[發明專利]一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區遺煤自燃的方法

有效

• 申請號: 201410769236.1
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104514577A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 秦波濤;秦小文;仲曉星;魯義
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F5/00
• 分類號: E21F5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種防治煤自燃的方法，特別是一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區遺煤自燃的方法。

背景技術

“十二五”期間國家煤炭產業的發展思路主要是“控制東部，穩定中部，大力發展西部”。對于西部地區，國家將大力推進大型煤炭基地建設，特別是重點建設一批千萬噸級的大型現代化煤礦。西部礦區煤炭資源豐富，煤層易自燃、埋藏淺(埋深一般不超過200米)、煤層間距近且頂板基巖薄，工作面主要采用綜采放頂煤技術，由于采動影響易造成大范圍地表塌陷和裂隙，地表易與采空區形成大量聯通的漏風通道，使得地表漏風嚴重，采空區煤炭自然發火十分頻繁；同時采空區連接成片、面積大，加劇了采空區煤自燃的防治難度，極大地影響了礦井的安全高效開采，造成了巨大的經濟損失和重大的社會影響。據不完全統計，西部礦區近十年來發生了200次以上導致封閉工作面的煤自燃事故，直接經濟損失超百億元。

國內外通常采用灌漿、注氮氣、注泡沫、噴灑阻化劑、注凝膠和復合膠體等防滅火技術來防治礦井采空區煤自燃。采用灌漿技術，漿液在采空區只是沿著地勢低的地方流動、覆蓋范圍小、不能向高處堆積、易形成“拉溝”現象；同時西部礦井工作面走向長度大、開采強度高、推進速度快，礦井不適合建立永久地面注漿系統，且西部礦區缺水少土，常規的灌漿實施困難。采用注氮氣技術，氮氣具有惰化火區、擴散范圍廣等特點，近十年來在許多礦區得到推廣應用；但氮氣易隨漏風逸散，其滅火降溫能力也較弱；同時西部礦區埋藏淺，采空區連接成片，采空區面積大且與地表裂隙溝通，難以形成封閉空間，因此常規注氮起不到快速惰化采空區的目的。采用注泡沫技術，雖然泡沫能克服注漿與注氮的一些缺點，并能向高處堆積，但大流量、擴散能力強的泡沫在傾角小的大采空區流動擴散范圍也有限，仍不能完全有效地覆蓋大采空區的浮煤和漏風裂隙。采用噴灑阻化劑技術，阻化劑腐蝕井下設備和危害工人身心健康，防滅火效果也不是很理想。采用注凝膠和復合膠體技術，凝膠或膠體泥漿流量小，成本高，擴散范圍小，不適合防治大面積采空區煤自燃。

發明內容：

本發明的目的是要提供一種以堵漏控風與快速惰化降溫為一體的高效治理淺埋藏煤層大面積采空區遺煤自燃的方法，該方法適用于淺埋藏煤層大面積采空區遺煤自燃的高效防治。

實現本發明目的的技術方案：一種高效治理淺埋藏煤層大面積采空區遺煤自燃的方法，預先判斷采空區遺煤是否發生自燃，一旦發現采空區遺煤發生自燃，首先圈定采空區遺煤自燃高溫區域，其次在井下對大面積采空區連續大流量注氮氣降低采空區氧氣濃度，接著采用均壓防滅火技術減少向采空區的漏風量，同時釋放六氟化硫示蹤氣體定性分析連通采空區的漏風通道并對漏風通道進行堵漏，然后采用地面滅火鉆孔進行治理及探測探測及治理，即注滅火材料治理采空區煤自燃并利用有效的鉆孔判定采空區煤自燃是否熄滅，最后對煤自燃高溫區域以及鉆孔灌注稠化砂漿或高濃度粉煤灰漿液進行充填。

所述的預先判斷采空區遺煤是否發生自燃，是利用井下束管監測系統檢測采空區氣體與井下巷道連通采空區的鉆孔和人工球膽取氣樣色譜分析相結合的方法，所述的鉆孔為取樣鉆孔、瓦斯抽放鉆孔和排水鉆孔，以CO、C₂H₄、C₂H₂的煤自燃標志性氣體的體積濃度大小與濃度變化情況來判斷采空區遺煤是否發生自燃。當CO體積濃度較大且濃度持續大幅度的增加，同時出現了C₂H₄氣體，表明采空區煤自燃的溫度至少超過了85℃；若出現C₂H₂，表明采空區煤自燃的溫度至少超過了200℃。

所述的圈定采空區遺煤自燃高溫區域，其步驟為：

一：由于煤自燃主要發生在松散區及有大量遺煤的地方，因此需判斷采空區壓實區和松散區以及采空區遺煤的分布情況；

二：判定井下采空區的漏風風流及采空區漏風風流路線；

三：模擬研究煤自燃指標氣體在采空區運移分布規律，結合步驟一與步驟二初步圈定采空區遺煤自燃高溫區域；

四：初步圈定采空區遺煤自燃高溫區域后，從地面打108mm的測溫鉆孔，利用鉆孔探測終孔位置附近區域的溫度進行驗證，最終確定采空區遺煤自燃的大致范圍。

所述的對大面積采空區注氮氣，是在井下實施大流量注氮氣，氮氣的流量不小于2000m³/h。