火装备，分析各矿所采工作面的自然发火因素和发火规律，对照各矿历史上曾发生火灾时，该矿防灭火装备所起的作用，选择该矿应采取的主要防灭火技术和辅助防灭火技术。根据该矿的采煤方法、煤层赋存条件、煤层厚度、工作面长度、风量、工作面通风方式、煤层最短发火期等因素，利用协作单位阜新兴纪煤矿技术服务所丰富的防灭火经验，计算该矿主要防灭火系统的能力和所需的配套防灭火装置的能力，然后提出建立或建全各矿的防灭火装备的方案。目前国内外采用的主要防灭火系统为氮气防灭火系统和黄泥灌浆系统，目前平顶山矿区各矿这两大系统与国内其它矿区相比，严重不健全，欠帐太多，主要表现为：很多矿井目前没有建立氮气防灭火系统，即使建立系统的，与国内其它自然发火的矿井相比，其注氮能力也严重不足。例如国内阜新矿业集团、铁法煤业集团、宁夏
