專利名稱：一種煤層自燃防治系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及領域煤炭開采領域，尤其涉及一種煤層自燃防治系統。
背景技術：
巷道掘進時期風量較小，自燃火源燃燒深度淺，范圍小，容易控制，但形成通風系統后，配風量增大，巷道煤體一旦自燃或復燃，燃燒深度和范圍都將增加，且發展速度快，使火災控制和治理難度加大，若無有效的應急滅火準備，很可能造成火勢難以控制的局面。巷道原有的高溫點仍需采取進一步的措施進行預防性處理，否則，工作面回采后， 超前動壓的作用會使巷道煤體和噴漿層破裂，形成較好的供氧環境，導致頂煤的自燃和復燃風險加大；工作面回采期間，巷道高溫煤體落入采空區后的治理難度會更大。鑒于上述風險和問題，需針對曾出現過煤自燃的巷道區域加強觀測，同時，為了防止其在開采過程中或進入采空區之后出現復燃災害，除了做好監測及預報工作外，還應提前對其進行徹底的火災防治處理。
發明內容針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種能夠及時有效地防治煤層自燃所引起的火災的煤層自燃防治系統本發明提供的煤層自燃防治系統包括巷道松散頂煤自燃監測子系統、采空區自燃監測子系統、巷道頂煤自燃預防子系統、采空區自燃預防子系統，其中，巷道松散頂煤自燃監測子系統與巷道頂煤自燃預防子系統連接，采空區自燃監測子系統與采空區自燃預防子系統連接，巷道松散頂煤自燃監測子系統包括多個埋入煤體內部的監測管和數字式溫度表，所述監測管包括管體、連接頭、釬頭，所述釬頭中裝有溫度傳感器和檢測氣體成分的第一束管，將纖頭和管體用連接頭連接，所述用連接頭連接的釬頭和管體設置在煤體中，通過數字式溫度表與溫度傳感器連接；采空區自燃監測子系統用于對采空區的氣體成分和溫度進行監測，采空區自燃監測子系統包括多組埋入采空區遺煤中的預埋管和熱電阻，其中， 預埋管中裝有檢測氣體成分的第二束管，熱電阻用于檢測埋入點的溫度；巷道頂煤自燃預防子系統包括鉆孔裝置和注膠裝置，鉆孔裝置用于對巷道頂煤進行鉆孔，以使外部與防滅火區域貫通；注膠裝置用于對鉆通的所述防滅火區域進行注膠操作；采空區自燃預防子系統包括將復合膠體注入采空區的特定區域的采空區復合膠體隔離設備和向采空區內注入氮氣的采空區注氮設備。優選地，巷道松散頂煤自燃監測子系統還包括用于對進入煤體的監測管進行封孔的封孔器。優選地，所述封孔器是聚氨酯泡沫發生器。優選地，所述氣體成分包括02、N2, CO、CO2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2中的一種或多種。優選地，注膠裝置是高分子膠體壓注機。優選地，巷道松散頂煤自燃監測子系統還包括用于監測巷道頂板表面的溫度的紅外成像儀或者紅外測溫儀。相對于現有技術，本發明能夠針對不同的地點，不同時間，制定出工作面掘進和回采期間的防滅火技術方案，及時有效地防治煤層自燃所引起的火災。
圖1是本發明煤層自燃防治系統的系統結構圖。
具體實施方式
