矿井火灾防治技术范文

时间:2023-11-12 22:35:10

矿井火灾防治技术

矿井火灾防治技术篇1

[关键词]煤矿安全;光纤光栅;光纤光栅传感器;应用

中图分类号:TD791-4;G426 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)29-0301-01

0 引言

我国是世界第一产煤大国,然而每年因煤与瓦斯突出、冲击地压、冒顶、水灾等矿井灾害造成了大量的生命与财产损失。为解决煤矿安全生产中的问题,我国已将传统的传感技术应用于煤矿生产,在一定程度上实现了煤岩动力的灾害、矿井水灾、火灾以及瓦斯气体等的检测。随着煤炭资源的深部开采,矿井环境的日益复杂,传统的传感器由于温度、湿度、风速等环境因素的影响,稳定性和准确度受到严峻挑战。同时,传统传感器的测量精度低、易腐蚀等特点,为有效监测带来了巨大压力。

20世纪70年代末,光纤传感技术进入研究阶段。光纤光栅是光纤传感技术发展的最新成果,它性能优良是一种反射滤波无源敏感元件,能够通过波长的移动来感应外界微小应力、应变变化而实现对结构在线测量。光纤光栅传感器具有不怕恶劣环境、抗电磁干扰、易于传输、测量精确和准分布式测量等优点。同时,光纤传感器也非常适用于煤矿井下单点或多点多参数检测,是煤矿安全监控的理想选择。

1 光纤光栅的传感原理

利用光纤材料的光敏性,光纤光栅中心波长的变化量与应变、温度等物理变化量成线性关系。根据这样的特性,可将光纤光栅制作成应变、温度、压力、加速度、位移等多种传感器,并与光纤传感技术相结合,形成基于现代传感技术的实时在线监测系统。光栅光纤的结构原理;当一宽谱光源射入光纤,经过光纤光栅会有波长为满足波长反射条件的光返回,而其余波长的光波仍然照常传播。只要测出光纤波长的变化,就可以得到外界的应变或温度扰动;而采用一些特殊的方法,用同一个光栅传感器,还可以同时测出应变与温度扰动。监测时,光栅传感器的最大优势是它可以实现应力与温度的准分布式测量,也就是将具有不同栅距的光纤光栅间隔地制作在同一根光纤上,宽带光源从一端入射,由于光纤反射光的光谱只占入射光光谱中很小的一部分,调整各光栅的栅距,使它们的具有不同的,且其光纤光谱互不重叠,就可以用同一根光纤复用多个光栅传感器,实现对待测结构定点的分布式的测量。由于该复用系统中每一个光栅传感器的位置与都是确定的,分别对它们的波长移动量进行检测,就可以准确地对各光栅传感器所在处的扰动信息进行监测。综合所有光栅传感器采集的信息,还可以得到沿光纤轴向的应变场或温度场的分布状态。

2 光纤传感器在煤矿安全监测中的应用

顶板冒落、瓦斯爆炸、矿井突水、矿井火灾、煤尘积聚,还有伴随着深部开采而来的煤与瓦斯突出、冲击地压合称为矿井六大灾害。其中冒顶、煤与瓦斯突出、冲击地压可以统称为矿井动力灾害。通过光纤传感器对煤岩移、支护体应力、温度、瓦斯浓度等相关物理量变化情况的监测,指导矿井灾害的防治。

2.1 矿井动力灾害的防治

煤岩动力灾害是煤岩在外界高应力作用下短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象,其孕育、形成、发生始终与煤岩体应力应变状态及能量积聚释放密切相关。掌握煤岩应力―应变规律,通过实时监测煤岩应力应变状态,可以有效对矿井动力灾害进行预警。近二十年来,锚杆支护被大力推广,已经成为矿山巷道的主要支护形式。锚杆的受力状况反映了矿井巷道整体的力学状态,对矿井动力灾害的防治具有指导意义。西安科技大学柴静等人将光纤传感器运用到锚杆应力应变实时测量中,通过和电阻应变片测量值的比较,体现出了光纤传感器灵敏度、分辨率高,抗干扰能力强,稳定性好的优势。

2.2 矿井水灾的防治

矿井水害是影响和制约我国煤炭生产及煤炭产量的几大障碍之一,随着矿井开采不断向深部延伸,突水的危险性越来越大。渗水或涌水现象在矿井建设和生产过程中常常发生,当水量超过矿井正常排水能力时,矿井采场巷道可能会被淹,造成矿井水灾。导致采矿设备、设施被淹,生产中断,人员伤亡等事故。地表水和地下水是矿井水灾事故的主要水源。因此,可将光纤传感器布置在煤层与含水层之间的关键位置,可实现对隔水层中应力场变化、应变场变化、水压力场变化和水温度场变化的监测和动态分析,从而超前预测矿井水害危险性采取相应的防治措施,保证矿井生产的安全性和连续性。采用光纤传感技术可以克服常规监测方法的抗干扰性差、怕水、易受电磁影响、易受环境影响等缺点,此外,利用光纤光栅可以实现实时监测。根据光栅传感技术,研制出的光纤光栅位移、应力、渗压和温度传感器,可以准确测量相应的煤岩位移、应变、渗压和温度等信息,监测中如果出现应力、位移突然增大或渗压与温度下降,则说明矿井突水危险性增大。

2.3 火灾以及瓦斯气体的防治

矿井火灾和瓦斯气体爆炸一直以来是矿井的重大灾害,一旦发生将会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此,对矿井火灾做好准确的预测预报并且采取相应的的防治措施对煤矿的安全生产是必要的。究其原因,矿井火灾的构成要素有可燃物、氧气和热源,三者以一定的比例相互结合作用从而引发火灾,矿井下的可燃物如煤尘、胶带、坑木、机械设备以及电线是不可避免的,而且井下氧气在正常情况下也是充分的,所以矿井火灾的防治主要是对煤自然、机械摩擦、电线电火花、瓦斯气体爆炸等热源的监测控制。传统的火灾探测技术灵敏度低、传输距离短、精度低且易受干扰,效果不佳,而光纤光栅火灾探测器和温度传感器灵敏度高、测量精确从而缩短报警时间,在长距离的矿井巷道得到很好的应用。在煤仓、溜煤眼、断层附近、采空区和高冒区等火灾高发区安置火灾探测器与温度传感器在,进行实时监测,并给传感器调定一定的报警温度,如果温度升高达到调定温度,传感器即时报警,说明有发生火灾可能,此时采取积极的温度控制措施,降低温度以防火灾发生。此外,光纤光栅温度传感器可以应用在均压防灭火技术中,利用传感系统检测温度变化确定火源位置。均压防灭火技术是应用在自燃防治现场实践中得到了广泛的一种技术,其与一般的防火技术措施相比具有实用性强、经济、简便、易操作等特点。光纤光栅温度传感器在均压防灭火技术防火时可以在线监测温度和压力变化,大大提高防火效果。

3 结语

光纤光栅是光纤传感器根据波长的移动来感应外界微小应力、应变变化而实现对结构在线测量,还可以监测温度、渗压的变化。光纤光栅传感器抗电磁干扰好、耐腐蚀强、测量精度高、性能稳定、易于传输、测量距离长、使用寿命长和读数可靠,可很好解决矿井煤岩动力灾害、水灾、火灾以及瓦斯气体等问题,并能及时预报,保证矿井生产的安全性和连续性。

参考文献

矿井火灾防治技术篇2

关键词:一通三防 粉尘防治 火灾防治 瓦斯防治 矿井通风

中图分类号:TD76 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)01(b)-0061-02

1 一通三防灾害防范技术

1.1 我国煤矿产业的发展现状

目前对于我国的煤矿产业来说,还存在着很多的灾害,例如:尘害、火灾、瓦斯等一系列致命的灾害,这些灾害是不可避免的,必须提高防范措施,来降低煤矿事故的发生。除此之外,由于我国的煤矿多数都是在地下进行开采,由于地质在每个地区的差异很大,一些防范措施并不适合每个矿井的开采,也就会导致开采过程中有很大的灾害隐患。所以,不得不对煤矿的灾害防范措施进行研究。

