CN108815752B - 一种高温煤田火区精准分区***灭火方法 - Google Patents

一种高温煤田火区精准分区***灭火方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤矿火灾防治技术领域,公开了一种高温煤田火区精准分区***灭火方法,包括:1)对煤田火区温度分布进行探测反演并划分区域;2)***孔施工;3)钻孔测气测温;4)钻孔降温;5)安装***管并填塞***;6)***管温度探测及降温;7)压注液态CO2;8)将第一导爆索固定在所述爆孔内;9)封堵***管及钻孔;10)根据***安全距离,在所述***安全距离外,引爆所述***管内***,实现高温煤田火区的***灭火。本发明克服了传统高温***工艺灭火效果差、炮孔孔数受限、副作用大等不足,能够对高温煤田火区进行大规模精准分区***。

Description

一种高温煤田火区精准分区***灭火方法
技术领域
本发明涉及煤矿火灾防治技术领域,特别涉及一种高温煤田火区精准分区***灭火方法。
背景技术
我国是煤炭产量大国,在我国新疆、内蒙古、宁夏等很多煤矿中,煤层自燃火灾十分严重。煤层自燃不仅直接烧掉了宝贵的煤炭资源,而且破坏了煤层的赋存条件,危及煤矿的安全生产,更为严重的是煤层无控制地不充分燃烧,释放出大量有毒有害气体,引发一系列的生态环境恶化效应。对煤矿火区处理的最好办法就是采取灭火技术,从根源上防止煤层继续燃烧,控制火源,现阶段治理煤层火区的方法有1)地表覆盖法;2)钻孔注浆法;3)剥离灭火法;4) 综合灭火法。地表覆盖法是利用黄土填埋火区地表裂缝,及废弃井工小窑,抑制火区的供养通风,达到使火区火源缓慢窒息的目的。此方法优点是施工快,工艺过程简单,但是由于灭火周期长且受地形影响大,所以使用率低。钻孔注浆法是将水与阻燃材料(如黄土)按一定的配比,制成适当浓度的浆状液体,通过输浆管道直接沿地表裂隙灌浆,或利用钻孔直接注入发火煤层带。此方法对阻燃材料性能要求较高,易脱水具有一定的稳定性,粒径必须大于1mm小于2mm,且小于1mm的颗粒的不应小于75%,浆状液体密度范围为2.4~ 2.8g/m3;剥离灭火法是在火区范围内超前注水,剥离台阶与注水台阶分开,自上而下分台阶剥离,直至挖除着火体。其灭火效果彻底,适应性强,但工艺施工特殊、复杂且不容易操作。尤其是对于埋藏深、范围大的火体,操作性不强且成本高昂。综合灭火就是利用多种灭火措施来达到灭火治理的目的,将上述三种方法综合应用(两种或三种),根据煤矿火区的发火状况“因地制宜”,根据实际地形、地质情况及取材等因素进行综合考虑,选用经济合理且技术可行的高效灭火方法。但以上的治理方法存在复燃率高,根治不彻底,治理成本高等各种缺点。
传统高温***工艺灭火效果差、炮孔温度回升较快,过程非常仓促,单次***装填量少,炮孔孔数受限、副作用大。
本发明目的在于克服现有技术不足,较好的解决了该技术不受地形影响,工艺施工相对简单容易操作。创造性的提出了施工方便、安全性高适用于高温煤田火区进行大规模精准分区***处理的方法。
发明内容
本发明提供一种高温煤田火区精准分区***灭火方法,可以解决现有技术中的上述问题。
本发明提供了一种高温煤田火区精准分区***灭火方法,包括以下步骤:
S1、采用无人机携带红外测温仪及分布式光纤对煤田火区温度进行探测后反演出煤田火区温度分布云图,根据煤田火区温度分布云图进行区域划分,识别出高温煤田火区,采用红外测温仪对高温煤田火区进行扫描式测温后反演出高温煤田火区温度分布云图;
S2、将高温煤田火区的温度数据采用MATLAB进行反演解算,结合GPS 定位技术实现高温火源点的精准识别;
S3、根据反演得到的高温煤田火区温度分布云图及识别出的高温火源点,结合“10米内、9个人、三分钟、八个点”原则进行布孔,再根据布孔位置采用耐高温钻机进行钻孔,钻孔的深度为300-500mm,钻孔的直径为200-400mm,钻孔的孔间距为600-800mm;
S4、采用全孔测温测气仪结合分布式光纤对钻孔内温度及气体进行测试,当钻孔内的温度高于60℃或瓦斯浓度高于1%,往钻孔内先压注含冰水和硅胶的混合液,10min后再通过第一PLC控制器控制高压泵向钻孔内压注液态CO210~160min;