圖1是本發明煤層自燃防治系統的系統結構圖。如圖所示，所述系統100包括: 巷道松散頂煤自燃監測子系統110、采空區自燃監測子系統120、巷道頂煤自燃預防子系統 130、采空區自燃預防子系統140。巷道松散頂煤自燃監測子系統110用于對頂板松散煤體表面和深部的溫度和氣體成分進行監測。巷道煤自燃火災主要出現在頂煤冒落比較嚴重的區段，根據煤自燃的特點，煤自燃初始氧化主要發生在距離煤層頂板表面一定的深度的地方，隨著不斷的繼續供氧，氧化高溫點逐漸向煤體表面(即頂板)移動，最終出現明火。因此，為了能夠較早的對巷道頂板煤自燃火災進行預報，需要對頂板松散煤體表面和深部的自燃火災參數全部進行監測。監測參數主要為溫度和氣體。優選地，巷道松散頂煤自燃監測子系統110包括多個埋入煤體內部的監測管和數字式溫度表，其中，所述監測管包括管體、連接頭和裝有第一束管和溫度傳感器的釬頭， 將纖頭和管體用連接頭連接，通過敲擊砸墊使釬頭和管體植入煤體，通過抽取第一束管內的氣體獲知氣體成分，通過數字式溫度表測取煤體溫度。監測管在使用時，把纖頭和管體用連接頭連接(束管和高溫導線從管體及連接頭中穿出)，安裝上砸墊，在井下適當位置用大錘敲擊砸墊使釬頭和管體進入煤體，然后卸下砸墊，再通過連接頭接上下一段管體，安上砸墊并用大錘敲擊，使接上的這段管體也進入煤體，如此反復直至達到要求的深度后即可測取煤體溫度，抽取第一束管內的氣體進行氣體成分分析。一旦發現溫度異常或者CO、O2等氣體有增長的變化趨勢或者參數變化浮動較大， 應增加對應點的測定頻率。同時，異常監測點的氣體可以采用氣囊采氣，并進行色譜分析。 巷道頂板表面的溫度可以采用紅外成像儀或者紅外測溫儀進行監測。巷道松散頂煤自燃監測子系統110還包括封孔器，封孔器用于對進入煤體的監測管進行封孔。將監測管砸入煤體后，可以采用KF-750快速封孔器進行封孔。KF-750快速封孔器主要由氣霧罐體、噴管、噴槍柄等組成。該產品是一種聚氨酯泡沫發生器。當物料從氣霧罐中噴出時，沫狀的聚氨酯物料會迅速膨脹并與空氣或接觸到的基體中的水分發生固化反應，最后形成單組分聚氨酯泡沫(OCF)。固化后的OCF具有封堵、粘結、密封、隔熱、吸音等多種效果。采空區自燃監測子系統120用于對采空區的氣體成分和溫度進行監測。通過采空區預埋管路，進行測溫、氣樣分析等，掌握采空區內部溫度、氣體濃度隨工作面推進的變化情況；同時測定工作面風量、溫度、氣體濃度等參數。優選地，采空區自燃監測子系統包括多組埋入采空區遺煤中的預埋管和熱電阻，其中，預埋管中裝有用于檢測埋入點氣體成分的第二束管，熱電阻用于檢測埋入點的溫度。 采空區的氣體成份和溫度觀測采用預埋管和埋設的熱電阻測定，采空區氣體成份測定范圍大約距工作面150m左右，約50m設一個測點，保持采空區內部進、回風側各三個探頭，上下順槽同時觀測。預埋管可以采用2英寸鋼管，可以在其中穿入三根Φ8πιπι不同顏色的束管， 每根束管采集一個測點的氣樣。為了防止采空區積水堵塞束管，則每個束管抬高0.5m以上，見圖7。熱電阻埋入2英寸管中，與束管進氣口平齊，電線從2英寸管內拉出。束管檢測的參數主要包括02、N2, CO、CO2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2中的一種或多種。巷道頂煤自燃預防子系統130用于根據巷道松散頂煤自燃監測子系統的監測結果對巷道頂煤層進行預防性處理。巷道頂煤自燃預防子系統包括鉆孔裝置和注膠裝置。鉆孔裝置用于對巷道頂煤進行鉆孔，以使外部與防滅火區域貫通。根據現場實際情況，從巷道頂部、肩窩和煤幫處向閉墻周邊施工多排鉆孔，鉆孔位置排距3 5m，每排約3 個鉆孔，鉆孔傾角60度，深度約5m Sm。鉆孔施工可以采用一次成孔鉆具，該鉆具主要由巖石電鉆、加水器、連接變頭、鉆桿、鉆頭、導軌、支承座等部分組成。鉆桿和套管采用一體化設計，鉆桿本身就是套管，鉆頭有效斷面大于內徑18mm的套管，鉆孔施工完成后，可直接進行連管注漿滅火，無需抽出鉆桿后再下套管，減少了施工工序，且避免了塌孔。