1.2 一通三防技术对我国煤矿事业的意义

目前,对于煤矿事业来说,“一通三防”技术是最有效的灾害防范技术,它同时也是国家重点的研究对象,并且广泛地运用于很多大中小型煤矿企业,也对煤矿的安全生产是一个重要的保障,例如:瓦斯问题,由于全国煤矿每年都会涌出超过100亿m3的瓦斯,这些大量的瓦斯对于煤矿开采有着十分致命的隐患,而“一通三防”技术可以利用矿井通风以及瓦斯防治等技术,可有效地解决这一问题。

2 一通三防技术的应用

2.1 矿井通风

矿井通风技术就是“一通三防”的一通,它的主要作用是对矿井的瓦斯等危害性巨大的气体以及有害物质进行排放,这项工作是煤矿灾害防范的一项重要的工作。这项技术应用于煤矿产业的具体措施大概要注意1下几点:(1)科学地选择矿井的通风口。对于每个通风口的设计决定是否可以有效地排除危害性物体,如果没有完全地把有害物体全部排除,那样对于煤矿开采人员的安全是有很大的威胁的。(2)认真实施通风工作的分区。每个通风口都是对区域进行通风工作是有限的,所以,要根据一个通风口的通风量,对整个矿井进行分区。使所设立的通风口可以最大可能地对有害物质进行排放。(3)选择抽出式通风的方法,对于矿井的通风工作,通风机的故障会造成通风工作的质量出现问题,所以,一般采用抽出式的通风方法,这种方法对通风机的伤害很小,可以大量减少通风机出现故障,同时还可以保证通风的排量,是理想的通风方法。

2.2 积极开展防治矿尘工作的实施

在进行煤矿开采时,经常会遭到矿尘的干扰,导致煤矿工作难以进行,而且值得注意的是煤矿中产生的矿尘是一种容易爆炸的危险物质,在达到一定浓度时会导致煤矿区发生爆炸,严重的还会导致矿井内火灾的产生以及瓦斯的爆炸。另外如果开采煤矿的工人长时间待在矿尘环境中,会危害其身体和生命的安全。所以,加强矿井内除尘工作的开展十分重要,在矿井内开采煤矿的工人人身安全也应该得到保护,在煤矿开采过程中,既要保证良好的经济效益,也要注重加强对工人生命的保护。煤矿管理人员应该积极地开展防治矿尘的工作,首先管理人员可以在煤矿开采过程中对矿尘的指标进行测量,如果超过了规定的矿尘标准,管理人员可以对矿井内开展湿水作业,即对矿井内加入水汽或者其他安全液体以此来降低矿井内的尘埃指标,使矿井内保持湿润的状态,减少矿尘。对矿井内进行湿水作业的开展,会在一定程度上降低矿尘的飞扬,而且在我国的煤矿开采中多采用这种方式进行矿尘的防治。另外在防治矿尘工作时管理人员还可以在矿井内安装风流净化设备,将矿尘通过净化设备排出去,在我国的煤矿开采作业中,经常采用的风流净化手段主要是湿式除尘装置。这种风流净化装置比湿水作业更加便利,不会影响到煤矿的产品质量,也使得矿井内更加安全。

2.3 加强火灾的预防

在煤矿附近,由于空气中含有大量的易燃杂质,所以,在矿区时常发生火灾,而火灾的原因大部分是因为自燃导致的,一般性的外来源头导致的火灾案例较少。那么笔者就关于第一种自燃火灾进行了对策分析,关于自燃是由于煤矿产生的杂质造成的,所以,在开采之前首先需要对矿区的相关设备进行检查,观察设备是否正常运行,会不会导致煤矿开采工作中断。煤矿管理人员需要培训开采人员具有自我保护与防护的意识和能力,在开采之前,对矿区的自燃现象进行解释和科普,在出现自燃火灾时能够做到灵活应对。此外在煤矿开采时需要采取科学的开采技术,保证煤矿的采出率,减少煤矿暴露在空气中的时间和空间,以最快的速度进行煤矿的开采,减少空气中自燃杂质的增加。另外在煤矿开采时也可以采用预防性灌浆的措施,也就是将水和浆材按比例进行混合,再通过的管道送往容易自燃的矿区,对矿区进行隔氧和降温,对火灾起到较好的防治。最后也可以对矿井内的煤矿进行绝缘,加强阻化剂防火,在矿区内接触到煤矿的地方进行阻化剂的喷洒,防治煤矿与氧气含杂导致自燃。

关于外源火灾的防治,就需要管理人员加强矿区设备的检测,保证安全设备的运作,杜绝一些违规超时的采矿作业。在煤矿区域,严禁人员吸烟,并且在矿区内设置专门的灭火装置和消防器材,规范开采煤矿的工具和设施,不允许⒁兹嫉牟牧虾凸ぞ叽入矿区。管理人员在保证矿区内作业效率的同时,也应该注意矿区内工作人员的安全,在矿井内应该设置消防供水系统,在发生火灾时,矿井内的人员可以进行自救。

2.4 矿井防治瓦斯技术

在我国的煤矿开采中,经常出现瓦斯爆炸的事故,在矿区内由于煤气的泄露导致设备的爆破以及人员的伤害,为了杜绝事故的发生,煤矿管理人员需要加强矿井瓦斯技术,以此来保证矿区内的安全。首先,在进行煤矿开采前就需要将煤矿监测设备安置好,在进行煤矿开采时,以便较快地检测到矿区内的瓦斯是否爆炸。此外除了安装监测设备之外,还可以对矿区内的瓦斯指数进行检测,查看矿井内瓦斯的涌出量是否能够安全作业。随着我国科技的进步,在煤矿开采中瓦斯技术也得到了提高,对一些危险度较高而又不得不开采的煤矿,通常会采取抽放瓦斯技术,即对矿井内的瓦斯量进行科学的排出,使矿井内达到安全作业的目的。抽放瓦斯技术一般应用在透气性较差的煤矿层,瓦斯难以散去就采用抽放技术进行排放,从根本上解决矿井瓦斯爆炸的危害。

3 结语

综上所述,我国在煤矿开采过程中需要改善的矿区技术和条件还很多,随着科技的进步,“一通三防”技术也应该不断加强,只有应用良好的“一通三防”技术才能使得矿区内作业更加高效和安全。“一通三防”技术作为主要的防治矿井灾害措施,对于提高煤矿开采过程中的安全起着重要的作用,在一定程度上也减少了矿区内的安全隐患,并且能够及时地消除各种矿区内灾害。

参考文献

[1] 崔松涛,李腾飞.煤矿“一通三防”安全管理工作质量提升路径探索[J].科技创新与应用,2016(31):102-103.

[2] 时志会.浅谈煤矿一通三防安全生产工作[J].能源与节能,2016(2):145-146.

[3] 李振洋.煤矿“一通三防”潜在问题及其解决措施探讨[J].内蒙古煤炭经济,2016(11):123-124.

[4] 姜军.如何做好煤矿“一通三防”工作[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2015(6):156-157.

[5] 杨栋梁.如何做好煤矿“一通三防”工作[J].内蒙古煤炭经济,2014(3):53-54.

矿井火灾防治技术篇3

[关键词]煤矿;灌浆防灭火;安全

中图分类号:TD 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)23-0034-01

1、 前言

据统计,在大中型煤矿中,煤层具有自然发火危险的占45%左右。综合防灭火设计是矿井安全设计的重要组成部分,由于各矿的具体火灾危险性状况不同,防治火灾的技术条件也不同,因此既可以采用单项防灭火措施,也可以多种系统综合使用,没有一种既定的防灭火方法可以防止或消除所有火灾。具体要根据火灾的成因及其矿井发生火灾的情况,选择合适的防灭火物质和方法,管路、设备、性能等系统性能参数设计也需要单独设计。

二、工程概况

新疆玛纳斯县旱卡子滩乡小白杨沟煤矿位于玛纳斯县城南75km小白杨沟矿区,规模为90kt/a。井田内自下而上可采煤层16层,根据地质报告,井田内煤层均为II类(自燃),各主要可采煤层均属很易自燃煤层,开采煤层有自燃发火倾向。根据统计分析,矿井自燃火源主要分布在采空区、煤柱、巷道顶板、和断层附近。

三、小白杨沟煤矿井下防灭火方法

我国煤矿目前主要采用的防灭火工艺有氮气防灭火、灌浆防灭火、均压防灭火、凝胶防灭火等。本矿防灭火采用以灌浆、注氮和喷洒阻化剂综合防灭火措施,结合矿井实际,本矿设计预防煤层自然发火采用以黄泥灌浆为主防灭火措施。

