[发明专利]一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防治煤自燃的方法，特别是一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法。

背景技术

“十二五”期间国家煤炭产业的发展思路主要是“控制东部，稳定中部，大力发展西部”。对于西部地区，国家将大力推进大型煤炭基地建设，特别是重点建设一批千万吨级的大型现代化煤矿。西部矿区煤炭资源丰富，煤层易自燃、埋藏浅(埋深一般不超过200米)、煤层间距近且顶板基岩薄，工作面主要采用综采放顶煤技术，由于采动影响易造成大范围地表塌陷和裂隙，地表易与采空区形成大量联通的漏风通道，使得地表漏风严重，采空区煤炭自然发火十分频繁；同时采空区连接成片、面积大，加剧了采空区煤自燃的防治难度，极大地影响了矿井的安全高效开采，造成了巨大的经济损失和重大的社会影响。据不完全统计，西部矿区近十年来发生了200次以上导致封闭工作面的煤自燃事故，直接经济损失超百亿元。

国内外通常采用灌浆、注氮气、注泡沫、喷洒阻化剂、注凝胶和复合胶体等防灭火技术来防治矿井采空区煤自燃。采用灌浆技术，浆液在采空区只是沿着地势低的地方流动、覆盖范围小、不能向高处堆积、易形成“拉沟”现象；同时西部矿井工作面走向长度大、开采强度高、推进速度快，矿井不适合建立永久地面注浆系统，且西部矿区缺水少土，常规的灌浆实施困难。采用注氮气技术，氮气具有惰化火区、扩散范围广等特点，近十年来在许多矿区得到推广应用；但氮气易随漏风逸散，其灭火降温能力也较弱；同时西部矿区埋藏浅，采空区连接成片，采空区面积大且与地表裂隙沟通，难以形成封闭空间，因此常规注氮起不到快速惰化采空区的目的。采用注泡沫技术，虽然泡沫能克服注浆与注氮的一些缺点，并能向高处堆积，但大流量、扩散能力强的泡沫在倾角小的大采空区流动扩散范围也有限，仍不能完全有效地覆盖大采空区的浮煤和漏风裂隙。采用喷洒阻化剂技术，阻化剂腐蚀井下设备和危害工人身心健康，防灭火效果也不是很理想。采用注凝胶和复合胶体技术，凝胶或胶体泥浆流量小，成本高，扩散范围小，不适合防治大面积采空区煤自燃。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种以堵漏控风与快速惰化降温为一体的高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，该方法适用于浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的高效防治。

实现本发明目的的技术方案：一种高效治理浅埋藏煤层大面积采空区遗煤自燃的方法，预先判断采空区遗煤是否发生自燃，一旦发现采空区遗煤发生自燃，首先圈定采空区遗煤自燃高温区域，其次在井下对大面积采空区连续大流量注氮气降低采空区氧气浓度，接着采用均压防灭火技术减少向采空区的漏风量，同时释放六氟化硫示踪气体定性分析连通采空区的漏风通道并对漏风通道进行堵漏，然后采用地面灭火钻孔进行治理及探测探测及治理，即注灭火材料治理采空区煤自燃并利用有效的钻孔判定采空区煤自燃是否熄灭，最后对煤自燃高温区域以及钻孔灌注稠化砂浆或高浓度粉煤灰浆液进行充填。

所述的预先判断采空区遗煤是否发生自燃，是利用井下束管监测系统检测采空区气体与井下巷道连通采空区的钻孔和人工球胆取气样色谱分析相结合的方法，所述的钻孔为取样钻孔、瓦斯抽放钻孔和排水钻孔，以CO、C₂H₄、C₂H₂的煤自燃标志性气体的体积浓度大小与浓度变化情况来判断采空区遗煤是否发生自燃。当CO体积浓度较大且浓度持续大幅度的增加，同时出现了C₂H₄气体，表明采空区煤自燃的温度至少超过了85℃；若出现C₂H₂，表明采空区煤自燃的温度至少超过了200℃。

所述的圈定采空区遗煤自燃高温区域，其步骤为：

一：由于煤自燃主要发生在松散区及有大量遗煤的地方，因此需判断采空区压实区和松散区以及采空区遗煤的分布情况；

二：判定井下采空区的漏风风流及采空区漏风风流路线；

三：模拟研究煤自燃指标气体在采空区运移分布规律，结合步骤一与步骤二初步圈定采空区遗煤自燃高温区域；

四：初步圈定采空区遗煤自燃高温区域后，从地面打108mm的测温钻孔，利用钻孔探测终孔位置附近区域的温度进行验证，最终确定采空区遗煤自燃的大致范围。

所述的对大面积采空区注氮气，是在井下实施大流量注氮气，氮气的流量不小于2000m³/h。