综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置及措施
阅读说明：本技术 综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置及措施 (Nitrogen injection fire protection device and measure for goaf during fully mechanized mining face withdrawal period ) 是由 刘成波 刘博� 苗于惠 王谦磊 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置及措施,注氮防火措施主要包括：加强采空区的堵漏措施、工作面的减风措施、加强采空区的注氮措施,其包括：在采空区运输顺槽一侧预设注氮埋管并通过制氮机进行注氮,注氮埋管延伸至工作面进风隅角的采空区以内；及从进风隅角前的绞车洞室斜向设置注氮斜孔,其延伸至采空区以内、加强对采空区的气体监测措施以及加强对支架上部浮煤氧化的监测措施的在靠近进风隅角一侧的多个液压支架的支架尾梁的上方设置多个监测钻孔,并在多个监测钻孔内插入束管单管用以监测进风隅角一侧多个液压支架的支架尾梁上方煤层底板2～3m内的CO气体浓度。借此,可以有效地抑制工作面采空区的CO气体超标问题。(The invention discloses a nitrogen injection fire protection device and measures for a goaf during fully mechanized coal mining face withdrawal period, wherein the nitrogen injection fire protection measures mainly comprise: strengthen the leaking stoppage measure in collecting space area, the measure of the air reduction of working face, strengthen the measure of annotating nitrogen in collecting space area, it includes: presetting a nitrogen injection buried pipe at one side of the goaf transportation crossheading and injecting nitrogen through a nitrogen making machine, wherein the nitrogen injection buried pipe extends to the inside of the goaf of the working face air inlet corner; and a nitrogen injection inclined hole is obliquely arranged in the winch cavity in front of the air inlet corner, extends into the goaf, strengthens gas monitoring measures on the goaf and strengthens monitoring measures on the oxidation of float coal on the upper part of the support, a plurality of monitoring drill holes are arranged above the support tail beams of the plurality of hydraulic supports close to one side of the air inlet corner, and a beam tube single tube is inserted into the plurality of monitoring drill holes to monitor the concentration of CO gas in a range of 2-3 m above the coal bed bottom plate above the support tail beams of the plurality of hydraulic supports on one side of the air inlet corner. Therefore, the problem that CO gas in the goaf of the working face exceeds the standard can be effectively solved.)
技术领域
本发明是关于煤矿开采领域，特别是关于一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置及措施。
背景技术
如图1所示，许多煤矿的开采工作面煤层厚度为6～10m左右，平均为8m左右，采用综采放顶煤开采，倾斜长度为150m，工作面装备101台液压支架(支架总成9)，其中6台过渡支架，95台基本支架，1#液压支架侧为进风隅角11，101#液压支架为回风隅角12，工作面挂网完成后开展撤架作业。撤架作业时一般工作面风量1000m3/min左右，此时煤层具有自然发火倾向，一般为Ⅱ类自然发火煤层，煤层最短自然发火期为55天左右，一般自然发火期为3～6个月。采用采空区埋管、上隅角气室抽放等技术防治瓦斯。