3.1 灌浆防灭火

(1)灌浆系统的选择

随着采煤工作面向前推进,在采空区随采随灌浆。设计采用集中灌浆系统,在风井工业场地内设有制浆站及储土场,通过自卸汽车将黄土运至储土场备用,采用制浆机制浆,制成的泥浆自流至泥浆池搅拌,再自流至井下进行灌浆作业。

(2)灌浆方法的选择

由于一个工作面的回采时间较长,为防止煤的氧化发火,宜采用随采随灌的工作模式,埋管灌浆的方法。从回风顺槽向工作面采空区灌浆。灌浆时应注意灌好两道、两线(即上下顺槽、切割眼和停采线),在采空区周围密封的泥浆带,以达到即保证灌浆效果,又减少水、土消耗的目的。

设计采用走向长壁综合机械化落煤放顶煤采煤法,灌浆方法采用随采随灌的预防性采后灌浆的方法,灌浆管路需抬高,将黄泥浆均匀洒于放顶煤采空区。

(3)灌浆参数计算及选择

鉴于本矿井特点,设计推荐选用变压吸附式制氮系统。制氮站布置在矿井工业场地内,注氮管路沿斜风井敷设至工作面采空区。根据本矿井各采煤工作面所需注氮量情况,结合国内采用注氮防灭火矿井的设计生产情况,确定选用1套QTD碳分子筛型,产氮量1200m3/h的地面固定式制氮机组。经计算,地面制氮站及副斜井井筒中敷设的注氮管路选用

四、 结束语

煤矿井下火灾的防治是一项复杂的系统工程,需要对煤自燃机理、火灾的早期预测预报、自燃危险区域判定和处理、针对性的防火措施以及综合治理等方面下功夫。同时在巷道布置及开采方法中要采取相应的措施并合理采用配风、充填、堵漏和均压等通风管理技术,减少采空区的漏风,。只有这样,才能够消除或减少发火隐患的产生,从而保证矿井的安全生产。

作者简介

矿井火灾防治技术篇4

关键词 煤矿 灾害事故 矿山安全技术

矿山安全技术是为了实现矿山安全生产所采取的技术措施,它是发现、识别各种不安全因素及其危险性的技术。矿山安全工程是以矿山生产过程中发生的人事伤害事故作为主要研究对象,综合运用自然科学、技术科学和管理科学等方面的有关知识,识别和预测矿山生产过程中存在的不安全因素,并采取有效的控制措施防止矿山伤害事故发生的科学技术知识体系。现代矿山生产系统是一个非常复杂的系统,每种生产作业又包含设备、物资、人员和作业环境等要素。一起矿山伤亡事故的发生,往往是许多要素相互复杂作用的结果。因此,对矿山灾害事故的处理,应采取相应的治理措施。

一、我国煤矿自然现状不容乐观

目前全国的煤矿煤矿数量多,超过世界上其他主要采煤国家的煤矿总数,大、中、小并存,差异大。生产能力分散,生产集中度过低,大多数小煤矿安全生产技术与装备水平低下。抗灾能力差,给安全生产管理带来困难。

当前对煤矿安全生产威胁最大的仍然是瓦斯,煤尘,水,火,顶板等几大自然灾害。近年来多数国有煤矿对主要和霞要的防灾系统环节进行了技术改造,建立了合理的通风系统,相当部分高瓦斯矿井新建了瓦斯抽放系统.多数高瓦斯矿井和部分低瓦斯矿井建立了安全监测监控系统.国有煤矿防灾抗灾能力有了较大提高,安全生产效果明显。但在防排水,防灭火,防尘,机电运输等方面实施技术更新改造和投入的力度普遍不大,进度相对滞后;在煤与瓦斯突出机理,预测预报,防治等难题上缺乏联合科技攻关。国有重点煤矿的防灾系统相对较完善,国有地方煤矿存在的问题比较突出。

从业人员安全素质差的具体表现为:职工对安全重视不够,没有把安全放在重要位置,总是认为安全是别人的事情,与自己无关。到最后所伤害的不仅仅是自己,还可能伤害他人或被他人伤害,对家庭的正常乍活带来痛苦。特别是企业的主管,认为生产象打仗,哪能不发生工伤事故,没有把职工的身体健康摆在首位,摆不正安全与生产的关系,也就不能加强对职工的安全教育和管理,更不能保证设备,设施的本质安全,使违章行为不断出现,导致事故的不断发生。安全管理主要是由管理人员凭主观意志和经验进行工作,管理技术和手段落后。这种管理模式,由于受管理人员的知识,经验和责任心的限制,很难适应矿井灾害事故的复杂多变条件。

二、灾害事故发生的特点

各个矿井、甚至在同一矿井的不同时期,由于自然条件、生产环境和管理效能不同,其发生原因和发展过程具有其独特性,造成的后果也不尽相同。就总体而言,所有重大灾害事故都有其共同的特征。

1、突发性。重大灾害事故是在瞬间突然发生的。它在人们心理上造成的冲击最为严重,往往使救灾指挥者制定出错误救灾方案,灾区人员自救失误,造成重大损失。

2、灾难性。造成多人伤亡或使井下人员的生命受到严重威胁,若指挥决策失误或救灾措施不得力,往往酿成重大恶性事故。

3、破坏性。重大灾害事故发生后,往往使矿井生产系统遭到破坏。给国家造成重大损失,而且还给抢险救灾增加了难度。特别是通风系统的破坏,使有毒有害气体在大范围内扩散,造成更多人员伤亡。

4、继发性。在较短的时间里重复发生同类事故或诱发其他事故,称为事故的继发性。如火灾可能诱发瓦斯煤尘爆炸,也可能引起再生火源,爆炸可能引起火灾,也可能出现连续爆炸;煤与瓦斯突出可能在同一地点发生多次突出,也可能引起爆炸。

三、灾害事故的预防措施

1、瓦斯爆炸的防治。防止矿并瓦斯爆炸的关键是防止瓦斯集聚,其具体措施有:合理选择最佳通风系统,实行独立通风和分区通风,必须采用机械通风,加强通风管理。保证供风:及时密闭采空区,加强对通风设施的管理,提高通风设施质量,在允许范围内提高风速,稀释和排出井下涌出的瓦斯,严格瓦斯检查制度,必须做到按时、按地点、按规定次数对瓦斯进行检查,不准空班漏检。采用瓦斯检定器监测,监测到瓦斯超限或积存时,应立即通报有关部门,查明原因,及时处理。对瓦斯涌出量大的矿井,应采取瓦斯抽放措施,降低瓦斯涌出量。此外,还应采取杜绝火源,防止引燃瓦斯;严禁携带烟草和点火工具下井;井下禁用电炉,不得随意搬迁电气设备,一切电气设备都必须符合安全规程规定的要求。

2、突破关键技术,实现支撑发展。目前在防治灾害方面主要突破重点为:研究适合高地应力高瓦斯、松软突出煤层条件下的钻机和钻进工艺及瓦斯抽放技术;研究处理能力强,智能化程度高的煤矿灾害预警技术,提高监控系统对瓦斯等灾害的预警能力;开发红外、光纤维等光学原理的气体测定仪和传感器,为煤矿提供新的检测技术;尽快突破、完善工业以太网加现场总线的宽带网络型煤矿安全监控系统的技术关键,为安全监控系统升级提供支撑;提高热催化元件的寿命和稳定性,确保瓦斯监测、报警的需要;研究井下、地面、采煤采气协调开发技术,把高瓦斯煤层转化为低瓦斯煤层,实现安全生产的技术与装备;研究矿井隐伏导水构造及探测老空区空间积水布置、深度富水状态等关键的高精度物探技术。

3、加大煤矿安全投入,提高矿井抗灾能力。采取国家、当地政府及企业共同投入,重点以企业为主体,企业法人负责的办法,筹集资金,解决基础设施不完善或系统不合理、通风能力不足问题,夯实基础,提高装备水平提高矿井抗灾能力,保证煤矿安全、长效、持续、稳步发展。