S5、在压注液态CO2后的钻孔上安装***管并填塞***,***管采用PVC 管,管壁厚度为0.05m,***管直径及长度计算如下式:
D=D0-0.1
H=H0-0.2 (1)
式(1)中,D0为钻孔直径,H0为钻孔深度,D为***管2直径,H为***管2长度;
向***管2中填塞乳化***5,装药面密度:1.0~2.0kg/m2;单孔***的质量m计算如下式:
式(2)中,ρ为***密度,H为***管长度,D为***管2直径,T0为***点初始温度;
S6、采用红外测温仪及分布式光纤对***管内的温度进行测试,若***管内的温度高于30℃,往***管内先压注含冰水和硅胶的混合液,10min后再通过第二PLC控制器控制高压泵向***管内注入液态CO2 5~80min;
S7、将第一导爆索固定在***管内,第一导爆索的直径为5mm,第一导爆索的长度为钻孔高度的一半,第一导爆索***乳化***50±5mm深度处,采用填充物封堵***管及钻孔,填充物的厚度为对应的***管或钻孔高度的1/10;
S8、在***安全距离外,采用引爆器引爆***管内的乳化***,实现高温煤田火区的***灭火。
所述***安全距离为煤块***最大抛撒距离,由式(3)确定:
式(3)中,S为***安全距离,V1为碎块飞出速度;h为碎块飞散落差; g为重力加速度,H0为钻孔深度,H为***管长度;
所述碎块飞出速度,由式(4)确定:
式(4)中,K1为第1次水中冲击波能量利用系数,K2为第2次水中冲击波能量利用系数,且K1=0.31,K2=0.17;μ为***功,且μ=4×105;ρ为煤体密度;R为***管半径;δ为***管等效壁厚,D0为钻孔直径,D为***管直径。
所述填充物为石棉和海泡石按照质量份数1:2形成的混合物。
所述步骤S4中对钻孔内温度进行测试是通过第一温度传感报警器检测钻孔内的温度,当温度高于60℃时,第一温度传感报警器通过第一传输线连接第一PLC控制器,第一PLC控制器通过第一电磁开关控制高压泵通过第一电磁阀、第一流量计、第一逆止阀和第一CO2压注管从耐压瓶向钻孔内压注液态 CO2
所述步骤S6中对***管内的温度进行测试是通过第二温度传感报警器检测***管内的温度,当温度高于30℃时,第二温度传感报警器通过第二传输线连接第二PLC控制器,第二PLC控制器通过第二电磁开关控制高压泵通过第二电磁阀、第二流量计、第二逆止阀和第二CO2压注管从耐压瓶向***管内压注液态CO2
所述步骤S8中引爆器通过局域网和引爆网络连接第二导爆索,引爆***管内的乳化***。
所述引爆网络包括多个支导爆管、导爆管和第二导爆索,多个支导爆管与导爆管连接,第二导爆索与导爆管连接,第二导爆索上设置有电***,电***与电源线连接,由电源线点火起爆。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明较好地解决了传统高温***工艺灭火效果差、炮孔孔数受限、副作用大等弊端。本发明能够精确识别出高温煤田火区,并针对不同温度的煤田火区及不同的钻孔温度实施不同的灭火方法,最后进行***灭火,灭火效果好,成本低。
本发明不受地形影响,对阻燃材料性能要求不高,施工简单方便、容易操作、安全性高。能够对高温煤田火区进行大规模精准分区***。
附图说明
图1为本发明提供的一种高温煤田火区精准分区***灭火方法的流程示意图。
图2为本发明实施例提供的一种高温煤田火区精准分区***灭火方法中温度反演结果的示意图。
图3为本发明提供的一种高温煤田火区精准分区***灭火方法中炮孔温度测试曲线。
图4为本发明提供的一种高温煤田火区精准分区***灭火方法中测试***的连接示意图。
图5为本发明的引爆网络的结构示意图。
附图标记说明:
1-钻孔,2-***管,3-隔热防护料,4-冰水,5-乳化***,6-封堵头,7-填充物,8-第一导爆索,9-1-第一CO2压注管,9-2-第二CO2压注管,10-传输线, 11-1-第一温度传感报警器,11-2-第二温度传感报警器,12-1-第一PLC控制器, 12-2-第二PLC控制器,13-1-第一电磁开关,13-2-第二电磁开关,14-控制线, 15-高压泵,16-1-第一电磁阀,16-2-第二电磁阀,17-1-第一流量计,17-2-第二流量计,18-1-第一逆止阀,18-2-第二逆止阀,19-压力表,20-耐压瓶,21-起爆网络,22-局域网,23-引爆器,24-导爆管,25-支导爆管,26-第二导爆索, 27-电***,28-电源线。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的一个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。
如图1和图4所示,本发明实施例提供的一种高温煤田火区精准分区***灭火方法,包括以下步骤:
S1、采用无人机携带红外测温仪及分布式光纤对煤田火区温度进行探测后反演出煤田火区温度分布云图,根据煤田火区温度分布云图进行区域划分,识别出高温煤田火区,采用红外测温仪对高温煤田火区进行扫描式测温后反演出高温煤田火区温度分布云图;
火区温度分为以下5类:
S2、将高温煤田火区的温度数据采用MATLAB进行反演解算,如图2所示的温度反演结果,结合GPS定位技术实现高温火源点的精准识别;
S3、根据反演得到的高温煤田火区温度分布云图及识别出的高温火源点,结合“10米内、9个人、三分钟、八个点”原则进行布孔,再根据布孔位置采用耐高温钻机进行钻孔,钻孔1的深度为300-500mm,钻孔1的直径为 200-400mm,钻孔1的孔间距为600-800mm;
根据火区温度的分类钻孔的尺寸如表一所示:
表一
S4、采用全孔测温测气仪WS2782结合分布式光纤对钻孔内温度及气体进行测试,当钻孔温度高于60℃或瓦斯浓度高于1%,往钻孔1内先压注含冰水和硅胶的混合液,10min后再通过第一PLC控制器12-1控制高压泵15向钻孔 1内压注液态CO2 10~160min;
如图3为炮孔温度的测试曲线,根据火区温度的分类液态CO2的压注时间如表二所示:
表二
S5、在压注液态CO2后的钻孔1上安装***管2并填塞***,***管2采用PVC管,管壁厚度为0.05m,***管2直径及长度计算如下:
D=D0-0.1
H=H0-0.2 (1)
式(1)中,D0为钻孔直径,H0为钻孔深度,D为***管2直径,H为***管2长度;
向***管2中填塞乳化***5,装药面密度:1.0~2.0kg/m2;单孔***的质量m计算如下:
式(2)中,ρ为***密度,H为***管长度,D为***管2直径,T0为***点初始温度;
S6、采用红外测温仪及分布式光纤对***管2内的温度进行测试,若***管2内的温度高于30℃,往***管2内先压注含冰水4和硅胶的混合液,10min 后再通过第二PLC控制器12-2控制高压泵15向***管2内注入液态CO2 5~80min;
根据火区的分类CO2的注入时间如表三所示:
表三
S7、将第一导爆索8固定在***管2内,第一导爆索8的直径为5mm,第一导爆索8的长度为钻孔1高度的一半,第一导爆索8***乳化*** 550±5mm深度处,采用填充物7封堵***管2及钻孔1,填充物7的厚度为对应的***管2或钻孔1高度的110;
S8、在***安全距离外,采用引爆器23引爆***管2内的乳化***5,实现高温煤田火区的***灭火。
本发明通过上述***灭火方法,能够精确识别出高温煤田火区,并针对不同温度的煤田火区实施不同的灭火方法,最后进行***灭火,灭火效果好,成本低。
所述***安全距离为煤块***最大抛撒距离,由式(3)确定:
式(3)中,S为***安全距离,V1为碎块飞出速度;h为碎块飞散落差; g为重力加速度,H0为钻孔深度,H为***管长度;
所述碎块飞出速度,由式(4)确定:
式(4)中,K1为第1次水中冲击波能量利用系数,K2为第2次水中冲击波能量利用系数,且K1=0.31,K2=0.17;μ为***功,且μ=4×105;ρ为煤体密度;R为***管半径;δ为***管等效壁厚,D0为钻孔直径,D为***管直径。
通过***安全距离的精确计算,确保***的安全性,同时节省***管的长度,节约成本。