工作面氧化状况及氧化浮煤位置情况如下：
请参阅图1，在工作面回撤期间，例如测得某个(20号)支架顶梁处的CO气体浓度为200ppm，另一个(18号)支架尾梁与采空区交界处CO气体浓度为115ppm，氧浓度为16.5％。根据工作面CO气体出现地点及数量分析，目前工作面支架后部已经有浮煤剧烈氧化，出现CO的位置靠近工作面运输顺槽2(进风侧)的18号～20号支架，另外1～10号支架架后氧浓度较低，表明采空区氧化浮煤离支架较近，位置在10号支架～20号支架以里采空区内2～8m左右，因为如果氧化浮煤离支架较远，则在工作面负压的作用下，CO气体应该回风隅角最大，而工作面回风隅角没有CO气体，表明氧化浮煤离支架较近，其氧化产生的CO气体还来不及到达回风隅角，就直接从18号支架流出。采空区出现较高浓度CO气体的原因为：①工作面挂网太慢，长达1个月，使采空区浮煤有充足的氧化时间。②工作面采空区注氮地点在工作面推进度正常时，从进风隅角25m以里注氮比较合理，但如果工作面推进度太慢，则工作面进风隅角至采空区以里25m的浮煤注不到氮气，将长时间氧化，因此出现较高浓度的CO气体。
为了避免上述情况的发生，需要采用有效的综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置及措施进行防御。
公开于该
背景技术
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置，其能够有效地解决综采工作面回撤期间采空区的浮煤氧化问题。
本发明的另一目的在于提供一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火措施，其可以有效地抑制综采工作面回撤期间采空区的CO气体超标问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置，包括制氮机、注氮埋管、堵漏材料、注氮斜孔以及束管监测系统；制氮机设置在运输顺槽内；注氮埋管从制氮机延伸至工作面进风隅角的采空区以内；堵漏材料设置在进风隅角处及靠近进风隅角的支架总成的多个液压支架处；注氮斜孔从进风隅角前的绞车洞室斜向延伸至采空区以内；束管监测系统埋设在回风顺槽内，用以监测工作面的CO气体的浓度。
在一优选的实施方式中，注氮埋管的出口设置在进风隅角的采空区以内25m或50m处。
在一优选的实施方式中，综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置还包括多个监测钻孔，其设置在靠近进风隅角一侧的多个液压支架的支架尾梁的上方。
在一优选的实施方式中，多个监测钻孔的间隔为10个液压支架。
在一优选的实施方式中，综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置还包括束管单管，其设置在多个监测钻孔内同时与束管监测系统数据连通，束管单管用以监测进风隅角一侧多个液压支架尾梁上方煤层底板2～3m内的CO气体是否超标。
为实现上述目的，本发明还提供了一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火措施，其采用如前述的注氮防火装置，注氮防火措施包括：加强采空区的堵漏措施：在进风隅角处及靠近进风隅角的支架总成的多个液压支架处采用堵漏材料进行堵漏；工作面的减风措施：减少工作面的进风量；加强采空区的注氮措施，其包括：在采空区运输顺槽一侧预设注氮埋管并通过制氮机进行注氮，注氮埋管延伸至工作面进风隅角的采空区以内；及从进风隅角前的绞车洞室斜向设置注氮斜孔，其延伸至采空区以内；加强对采空区的气体监测措施：在回风顺槽内预埋束管监测系统，用以监测工作面的CO气体的浓度；以及加强对支架上部浮煤氧化的监测措施：在靠近进风隅角一侧的多个液压支架的支架尾梁的上方设置多个监测钻孔，并在多个监测钻孔内插入束管单管用以监测进风隅角一侧多个液压支架的支架尾梁上方煤层底板2～3m内的CO气体浓度。
在一优选的实施方式中，多个监测钻孔的间隔为10个液压支架，工作面的减风措施的工作面风量由1000m3/min降到450m3/min。
在一优选的实施方式中，综采工作面回撤期间采空区的注氮防火措施还包括抑制支架上部的浮煤氧化措施，其包括：在CO气体浓度超标的多个液压支架的架缝处或支架尾梁后部3～6m处向煤层底板内钻目标注氮孔，目标注氮孔延伸至煤层底板内2～3m，并通过注氮支管向目标注氮孔进行注氮；以及在CO气体浓度超标的多个液压支架的上部3～5m处向煤层底板内钻注水孔，并向注水孔内注水降温。
在一优选的实施方式中，每个目标注氮孔的注氮量介于190m3/h～210m3/h之间，每个注水孔的注水量介于于19m3/h～21m3/h之间。
在一优选的实施方式中，综采工作面回撤期间采空区的注氮防火措施还包括工作面气室和埋管的间歇抽放瓦斯措施，工作面撤架期间，只要工作面的瓦斯不超限的情况下，停止工作面气室和采空区埋管的抽放瓦斯。
与现有技术相比，本发明的综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置及措施具有以下有益效果：通过在工作面采空区的运输顺槽内设置制氮机和预埋注氮埋管给浮煤内部注氮处理以及通过在回风顺槽内预埋束管监测系统加强对支架上部浮煤氧化的监测和对CO气体超标位置进行钻孔注氮和注水措施，并配合瑞克堵漏材料堵漏和减少工作面的进风量等措施，可以非常有效地抑制工作面采空区浮煤的CO气体超标和氧化问题，很好地解决了上述区域浮煤自然等问题，保证了工作面采空区的生产安全。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的注氮防火装置的平面布置示意图；