四、结语

矿井火灾防治技术篇5

关键词:瓦斯;灾害治理;技术

瓦斯灾害已成为制约煤矿安全生产和煤炭工业发展的重要因素,为此,国家煤矿安全监察局实施了“科技兴安”战略,并提出了“先抽后采、监测监控、以风定产、综合治理”的瓦斯治理“十六字方针”,与此同时,我国的各类科技计划也逐步加强了瓦斯灾害治理技术研究开发的支持力度。

1瓦斯治理技术的研究成果

1.1 瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术

瓦斯煤尘爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大灾害之一。近年来,我国在煤尘着火机理及瓦斯煤尘爆炸机理研究方面,建立了粉尘云着火及燃烧过程简化模型,得出了粉尘空气混合物点火过程中慢速导热燃料模式到快速辐射燃烧模式的转变具有爆炸特征,试验系统中点火诱导期与高温固体颗粒燃料产物的质量分数和燃烧阵面中的热辐射有关,在爆炸极限范围内颗粒相浓度与颗粒点立温度越低火焰加速效果越明显,辐射热损失可能导致燃烧区域的重构,粉尘空气混合物火焰稳态结构发生明显变化等重要结论;通过研究得出了瓦斯煤尘共存条件下煤尘云着火特征参数计算方法,揭示了瓦斯爆炸过程中爆炸波和火焰的变化特征。

在取得上述成果的基础上,建立了矿井瓦斯煤尘爆炸危险性评价模型,用事故树方法分析了掘进、采煤工作面瓦斯煤尘爆炸发生的影响因素及权重、可能发生事故的模式和避免爆炸事故发生所要采取的途径。确立了矿井采煤工作面、掘进工作面瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价指标体系,并将指标分为爆炸易发性指标和爆炸后果严重性指标。前者包括自然因素、技术因素、管理因素和经济因素四方面指标,后者包括煤尘爆炸指数、沉积煤状况、隔抑爆方式、隔抑爆用水量、井下作业人员、以往事故损失及矿山救护能力等。

1.2 煤与瓦斯突出区域预测技术

采用瓦斯地质理论与物探技术相结合的方法进行突出区域预测,一直是国内外的研究方向。

(1)我国采用瓦斯地质方法,建立了瓦斯地质理论与物探技术相结合的多技术(数字地震勘探、无线电波透视和构造软煤测井曲线识别)集成的多尺度(矿井突出区和工作面突出带)瓦斯突出区域预测瓦斯地质方法,提出了以瓦斯地质单元基础的由构造软煤厚度(H)和煤层瓦斯压力(P)相配套的突出区域预测瓦斯地质指标,初步确定构造软煤厚度的突出临界值为0.90m;

(2)开发了具有信息输入、动态管理和空间分析功能的瓦斯突出区域预测WebGIS信息平台,实现了瓦斯突出区域瓦斯地质方法的自动化和可视化;

(3)采用地质动力区划的方法,确定了活动构造和岩体应力状态对突出的影响,并划分出应力升高区、应力降低区和应力梯度。为此开发了突出多因素模式识别概率预测计算机软件,确定了活动断裂、最大主应力、应力梯度等8个主要影响因素,并可方便地划分突出的危险区、威胁区和安全区,开发出了突出区域预测决策分析系统软件,实现了图、文、声、像的可视化;

1.3 煤与瓦斯突出动态预测技术

煤与瓦斯突出的非接触式预测是通过对瓦斯或煤体本身的信号的实时监测而进行的连续动态预测技术。这种方法具有测试简单、不与生产发生冲突、实时连续监测等优点。

通过分析瓦斯涌出动态变化规律与突出危险性的关系、实时监测瓦斯动态涌出特征波形、提取与突出危险性相关的特征指标,建立了煤巷掘进炮后30分钟的吨煤瓦斯动态涌出量指标、瓦斯涌出变异系数指标、炮后瓦斯涌出最大速率指标等连续预测指标,研究确定了这几种指标与炮掘工作面突出危险性的关系及指标临界值,以此综合判断工作面所处地点的安全状况以及前方的潜在危险性,实现了炮掘工作面瓦斯动态涌出预测,为我国煤矿提供了一种新的瓦斯涌出量预测方法和煤与瓦斯突出预测工艺技术;

通过连续监测含瓦斯煤岩流变破坏过程中产生的电磁辐射信号强度和脉冲数及其变化的研究,实现了对煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害现象的预测预报,研究并揭示了电磁辐射与煤与瓦斯突出影响因素间的关系,提出了临界值法与动态趋势法相结合的煤岩动力灾害预警方法,成功开发了煤岩动力灾害非接触电磁辐射连续监测仪,实现了煤岩动力灾害的非接触、连续动态监测及煤与瓦斯突出预警。

1.4 高产高效矿井瓦斯灾害综合治理技术

加强瓦斯灾害的治理是防止煤矿重特大事故发生的重要保证。高瓦斯煤层群保护层开采、低透气性煤层瓦斯强化抽放、巷道边掘边抽等技术是瓦斯治理的有效措施,也一直都是煤矿瓦斯治理的重点和难点。在煤层群保护层开采方面,通过开展了保护层作用机理的研究,利用三维离散单元法对淮南矿区保护层开采后,采空区顶、底板煤岩体应力重新分布的规律、顶底板变形和破坏特征进行了数值模拟研究,从理论上计算了保护层开采后卸压范围向顶、底板方向发展的深度,为确定被保护层的保护效果和卸压范围提供了可靠的理论依据。

针对首采保护层开采时,上下高瓦斯突出煤层的瓦斯集中向首采工作面涌出的特点,并考虑到确保和提高防突效果的要求,成功试验了多种首采层瓦斯综合治理技术措施;

保护层底板巷道向上穿层钻孔抽放瓦斯技术、被保护层顶板煤(岩)巷道向下穿层钻孔抽放技术、首采层(保护层)顶板巷道抽放技术、首采层(保护层)顶板走向钻孔抽放技术、首采层(保护层)工作面采空区埋管抽放技术、首采层(保护层)掘进工作面边掘边抽技术。在试验研究中还在实际层间距70m(相对层间距35倍)近水平煤层群的下保护层开采和80-90急倾斜近距离煤层群的下保护层开采上取得了重大进展;

在顺煤层强化抽放方面上,通过试验和理论研究,形成了一套在顺煤层钻孔中运用高压水射流扩孔和钻扩一体化技术提高瓦斯抽放效果的成套技术和装备,以及对石门揭煤抽、排瓦斯钻孔扩孔的工艺技术和方法。扩孔后钻孔直径达到200-300mm,为扩孔前的4.5倍,最大扩孔直径达619.9mm。扩一个钻孔的时间相当于施工一个钻孔时间的1/6,而一个扩孔钻孔的抽排放瓦斯及防突效果相当于2个以上的钻孔,明显提高了瓦斯抽放的效果;

在瓦斯抽放效果评价方面,研究了根据煤层的最小突出瓦斯压力、瓦斯含量为依据,合理确定评价预抽防突措施有效性的预抽率指标和临界值的方法。下向钻孔及深孔预裂爆破是提高瓦斯抽放效果的另一重要技术途径。通过试验研究,解决了下向钻孔施工中的排渣、排水等技术难题,取得了下向孔钻探长度达到70.1m的良好效果。研究中完善了适合于高瓦斯低透气性、有突出危险煤层深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术和石门快速揭煤技术;

对于单一低透气性突出煤层巷道掘进的瓦斯抽放技术难题,通过理论分析和试验研究,发现煤层巷道掘进工作面和巷道两帮的煤体在松动和原始煤体之间存在的随巷道向前掘进而向前移动的蠕变“u”形圈,在“u”形圈内煤层的透气系数成百倍地增加;

分析了煤层赋存参数、瓦斯抽放参数对抽放钻孔抽放瓦斯效果的影响,确定了有效抽放半径与抽放时间的关系、抽放负压和抽放量的关系,并据此合理布置边抽边掘钻孔,其截流抽放瓦斯率可达到30%以上,并且煤体的强度有较大增加。

1.5 矿井通风系统安全可靠性评价与决策技术

矿井通风是保障煤矿安全生产的关键性环节,合理的通风是防止瓦斯积聚、抑制煤炭自燃和火灾蔓延扩大的重要手段,通风系统布置不合理或管理不当,则是导致瓦斯积聚和自然发火及造成瓦斯、火灾事故进一步扩大的主要原因。集约化生产的大型矿井实行一矿一面已成趋势,要求通风系统具有更强的稳定性、可靠性和合理性,具有较强的抗灾能力。

