自2016年下半年以来,煤炭行业发展趋势正在回升,但全国各地煤矿生产安全事故频发。因此,煤矿企业应更进一步提高安全生产的技术水平。煤层氧化自燃不像煤矿其它灾害,其可控性较强,只要处理及时、方法可行,煤层氧化自燃现象就不会危及生产。本文通过对黔西能源开发有限公司青龙煤矿(设计生产能力120Mt/a)111803运输顺槽顺层钻孔抽放引起煤层氧化自燃的现象,分析煤层氧化自燃的原因,采取了降温、断氧、降压的处理方法,取得了较好的效果。
1概况
黔西能源开发有限公司青龙煤矿为斜井开拓(设计生产能力120Mt/a),井田范围内含煤共15层,可采煤层为M16、M17(局部可采)、M18煤层。现针对M18煤层111803采煤工作面进行设计,采面位于1采区东翼,工作面走向长1000m,倾斜长200m,M18煤层平均可采厚度3.18m,煤层倾向为2°~14°,坚固性系数0.15~0.18,煤层瓦斯含量17.9673 m³/t,煤层自燃倾向性等级为容易自燃,透气性系数为0.0018~0.7335㎡/(Mpa².d)。
2顺层抽放钻孔内煤层氧化的原因分析
在相同环境或相似环境条件下,有些煤层能够发生自燃而有些不易自燃,究其原因在于煤质存在差异,变质程度及发热量越高,发生氧化的可能性就越大[1]。青龙煤矿111803运输顺槽顺层(沿煤层倾向)抽放钻孔于2016年8月15日开始施工,2016年11月8日,青龙煤矿通防部对111803运输顺槽顺层抽放钻孔进行检测,发现大部分钻孔内均有一氧化碳,最大值为335PPM,钻孔内煤层已发生氧化。造成钻孔内煤层氧化的原因,是由于本煤层原施工的穿层抽放钻孔、工作面超前预抽钻孔、局部强化排放钻孔的封堵达不到规定要求,导致钻孔内有大量空气、存在煤屑且钻孔内部具有良好的储热条件所致。
2.1空气供给
原施工的穿层抽放钻孔、工作面超前预抽钻孔、局部强化排放钻孔数量多、密度大,顺层抽放钻孔与其在煤层内部形成交叉,为氧气提供了通道,且封孔位置处于塑性变形区,造成用水泥注浆封孔时存在如下问题:
(1)原施工的穿层抽放钻孔封孔未达到规定要求,使得顺层抽放钻孔与之交叉,水泥注浆未能完全将穿层抽放钻孔封堵,造成局部漏气;原穿层抽放钻孔角度未控制好,部分钻孔超出111803运输顺槽巷道轮廓控制线以外,形成未封堵空间。
(2)原施工的本煤层超前预抽钻孔及局部强化排放钻孔封孔质量较差,导致顺层钻孔与超前预抽钻孔和局部强化排放钻孔交叉或与裂缝导通,使得对顺层钻孔封孔不严实。
顺层抽放钻孔因存在上述问题,导致封孔不严实,在进行抽放时,钻孔内形成负压点,巷道内空气沿煤层裂缝进入钻孔,使得抽放孔内部发生氧化。
2.2钻孔内部煤屑
顺层抽放孔内的煤屑主要来源:施工时孔内没有完全排尽的煤屑。
2.3煤层内部储热环境良好
(1)在抽放钻孔内部,煤体温度一般在36℃以上,为内部煤层在低温环境下发生氧化提供有利条件,随着氧化的不断持续,钻孔内部温度呈上升趋势[2]。
(2)青龙煤矿M18号煤层赋存不稳定,部分抽放钻孔存在穿过岩层现象,钻头前移时产生较高的温度,且不易降低,导致孔内温度偏高,使煤层内部具备了低温氧化的条件。
(3)由于在封孔时存在漏气现象,在抽放过程中孔内形成负压,空气通过裂缝进入孔内拉动煤屑相互摩擦生热,使得孔内温度不断聚集升高,为内部煤层创造了适宜的氧化环境。
(4)在煤层内发生了氧化反应,使得煤体温度不断上升,加快了煤体的氧化速度。