注膠裝置用于對鉆通的所述防滅火區域進行注膠操作。注膠裝置可以采用高分子膠體壓注機。高分子膠體壓注機是一種專門將粉狀基料按比例分散開撒入水中，并攪拌使之均勻，最終配制成膠體的設備。在本發明的一種優選實施方式中，采用ZHJ-5/1. 8礦用移動式防滅火注漿裝置，該裝置主要由防爆電機、減速機、螺桿泵、促凝劑及滅火劑定量送料總成、無級調速機、齒輪泵、傳動裝置、流量計、壓力表及管路等組成。向混合料箱上的環型水幕管供水，將滅火劑加入復合材料料箱內，滅火劑通過滅火劑定量送料總成送入螺桿泵入口上的混合料箱后進入螺桿泵(滅火劑的輸送量80kg/h 400kg/h，添加量越大，成膠速度越快，膠體強度也越大；滅火劑與水的添加比例為0. 8% 4% )，在螺桿泵內與水進行攪拌形成高分子膠體，經泵加壓后通過管路及鉆孔注入火區達到滅火功效。利用ZHJ-5/1. 8G煤礦用注漿機，將滅火劑按0. 8%以上的比例與水混合后，注入防滅火區域。根據現場情況，滅火劑添加量可由設備自身調節，必要時最大可添加至4%。 每個鉆孔的注膠量不少于20m3，或者當頂板開始出現滲膠時停止注膠。注膠工作在工作面推進到距離需處理地點50m前完成。采空區自燃預防子系統140用于采空區自燃監測子系統的監測結果對采空區進行預防性處理。優選地，采空區自燃預防子系統140包括采空區復合膠體隔離設備和采空區注氮設備。所述采空區復合膠體隔離設備用于將復合膠體注入采空區的特定區域。因為大采高工作面一次開采的煤層高度較大，所以采空區內相對漏風空間較大，松散煤體的高度也較大，是煤體氧化自燃的直接導致因素。因此，對采空區內煤自燃的預防最主要的技術就是降低采空區的漏風空間和漏風量，減少采空區內部的浮煤厚度和浮煤量。復合膠體防滅火技術集堵漏、降溫、阻化、固結水等性能于一體，使易于流動的水溶液在指定時間和部位發生膠凝，包裹高溫煤體，充分發揮水的吸熱降溫作用，較好地解決了灌漿和注水的泄漏流失問題，且在近1000°C的明火中不會迅速汽化，僅因水份緩慢蒸發而逐漸萎縮，滅火安全性好，在井下濕度90%，溫度的環境下，13個月后仍保持完好。[0028]注膠巷道為風巷和機巷，采用預埋注漿管路向采空區進行注膠，為了防止漿液流入工作面，設計當預埋管路出口進入采空區15m以后再進行注膠，同時在端頭支架后部采用黃土袋(或者裝煤編織袋)進行封堵，封堵厚度lm，高度1.5m以上。同時為了讓膠體充填區域增大，應將注膠管路的出口應盡量提高，在距離煤層底板1. 5m以上。復合膠體的壓注采用MDZ-60地面固定式膠體防滅火系統，該系統由漿料儲存場地、漿料輸送、連續式定量制漿、過濾攪拌、計量、輸漿及管網系統和外加劑添加等部分構成。該系統在地面將水、黃土等用量大的材料，以及需添加的膠體外加劑按比例混合好后， 通過灌漿管路輸送至井下防滅火地點；然后在井下將膠凝劑等用量小且易運輸的材料，通過煤礦用注漿機，加入漿管內與漿液混合后，注入防滅火區域。正常條件下，每半個月向采空區壓注一次復合膠體，當工作出現CO氣體異常變化時，立即實施注膠。每次實施注膠量為不小于500m3，或者以工作面出現滲漿為主。采空區注氮設備用于向采空區內注入氮氣，以稀釋采空區內部的氧氣濃度。采空區注氮主要是稀釋采空區內部的氧氣濃度，減少松散煤體氧化的供氧量，從而對煤自燃的發生起到一定抑制作用。可以在機巷中拖管注氮，注氮量不小于1000m/h，每天注氮6小時。對工作面上隅角的氧氣濃度進行監測，當氧氣濃度低于18%時，停止注氮。對注氮氣的濃度進行監測，保證氣體濃度大于97%。本領域技術人員可以理解，盡管本發明是通過上述的優選實施例進行描述的，但是其實現形式并不局限于上述的實施方式。應該認識到在不脫離本發明主旨的情況下，本領域技術人員可以對本發明做出不同的變化和修改。