在灾变风流动态模拟及虚拟现实技术方面,研究并完善了一维动态模拟技术,开发了矿井灾害风流流动模拟的GIS显示系统,实现矿井灾变动态模拟结果在矿井通风系统图各巷道通风参数的动态显示,提高模拟结果与各巷道的对应性,减少矿井灾害防治及救灾决策中应用灾变状态各参数的失误率,提高决策效率。研究出了矿井火灾区域内烟流流动的三维数值模拟研究和矿井巷道中火灾烟流流动的虚拟现实技术。

在通风系统自动调控方面,成功研究了井下自动控制风门及远程控制技术,研制出了带有卸压窗和撞杆自动开启装置的远程自控风门,实现了井下人、车信号分离,采用控制命令分级管理的方法,彻底贯彻了“生产服从救灾,行人服从行车”的风门管理理念,有效地提高了通风系统的稳定性和安全可靠性。

2 存在的问题和急需开展的研究

煤炭是我国国民经济发展的基础能源,煤矿安全是煤炭工业走新型工业化道路、可持续发展的前提和保证。瓦斯灾害治理是煤矿安全工作的重点。对煤矿瓦斯灾害进行监测监控、预警防治等瓦斯综合治理技术措施,是减少煤矿伤亡事故,提高安全生产水平的重要手段。目前,煤矿安全工作面临两大的挑战。

(1)根据矿区煤层条件不同、瓦斯赋特征不同、生产条件的变化,采用新的科技手段进一步完善提高现有瓦斯灾害治理技术体系并进行适应性研究,如采用现代通讯技术、自控技术、计算机技术和传感技术,解决我国现有煤矿安全监测系统相互不兼容、无法互联互通的技术难题;

(2)不断解决瓦斯治理技术研究中出现的新问题,如伴随我国东部深井开采带来了“三高”和深部矿井的延期突出问题,松软低透气性煤层长钻孔瓦斯抽放技术难题。

3结 论

矿井火灾防治技术篇6

【关键词】内因火灾;防灭火

1 引言

矿井火灾为煤矿的一大灾害,一旦矿井发生火灾,轻则影响安全生产,重则烧毁煤炭资源和物资设备,造成人员伤亡,甚至引发瓦斯、煤尘爆炸。根据不同引火热源,矿井火灾可分为内因火灾和外因火灾。我国是一个矿井火灾灾害较严重的国家,根据对我国国有煤矿的不完全资料统计,内因火灾占矿井火灾的比例大约为90%。正因为如此,本文主要介绍矿井内因火灾的防灭火技术。

2 矿井内因火灾的防灭火技术

煤炭自燃的防治也应本着“预防为主”的方针,主要是加强开拓开采及通风的管理。防止煤炭的自燃,首先是杜绝可燃物及可燃物聚热环境的形成,如尽量使煤炭不处于破碎状态,同时保证煤炭有良好的通风环境,以使煤炭自热产生的热量能迅速散发出去,避免煤炭进一步升温而形成自燃火灾。目前,防治内因火灾的技术主要有以下几种。

2.1 选择合理的开拓开采技术

在进行开拓开采系统设计及选择采煤方法时应遵循以下原则。

(1)开采容易自燃、自燃的厚煤层或近距离煤层群时,尽可能将运输大巷、回风大巷、采区上下山、集中运输平巷和集中回风平巷等服务时间较长的巷道布置在不易自燃煤层或底板的岩石中。

(2)工作面保持合理的推进度。

(3)尽量采用长壁式采煤方法,推行综合机械化采煤,采用全部陷落法管理顶板。

(4)推广无煤柱开采,减少采空区浮煤。

2.2 从通风系统的设计入手

为了加强矿井的防灭火,在对通风系统进行设计时需考虑以下要求。

(1)矿井通风网络结构简单;

(2)风网阻力适宜;

(3)主要通风机与风网匹配,主要通风机运行的工况点位于高效区内;

(4)通风设施布置合理,通风压力分布适宜,在回风区段内,尽可能不要安设风门、风窗等;

(5)采区应采用分区通风,采面采用U 型后退式开采。

2.3 火灾防治基本方法

2.3.1 直接灭火

在条件可能的情况下,对火源采取措施,直接灭火,主要方法有:

(1)用水灭火。该方法是常用的灭火方法。

(2)泡沫灭火。主要用于火源集中、泡沫易堆积场合,如井下巷道、采掘工作面、工业广场、仓库等。

(3)干粉灭火。该类灭火器有喷粉灭火器等。按照各类灭火器的使用说明进行使用。

(4)砂子和岩粉。主要用于扑灭电气火灾,如机电硐室、井上下变电所。

(5)挖除火源。将火源直接从着火点挖除,破坏燃烧条件中引火源这个条件,达到灭火的目的。

2.3.2 隔绝灭火

当火势发展到一定程度,不能立即采取措施处理,只有立即砌筑密闭,封闭火区,隔绝灭火。具体做法是:在通往火区的所有巷道内以最快的速度,在最短的时间内建立起防火墙,阻断氧气的供给使火源熄灭。这种灭火方法最适宜无法直接扑灭或直接灭火无效、火势猛、火区范围大的火灾。根据封闭火区的防火墙所起作用不同,可分为临时防火墙、永久防火墙、耐爆防火墙。

2.4 灌浆防灭火

预防性灌浆方法有多种,根据采煤与灌浆先后顺序关系可分为:采前预灌、随采随灌和采后灌浆。采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆,适用于老空区过多、自然发火严重的矿井;随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆,主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆,能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理;采后灌浆就等回采结束后,将整个采空区封闭起来后进行灌浆。

2.5 阻化剂防灭火

目前,我国常使用的阻化剂有水玻璃、氢氧化钙、工业及卤块等。阻化剂防火工艺大致如下:在工作面轨道巷适当位置放置两辆矿车作为阻化剂药箱,交换使用,按需浓度将工业CaCl2倒入1 吨矿车内,用临时供水管路按比例加足清水,配成溶液搅拌均匀后,用煤矿用液压泵将阻化液沿顺槽和大溜电缆槽下方铺设的φ25mm 高压胶管压至工作面,与φ13mm 的胶管和喷枪相连。一台泵配一支喷枪,由专人手持喷枪,从支架间隙向采空区喷洒,每间隔5 组支架喷一次,每次喷洒至少6min,流量不小于35L/min。

2.6 均压防灭火

均压是指均衡漏风通道进出口两端的风压以杜绝或减少漏风量的措施,有人称为调压。均压防灭火技术大体可分开区和闭区为两类。

开区的均压在生产工作面建立均压系统,以减少向其后部采空区漏风,抑制遗煤自燃,防止CO 等有害气体超限聚积或向工作面涌出,从而保证工作面正常回采,称之为开区均压防火。针对不同形式的漏风,查清主要漏风通道、漏风范围、降低或改变其端点压差是实现开区均压的关键。

在有可能发生煤炭自燃而已封闭的区域采取均压措施可以防止火灾的发生,在已经因火灾而封闭了的区域采取均压措施可以加速火区的熄灭。前者称闭区均压防火,后者称闭区均压灭火。

2.7 惰性气体防灭火

注氮方式分为开放式注氮和封闭式注氮:开放式注氮即对正在开采的采空区进行注氮;封闭式注氮即对已封闭的采空区或火区进行注氮。在不影响工作面的正常生产和人身安全时,可采用开放式注氮。火灾及其火灾隐患影响工作面的正常生产,或突然性外因火灾,或瓦斯积聚区域达到爆炸界限时,可采用封闭式注氮。注氮防灭火方法有连续性注氮、间断性注氮两种:工作面开采初期和停采撤架期间,或因地质原因,或因机电设备原因造成工作面推进缓慢,宜采用连续性注氮;工作面正常回采期间,可采用间断性注氮。

注氮工艺大致如下:根据矿井实际情况,选用埋管注氮工艺,即在工作面的进风顺槽沿采空区埋设一趟管路,其中第一个氮气释放口设在开切眼。当第一个释放口埋入采空区30m 后开始注氮,同时埋入第二趟注氮管路。当第二趟注氮管口埋入采空区30m 后向采空区注氮,同时停止第一趟管路注氮,并又重新埋设注氮管路,如此循环,直至工作面采完为止。