图2是根据本发明一实施方式的注氮防火措施的流程示意图。
主要附图标记说明：
1-制氮机，2-运输顺槽，3-绞车洞室，4-注氮斜孔，5-堵漏材料，6-注氮埋管，601-注氮支管，7-目标注氮孔，8-液压支架，9-支架总成，10-回风顺槽，11-进风隅角，12-回风隅角。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置，其主要包括制氮机1、注氮埋管6、堵漏材料5、注氮斜孔4以及束管监测系统等。制氮机1设置在运输顺槽2内。注氮埋管6从制氮机1延伸至工作面进风隅角11的采空区以内。堵漏材料5设置在进风隅角11处及靠近进风隅角11的支架总成9的多个液压支架8处。注氮斜孔4从进风隅角11前的绞车洞室3斜向延伸至采空区以内。束管监测系统埋设在回风顺槽10内，用以监测工作面的CO气体的浓度。
在一些实施方式中，注氮埋管6的出口设置在进风隅角11的采空区以内25m左右或50m左右处。
在一些实施方式中，综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置还包括多个监测钻孔，其设置在靠近进风隅角11一侧的多个液压支架8的支架尾梁的上方。多个监测钻孔的间隔为10个左右的液压支架8。
在一些实施方式中，综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置还包括束管单管，其设置在多个监测钻孔内同时与束管监测系统数据连通，束管单管用以监测进风隅角11一侧多个液压支架8尾梁上方煤层底板2～3m内的CO气体是否超标。
如图2所示，根据本发明优选实施方式的一种综采工作面回撤期间采空区的注氮防火措施。由于采空区氧化浮煤离支架总成9较近，而且处于运输顺槽2一侧，氧化速度很快，因此矿井应立即加强防火措施，抑制采空区浮煤的氧化。注氮防火主要包括以下措施：
(1)加强采空区的堵漏措施：工作面采空区基本堵漏已经完成，由于工作面进风隅角11还存在漏风，引起采空区运输顺槽2一侧的浮煤氧化产生CO，为此，必须对工作面进风隅角11及附近的10个左右的液压支架8用瑞克堵漏材料5进行堵漏。瑞克堵漏材料5在国内煤矿经常使用，目前还没有发生过一次燃烧事故。
(2)工作面的减风措施：工作面风量由1000m3/min降到450m3/min。
(3)加强采空区的注氮措施：矿井2台制氮机1同时运转，注氮流量为1500m3/h，注氮方法为采空区运输顺槽2一侧埋设注氮埋管6，注氮埋管6的氮气出口为工作面进风隅角11以里25m、50m左右。此外，由于工作面挂网时间太长，引起进风隅角11以里浮煤长期氧化，因此必须在进风隅角11前绞车洞室3安设钻机，开设注氮斜孔4，打1个注氮斜孔4到进风隅角11以里采空区10m处左右，在注氮斜孔4内下Ф50mm套管到孔底，向注氮斜孔4内连续注氮气。
(4)加强对采空区的气体监测措施：测气体的地点主要为采空区回风顺槽10一侧埋设的束管(束管监测系统)，另外，还必须通过瓦斯抽放管和支架尾梁处监测气体，加强对工作面CO气体的监测。
(5)加强对支架上部浮煤氧化的监测措施：工作面停采期间，除了防止采空区浮煤氧化自然发火外，还应加强对液压支架8上部浮煤温度和气体的监测，防止液压支架8上部浮煤氧化自然发火，其方法为：在工作面分别向10号、20号、30号、40号和50号的液压支架8的上部打监测钻孔，监测钻孔位于液压支架8的支架尾梁上方2～3m，在监测钻孔内下6分套管，套管中插入束管单管，监测液压支架8上部的CO气体。
(6)抑制支架上部的浮煤氧化措施：在本实施例中，当工作面运输顺槽2一侧的18号、20号液压支架8上部的CO气体超100ppm时，说明液压支架8上部的浮煤已经开始氧化发热，必须立即采取措施抑制液压支架8上部的浮煤氧化，其措施为：①向18号、20号液压支架8的架缝处或液压支架8的上部打目标注氮孔，目标注氮孔位于液压支架8的支架尾梁的后部3～6m，高于煤层底板2～3m，目标注氮孔内下Φ50mm套管。②通过注氮支管向液压支架8上部的目标注氮孔注氮气，每个目标注氮孔注氮流量为200m3/h，两个钻孔共计400m3/h，一直注到液压支架8上部的CO气体浓度小于24ppm为止。③分别对18号、20号液压支架8的上部打注水孔各1个，在注水孔内下Φ50mm套管，注水孔位于液压支架8上部3～5m，通过注水孔内的套管向液压支架8上部注水降温，注水流量为20m3/h，注水时如果液压支架8上部流下的水的温度比常温高，则要一直注到水温降到常温为止。
(7)工作面气室和埋管的间歇抽放瓦斯措施：工作面撤架期间，由于未生产，因此工作面瓦斯涌出量较小，为了减少采空区的漏风，在工作面停产期间，只要工作面瓦斯不超限，就停止工作面气室和采空区埋管抽放瓦斯。
在本实施方式中，10号、18号、20号、30号、40号或50号的液压支架8都是示意性的，本发明并不以此为限，可以根据实际需要进行调整。在一些实施方式中，注氮量、注水量以及工作面风量减少量的参数均可以根据实际需要进行调整。
综上所述，本发明的综采工作面回撤期间采空区的注氮防火装置及措施具有以下优点：通过在工作面采空区的运输顺槽内设置制氮机和预埋注氮埋管给浮煤内部注氮处理以及通过在回风顺槽内预埋束管监测系统加强对支架上部浮煤氧化的监测和对CO气体超标位置进行钻孔注氮和注水措施，并配合瑞克堵漏材料堵漏和减少工作面的进风量等措施，可以非常有效地抑制工作面采空区浮煤的CO气体超标和氧化问题，很好地解决了上述区域浮煤自然等问题，保证了工作面采空区的生产安全。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
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