權利要求1.一種煤層自燃防治系統，其特征在于，所述系統包括巷道松散頂煤自燃監測子系統、采空區自燃監測子系統、巷道頂煤自燃預防子系統、采空區自燃預防子系統，其中，巷道松散頂煤自燃監測子系統與巷道頂煤自燃預防子系統連接，采空區自燃監測子系統與采空區自燃預防子系統連接，巷道松散頂煤自燃監測子系統包括多個埋入煤體內部的監測管和數字式溫度表，所述監測管包括管體、連接頭、釬頭，所述釬頭中裝有溫度傳感器和檢測氣體成分的第一束管，將纖頭和管體用連接頭連接，所述用連接頭連接的釬頭和管體設置在煤體中，通過數字式溫度表與溫度傳感器連接；采空區自燃監測子系統用于對采空區的氣體成分和溫度進行監測，采空區自燃監測子系統包括多組埋入采空區遺煤中的預埋管和熱電阻，其中，預埋管中裝有檢測氣體成分的第二束管，熱電阻用于檢測埋入點的溫度；巷道頂煤自燃預防子系統包括鉆孔裝置和注膠裝置，鉆孔裝置用于對巷道頂煤進行鉆孔，以使外部與防滅火區域貫通；注膠裝置用于對鉆通的所述防滅火區域進行注膠操作；采空區自燃預防子系統包括將復合膠體注入采空區的特定區域的采空區復合膠體隔離設備和向采空區內注入氮氣的采空區注氮設備。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，巷道松散頂煤自燃監測子系統還包括用于對進入煤體的監測管進行封孔的封孔器。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述封孔器是聚氨酯泡沫發生器。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，注膠裝置是高分子膠體壓注機。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，巷道松散頂煤自燃監測子系統還包括用于監測巷道頂板表面的溫度的紅外成像儀或者紅外測溫儀。
專利摘要本實用新型公開的煤層自燃防治系統包括巷道松散頂煤自燃監測子系統、采空區自燃監測子系統、巷道頂煤自燃預防子系統、采空區自燃預防子系統。巷道松散頂煤自燃監測子系統用于對頂板松散煤體表面和深部的溫度和氣體成分進行監測；采空區自燃監測子系統用于對采空區的氣體成分和溫度進行監測；巷道頂煤自燃預防子系統用于根據巷道松散頂煤自燃監測子系統的監測結果對巷道頂煤層進行預防性處理；采空區自燃預防子系統用于采空區自燃監測子系統的監測結果對采空區進行預防性處理。本實用新型能夠針對不同的地點，不同時間，制定出工作面掘進和回采期間的防滅火技術方案，及時有效地防治煤層自燃所引起的火災。
文檔編號E21B33/13GK202031627SQ201020687000
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者余行賢, 劉明星, 張辛亥, 徐林生, 文虎, 李玉民, 王亞超, 王文新, 王海龍, 羅振敏, 翟小偉, 蘇明強, 許延輝, 費金彪, 鄧軍, 鄧新東, 金永飛, 陳曉坤, 陳治中, 馬萬祥 申請人:神華寧夏煤業集團有限責任公司, 神華寧夏煤業集團有限責任公司棗泉煤礦, 神華集團有限責任公司