2.8 凝胶防灭火

凝胶由基料、促凝剂和水按比例混合而成。主料为硅酸钠水溶液、促凝剂为碳酸氢钠。其注胶顺序为:先注终孔位置较低的钻孔,再注终孔位置较高的钻孔,防止因注高位孔时,堵塞低位孔。

凝胶防灭火技术具有灭火速度快、安全性好、火区启封时间短、火区复燃性低等特点。

2.9 三相泡沫防灭火

防治煤炭自燃的三相泡沫由固态不燃物、惰性气体和水三相防灭火介质组成。三相泡沫集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体,利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火,大大提高了防灭火效率。三相泡沫具有发泡体积量大,单位体积的浆体材料成本低的优点。

其制作系统、压注工艺如下:制作系统由制浆站、过滤器、注浆管路、发泡剂定量添加装置、混合器、发泡器、压风装置组成。其主要工艺流程如下:在制浆站中将一定比例的水与粉煤灰混合形成的浆液送到注浆管路中;通过定量添加泵将发泡剂注入到注浆管路中;浆液与发泡剂在混合器中充分搅拌混合后进入发泡器,在发泡器中接入压风管路,气体与粉煤灰浆体相互作用产生出高倍数的三相泡沫,泥浆在动力和重力的作用下经钻孔压入火区或采空区。

3 结束语

本文主要从开拓开采技术、通风系统设计、灌浆防灭火、阻化剂防灭火、均压防灭火、惰性气体防灭火、凝胶防灭火、三相泡沫防灭火等方面对矿井的内因火灾防治进行了介绍。在矿井的实际生产中,技术人员可根据矿井自身的实际情况,选取合适的方法对矿井的内因火灾进行防治,希望本文能够起到一个抛砖引玉的作用。

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矿井火灾防治技术篇7

关键词:煤矿;一通三防;煤炭开采;防治方法

1. 引言

近年来,我国矿业开采中发生的一次次安全事故,一次次血淋淋的教训,充分证实目前我国对于煤矿开采中的安全事故并没有得到很好的控制,然而这些事故以及安全隐患对参与生产的工人产生了巨大的人身威胁,这些对于我们加强实施“一通三防”的安全管理工作来说是必须和迫切的。所谓“一通”是指在矿井地下要进行通风作业,在煤矿生产中,这是最为重要的,也是首要的。如果不进行任何通风措施的情况下,在井下就无法进行工作。矿井通风的原理是利用矿井的主扇使地面的大气进入井下,将有害的气体和矿尘杂质从井下排出,为井下作业创造良好的环境。“三防”是指的防火灾、防治瓦斯、防治矿尘,从而使生产保证安全。在我国,不管是现在还是将来,“一通三防”的管理工作,在煤矿开采的工作过程中都必须作为最首要,最重要的任务。所以本文首先对“一通三防”现状进行阐述,进而深入分析“一通三防”的工作特性,最后对于如何做好“一通三防”工作提出了相关的防治方法,希望能够通过本文的相关阐述为我国的煤矿事业安全有效的生产提供理论支持。

2. 当前我国“一通三防”的现状及特性

2.1 “一通三防”的现状

首先,目前我国煤矿的通风系统存在不少的问题,这些问题形势多样。由于经过多个时期的改造,使得通风系统维护、排查问题都很困难,目前使用的很多通风系统电机功率以及整个设计线路达不到要求,从而使通风达不到标准;第二,瓦斯排放不能达到专业要求,消除瓦斯隐患的方式太少,不能满足要求;第三,防火也急需加强,火灾发生过程中,迅速将安全区和危险区划分开,避免由失火引发的二次坍塌等问题目前都难以实现,有的矿区连灭火设备也未全备,当发生火灾时,由于灭火设备不足而造成灭火速度降低,从而增加了火灾发生后引发的危害性,火灾发生后期的填埋工作也是十分重要的,而很多煤矿企业忽略或缺乏火焰的填埋工作。第四,对于“一通三防”工作最为复杂的问题是防尘,矿尘很容易就会引起爆炸,十分危险,需要工作人员加强自我保护意识,提高对细节的注意,目前很多煤矿安全事故是由于工作人员安全意识薄弱导致的。

2.2 “一通三防”工作的特性

“一通”是指在矿井地下要进行通风作业,“三防”是指防火灾、防治瓦斯、防治矿尘。只有做好“一通三防”的工作,才能保证生产人员的生命安全。所以我们要对其特性进行了解,从而应对突发问题。

突发性。即该事故发生在人无法预料的情况下,是突然发生的,同时也正是因为突发性的特性,从而给人们带来更大的心理伤害,更大的生命危害,使人们更难防范。

重大灾难性。发生“一通三防”事故时,将威胁所有井下工作人员的生命,如果抢救不力,将造成恶性事故,同时导致大量人员伤亡,危害性极大。

破坏性。发生重大的“一通三防”事故后,井区的生产遭到破坏,生产中断,设备损坏,造成巨大的经济损失,同时为抢救工作提高难度,尤其是通风系统的损坏,使井下环境更加恶劣,导致更多人员损失。

继发性。发生重大的“一通三防”事故后,很可能在短时间内引发其他恶性事故发生,如爆炸引发火灾或者火灾引发矿尘、瓦斯爆炸等等。

3. 一通三防工作的防治方法

目前,我国的煤矿开采等地下作业仍然存在许多的安全隐患。如火灾、瓦斯爆炸以及矿尘爆炸等事故时时刻刻的对地下矿井工作人员的生命产生危害。作为煤矿企业更应该具备安全意识,对“一通三防”安全隐患有清楚的认识,同时将“一通三防”工作不管从制度上还是从技术上做好,排除安全隐患,减少事故,使煤矿开采能够有序,安全进行。那怎样才能使“一通三防”工作做好呢?发生事故的最重要的原因是安全管理制度不健全,企业未能将安全责任放在实处,如企业对井下的管理和布置不合理以及生产秩序、安全应急方案不成熟等。企业只有加强安全工作的改进和完善,按照国家相关安全生产的规定进行执行,同时对安全制度严格落实,提高员工的安全意识,对存在的安全隐患及时解决,才能预防和消除安全事故的发生。以下几点是对“一通三防”的防止方法:

加强对矿井的通风管理。加强通风,能够将井下的粉尘以及有害气体等排出到井外,是瓦斯以及粉尘爆炸事故预防的重要方法。应通过以下几点提高矿井通风:首先,选取合适的通风系统,使各个分区都能满足通风要求;第二,为避免主通风故障,选取抽出式通风方式,释放采区的瓦斯和粉尘;第三,对各个工作分区进行通风量分配,保证各工作面的通风量。还有,企业应建立专门负责机构,对井中通风情况以及瓦斯浓度等数据进行实时监控和测量,如发现异常,应迅速做出反应,汇报上级并采取相关措施,避免出现安全事故。

加强瓦斯的治理。在井下开采工作的过程中,会出现许多的有害气体,当这些气体汇聚在一起,到达一定浓度的时候会产生爆炸,有害气体的产生不能避免,只有通过加大通风量,给各工作区合理分配通风量,使气体浓度降低,并密切关注井下的有害气体情况,做好防护措施。

加强对火灾的预防。火灾有自然火灾和外源火灾,对于自然火灾的最有效的预防首先是通过灌浆的方式,通过将水与浆材按一定比例混合成浆液,送去可能发生火灾的工作区;其次也可以用阻化剂防火,第三用调压设备对井下压力进行控制,减小井内压力差,从而减小火灾发生的可能性。外源火灾主要是由于人为的疏忽导致的,预防外源火灾主要是从杜绝明火,配备灭火设施,应用不燃的设备,在井下装配消防供水系统等等。

加强对矿尘的防范与治理。首先,井下采用湿式作业。即是在采矿过程中,通过安全液体或水接触粉尘从而达到使粉尘在空气中浓度降低,这是最常用的方法并且方便效果好、成本也低。第二,通过风流净化来降低粉尘的浓度。是使空气中的粉尘通过专门的除尘工具后,将粉尘出去的方法。

加强“一通三防”人员培育管理。人为因素是煤矿安全生产中至关重要的一环,培育一支“一通三防”的专业队伍至关重要。所以应该从以下几方面进行培育:第一,应对从业人员进行全面的“一通三防”知识培训;第二,对所有井下工作人员进行安全知识普及,提高工作人员的安全意识,降低或避免因人为因素而造成的事故。

4. 结语

目前,我国的煤矿开采等地下作业仍然存在诸多安全隐患。因此对我国煤矿企业而言,加强“一通三防”工作十分重要,只有贯彻好“一通三防”,煤矿生产才能保证安全。所以不管是政府部门还是企业都应做好“一通三防”工作,将矿井通风做好,预防火灾,预防和治理瓦斯和煤尘,从而使我国的煤矿开采工作安全有效的进行。

参考文献

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[2] 黄吉宏.煤矿“一通三防”的技改革新[J].中国科技博览.2011(19)

[3] 崔彦军,夏温生.浅析煤矿一通三防工作的特性及防治对策[J].时代报告:学术版.2012(3)

[4] 刘柱.煤矿“一通三防”灾害治理分析与对策[J].科技信息.2012(2)

矿井火灾防治技术篇8

瓦斯是我国煤矿的主要灾害因素之一,瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害严重威胁着我国煤矿的安全生产。由于灾害因素多、治理难度大,矿井瓦斯一直是我国煤矿安全工作的重点和难点。目前,我国所有煤矿均为瓦斯矿井,据统计,在100个国有重点煤炭生产企业的609处矿井中,高瓦斯矿井占26.8%,煤与瓦斯突出矿井占17.6%,低瓦斯矿井占55.6%。国有地方和乡镇煤矿中,高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井占15%左右。部分局矿的情况更为严重,如淮南矿业集团所属11对矿井均为突出矿井,平顶山煤业集团所属的13对矿井也全部为高瓦斯或突出矿井。

瓦斯灾害已成为制约煤矿安全生产和煤炭工业发展的重要因素,为此,国家煤矿安全监察局实施了“科技兴安”战略,并提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理“十二字方针”,与此同时,我国的各类科技计划也逐步加强了瓦斯灾害治理技术研究开发的支持力度。“十五”以来,科研院所、高等院校及企业以产学研结合方式开展了攻关研究,在瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出预测、保护层开采、顺煤层瓦斯抽放及矿井通风系统监测、评价与决策控制等方面取得了重大进展,并获得了一批重要的科技成果。

2瓦斯治理技术研究的新成果

2.1瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术

瓦斯煤尘爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大灾害之一。近年来,我国在煤尘着火机理及瓦斯煤尘爆炸机理研究方面,建立了粉尘云着火及燃烧过程简化模型,得出了粉尘空气混合物点火过程中慢速导热燃料模式到快速辐射燃烧模式的转变具有爆炸特征,试验系统中点火诱导期与高温固体颗粒燃料产物的质量分数和燃烧阵面中的热辐射有关,在爆炸极限范围内颗粒相浓度与颗粒点立温度越低火焰加速效果越明显,辐射热损失可能导致燃烧区域的重构,粉尘空气混合物火焰稳态结构发生明显变化等重要结论;通过研究得出了瓦斯煤尘共存条件下煤尘云着火特征参数计算方法,揭示了瓦斯爆炸过程中爆炸波和火焰的变化特征。

在取得上述成果的基础上,建立了矿井瓦斯煤尘爆炸危险性评价模型,用事故树方法分析了掘进、采煤工作面瓦斯煤尘爆炸发生的影响因素扩权重、可能发生事故的模式和避免爆炸事故发生所要采取的途径。确立了矿井采煤工作面、掘进工作面瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价指标体系,并将指标分为爆炸易发性指标和爆炸后果严重性指标。前者包括自然因素、技术因素、管理因素和经济因素四方面指标,后者包括煤尘爆炸指数、沉积煤状况、隔抑爆方式、隔抑爆用水量、井下作业人员、以往事故损失及矿山救护能力等。开发出了瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术和专家系统软件,并建立了瓦斯煤尘爆炸的危险性评价和防治专家系统。

2.2煤与瓦斯突出区域预测技术

采用瓦斯地质理论与物探技术相结合的方法进行突出区域预测,一直是国内外的研究方向。“十五”计划以来,我国煤与瓦斯突出区域预测技术取得重要成果:

(1)我国采用瓦斯地质方法,建立了瓦斯地质理论与物探技术相结合的多技术(数字地震勘探、无线电波透视和构造软煤测井曲线识别)集成的多尺度(矿井突出区和工作面突出带)瓦斯突出区域预测瓦斯地质新方法;提出了以瓦斯地质单元基础的由构造软煤厚度(H)和煤层瓦斯压力(P)相配套的突出区域预测瓦斯地质指标,初步确定构造软煤厚度的突出临界值为0.90m;

(2)开发了具有信息输入、动态管理和空间分析功能的瓦斯突出区域预测WebGIS信息平台,实现了瓦斯突出区域瓦斯地质方法的自动化和可视化;

采用地球物理探测技术,形成了一套矿井瓦斯富集部位地震探测技术与方法,建立了由3D3C地震技术、AVO技术、地震反演技术、地震属性分析技术、地震波形分类技术、瓦斯地质技术等构成的瓦斯富集部位地质—地震预测模式,形成了瓦斯富集部位探测的核心技术;

(3)采用地质动力区划的方法,确定了活动构造和岩体应力状态对突出的影响,并划分出应力升高区、应力降低区和应力梯度。为此开发了突出多因素模式识别概率预测计算机软件,确定了活动断裂、最大主应力、应力梯度等8个主要影响因素,并可方便地划分突出的危险区、威胁区和安全区,开发出了突出区域预测决策分析系统软件,实现了图、文、声和像的可视化;

(4)采用电磁波透视技术,成功研制出了探测煤层瓦斯灾害易发区的技术和装备,建立了电磁波反射和吸收特征数据库和地质异常体的识别系统,得出了瓦斯灾害易发区分布规律,提出了判定瓦斯灾害易发区的敏感指标和临界值,形成一套适于瓦斯灾害易发区的判识方法。

这些技术成果的研究和应用,完善并发展了我国煤矿瓦斯突出区域预测技术体系,提高了突出预测的准确性,非突出危险区预测准确性达到100%,突出危险区预测准确性超过70%,最大限度地降低了掘进和回采过程中的瓦斯影响,显著提高掘进速度和提高回采工作面产量。

2.3煤与瓦斯突出动态预测技术

煤与瓦斯突出的非接触式预测是通过对瓦斯或煤体本身的信号的实时监测而进行的连续动态预测技术。这种方法具有测试简单、不与生产发生冲突、实时连续监测等优点。因此,非接触式连续预测是目前突出预测的主要研究方向。在“九五”攻关成果的基础上,针对掘进工作面煤与瓦斯突出非接触动态预测预报的需要,分别研究出了基于动态瓦斯涌出规律原理、AE声发射原理和电磁辐射原理的工作面突出危险性连续监测技术与装备。

通过分析瓦斯涌出动态变化规律与突出危险性的关系、实时监测瓦斯动态涌出特征波形、提取与突出危险性相关的特征指标,建立了煤巷掘进炮后30分钟的吨煤瓦斯动态涌出量指标、瓦斯涌出变异系数指标、炮后瓦斯涌出最大速率指标等连续预测指标,研究确定了这几种指标与炮掘工作面突出危险性的关系及指标临界值,以此综合判断工作面所处地点的安全状况以及前方的潜在危险性,实现了炮掘工作面瓦斯动态涌出预测,为我国煤矿提供了一种新的瓦斯涌出量预测方法和煤与瓦斯突出预测工艺技术;

开发出了一套AE声发射监测煤与瓦斯突出的技术装备,提出了AE声发射滤噪综合处理技术和方法,通过阻噪、隔噪、抑噪、滤噪和有效AE信号提取等途径,实现了有效滤噪的目的,取得了历年来滤噪研究中最有突破性进展的研究成果,研究出了包括传感器在内的AE声发射预测工艺技术,分析和总结了煤岩破坏AE声发射规律、AE声发射与瓦斯动力灾害的关系;

通过连续监测含瓦斯煤岩流变破坏过程中产生的电磁辐射信号强度和脉冲数及其变化的研究,实现了对煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害现象的预测预报,研究并揭示了电磁辐射与煤与瓦斯突出影响因素间的关系,提出了临界值法与动态趋势法相结合的煤岩动力灾害预警方法,开发成功了煤岩动力灾害非接触电磁辐射连续监测仪,实现了煤岩动力灾害的非接触、连续动态监测及煤与瓦斯突出预警。

2.4高产高效矿井瓦斯灾害综合治理技术

加强瓦斯灾害的治理是防止煤矿重特大事故发生的重要保证。高瓦斯煤层群保护层开采、低透气性煤层瓦斯强化抽放、巷道边掘边抽等技术是瓦斯治理的有效措施,也一直都是煤矿瓦斯治理的重点和难点。在煤层群保护层开采方面,通过开展了保护层作用机理的研究,利用三维离散单元法对淮南矿区保护层开采后,采空区顶、底板煤岩体应力重新分布的规律、顶底板变形和破坏特征进行了数值模拟研究,从理论上计算了保护层开采后卸压范围向顶、底板方向发展的深度,为确定被保护层的保护效果和卸压范围提供了可靠的理论依据。

针对首采保护层开采时,上下高瓦斯突出煤层的瓦斯集中向首采工作面涌出的特点,并考虑到确保和提高防突效果的要求,试验成功了多种首采层瓦斯综合治理技术措施:

保护层底板巷道+上向穿层钻孔抽放瓦斯技术、被保护层顶板煤(岩)巷道+下向穿层钻孔抽放技术、首采层(保护层)顶板巷道抽放技术、首采层(保护层)顶板走向钻孔抽放技术、首采层(保护层)工作面采空区埋管抽放技术、首采层(保护层)掘进工作面边掘边抽技术。在试验研究中还在实际层间距70m(相对层间距35倍)近水平煤层群的下保护层开采和80-90~急倾斜近距离煤层群的下保护层开采上取得了重大进展;

在顺煤层强化抽放方面上,通过试验和理论研究,形成了一套在顺煤层钻孔中运用高压水射流扩孔和钻扩一体化技术提高瓦斯抽放效果的成套技术和装备,以及对石门揭煤抽、排瓦斯钻孔扩孔的工艺技术和方法。扩孔后钻孔直径达到200-300mm,为扩孔前的4.5倍,最大扩孔直径达619.9mm。扩一个钻孔的时间相当于施工一个钻孔时间的1/6,而一个扩孔钻孔的抽排放瓦斯及防突效果相当于2个以上的钻孔,明显提高了瓦斯抽放的效果;

在瓦斯抽放效果评价方面,研究了根据煤层的最小突出瓦斯压力、瓦斯含量为依据,合理确定评价预抽防突措施有效性的预抽率指标和临界值的方法。下向钻孔及深孔预裂爆破是提高瓦斯抽放效果的另一重要技术途径。通过试验研究,解决了下向钻孔施工中的排渣、排水等技术难题,取得了下向孔钻探长度达到70.1m的良好效果。研究中完善了适合于高瓦斯低透气性、有突出危险煤层深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术和石门快速揭煤技术;

对于单一低透气性突出煤层巷道掘进的瓦斯抽放技术难题,通过理论分析和试验研究,发现煤层巷道掘进工作面和巷道两帮的煤体在松动和原始煤体之间存在的随巷道向前掘进而向前移动的蠕变“u”形圈,在“u”形圈内煤层的透气系数成百倍地增加;

分析了煤层赋存参数、瓦斯抽放参数对抽放钻孔抽放瓦斯效果的影响,确定了有效抽放半径与抽放时间的关系、抽放负压和抽放量的关系,并据此合理布置边抽边掘钻孔,其截流抽放瓦斯率可达到30%以上,并且煤体的强度有较大增加。

2.5矿井通风系统安全可靠性评价与决策技术

矿井通风是保障煤矿安全生产的关键性环节,合理的通风是防止瓦斯积聚、抑制煤炭自燃和火灾蔓延扩大的重要手段,通风系统布置不合理或管理不当,则是导致瓦斯积聚和自然发火及造成瓦斯、火灾事故进一步扩大的主要原因。集约化生产的大型矿井实行一矿一面已成趋势,要求通风系统具有更强的稳定性、可靠性和合理性,具有较强的抗灾能力。

我国开展了矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术的研究,建立了基于评价指标体系和网络仿真技术的两种矿井通风系统可靠性评价理论体系、评价方法和数学模型,开发了智能化、可视化通风系统可靠性评价和决策支持系统软件。

在灾变风流动态模拟及虚拟现实技术方面,研究并完善了一维动态模拟技术,开发了矿井灾害风流流动模拟的GIS显示系统,实现矿井灾变动态模拟结果在矿井通风系统图各巷道通风参数的动态显示,提高模拟结果与各巷道的对应性,减少矿井灾害防治及救灾决策中应用灾变状态各参数的失误率,提高决策效率。研究出了矿井火灾区域内烟流流动的三维数值模拟研究和矿井巷道中火灾烟流流动的虚拟现实技术。

在通风系统自动调控方面,研究成功了井下自动控制风门及远程控制技术,研制出了带有卸压窗和撞杆自动开启装置的远程自控风门,实现了井下人、车信号分离,采用控制命令分级管理的方法,彻底贯彻了“生产服从救灾,行人服从行车”的风门管理理念,有效地提高了通风系统的稳定性和安全可靠性。

作为配套技术研究,将矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术、矿井灾变风流动态模拟及虚拟现实技术和井下风门远程控制技术等有机整合成一体,开发了软件平台,初步实现了矿井通风系统从监测、分析、决策到控制等各环节的闭环运行。

3存在的问题和急需开展的研究

煤炭是我国国民经济发展的基础能源,煤矿安全是煤炭工业走新型工业化道路、可持续发展的前提和保证。瓦斯灾害治理是煤矿安全工作的重点。对煤矿瓦斯灾害进行监测监控、预警防治等瓦斯综合治理技术措施,是减少煤矿伤亡事故,提高安全生产水平的重要手段。目前,煤矿安全工作面临两大的挑战:

一是产业结构的调整,生产高效集约化程度的提高,瓦斯涌出量倍增,产尘强度大幅度上升,通风压力增大,瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害事故的预防难度增大;

二是矿井生产水平的逐年延伸,地应力增大,瓦斯涌出量也增大、煤与瓦斯突出和冲击地压危险性增加,恶化了煤矿生产条件,增大了生产中的不安全性。为此,煤矿安全技术也需从两个方面开展攻关研究:

(1)根据矿区煤层条件不同、瓦斯赋特征不同、生产条件的变化,采用新的科技手段进一步完善提高现有瓦斯灾害治理技术体系并进行适应性研究,如采用现代通讯技术、自控技术、计算机技术和传感技术,解决我国现有煤矿安全监测系统相互不兼容、无法互联互通的技术难题;

(2)不断解决瓦斯治理技术研究中出现的新问题,如伴随我国东部深井开采带来了“三高”和深部矿井的延期突出问题,松软低透气性煤层长钻孔瓦斯抽放技术难题。这些问题急需开展科技攻关加以解决。

4结论

瓦斯灾害治理新技术在淮南矿区进行了试验和应用,取得了经济、社会、安全环境的多重效益。这些研究成果对我国煤矿生产条件和瓦斯灾害特点具有很强的针对性和适应性,具体成果表现为:

(1)瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术在淮南潘三矿、张集矿应用表明,评价结果准确可靠,具有很强的操作性和实用性,为预防煤矿瓦斯煤尘爆炸提供了重要技术支撑。

(2)瓦斯地质、动力区划和地球物理探测方法的煤与瓦斯突出预测技术是经实践证明是有效的,是减小防突工程量、提高防突效果的保障技术措施。

(3)AE声发射、电磁辐射等非接触连续监测技术取得了突破性进展,并进入实用化和产业化阶段。

(4)保护开采、顾煤层瓦斯强化抽放技术在联合攻关,取得了理论、技术和试验研究的重大进展,是淮南矿区治理瓦斯的有效技术途径。

(5)通风系统的监测、可靠性评价技术随着矿井集约化水平的提高会越来越突现其基础作用,而虚拟现实技术要达到应用阶段仍需开展大量工作。

[论文关键词]危险性评价煤与瓦斯突出瓦斯抽放灾害治理新技术

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