所述填充物为石棉和海泡石按照质量份数1:2形成的混合物。
石棉和海泡石均有隔热、绝缘、抗腐蚀及热稳定性能,石棉和海泡石混合物作为填充物,使得填充比较密实,灭火效果好。
所述步骤S4中对钻孔内温度进行测试是通过第一温度传感报警器11-1检测钻孔1内的温度,当温度高于60℃时,第一温度传感报警器11-1通过第一传输线10-1连接第一PLC控制器12-1,第一PLC控制器12-1通过第一电磁开关13-1控制高压泵15通过第一电磁阀16-1、第一流量计17-1、第一逆止阀 18-1和第一CO2压注管9-1从耐压瓶20向钻孔1内压注液态CO2
通过第一温度传感报警器11-1自动检测钻孔1内的温度,当温度高于60℃时,通过第一PLC控制器12-1控制高压泵15通过从耐压瓶20向钻孔1内压注液态CO2,自动控制,避免温度高造成煤自燃的情况。
耐压瓶20上设有压力表19,对耐压瓶20内的气体压力进行监测。
所述步骤S6中对***管2内的温度进行测试是通过第二温度传感报警器 11-2检测***管2内的温度,当温度高于30℃时,第二温度传感报警器11-2 通过第二传输线10-2连接第二PLC控制器12-2,第二PLC控制器12-2通过第二电磁开关13-2控制高压泵15通过第二电磁阀16-2、第二流量计17-2、第二逆止阀18-2和第二CO2压注管9-2从耐压瓶20向***管2内压注液态CO2
通过第二温度传感报警器11-2实时检测***管2内的温度,当温度高于 30℃时,第二PLC控制器12-2控制高压泵15从耐压瓶20向***管2内压注液态CO2,对***管2进行自动控制,避免温度过高对***管造成损伤和破坏,从而确保***灭火的效果。
所述引爆器23通过局域网22和引爆网络21连接第一导爆索8,引爆***管2内的乳化***5。
如图5所示,所述引爆网络包括多个支导爆管25、导爆管24和第二导爆索26,多个支导爆管25与导爆管24连接,第二导爆索26与导爆管24连接,第二导爆索26上设置有电***27,电***与电源线28连接,由电源线28点火起爆。
通过引爆网络可以进行安全引爆,避免引爆造成人身伤害。
在高温煤田火区的治理中,采用高温深孔***技术将火区下部存在的采空区和煤层长时间燃烧形成的大空洞炸塌垮落,将空洞充填,再向塌陷区裂隙灌注少量复合胶体,将塌陷区进行覆盖、隔氧、降温,可起到熄灭火源治理火区的作用,典型工程如攀枝花宝鼎矿区海宝箐片区4层露头火灾综合治理工程。在这些高温***中,通过将炮孔降温、采用耐高温***和耐高温材料包装药包的方法,来实现***作业的安全。从目前我国煤火防治领域的***来看,一般采用炮孔降温、特殊的***安全技术、耐高温***器材和***器材的隔热包装的方法,来保证***施工的安全。在实际的操作中并未根据不同的炮孔温度,采用不同的***器材和不同的安全技术措施,仅仅针对灭火降温、隔热材料、***技术等几个方面进行研究。
本发明较好地解决了传统高温***工艺灭火效果差、炮孔孔数受限、副作用大等弊端。本发明能够精确识别出高温煤田火区,并针对不同温度的煤田火区及不同的钻孔温度实施不同的灭火方法,最后进行***灭火,灭火效果好,成本低。
本发明不受地形影响,对阻燃材料性能要求不高,施工简单方便、容易操作、安全性高。能够对高温煤田火区进行大规模精准分区***。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是,本发明实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高温煤田火区精准分区***灭火方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、采用无人机携带红外测温仪及分布式光纤对煤田火区温度进行探测后反演出煤田火区温度分布云图,根据煤田火区温度分布云图进行区域划分,识别出高温煤田火区,采用红外测温仪对高温煤田火区进行扫描式测温后反演出高温煤田火区温度分布云图;
S2、将高温煤田火区的温度数据采用MATLAB进行反演解算,结合GPS定位技术实现高温火源点的精准识别;
S3、根据反演得到的高温煤田火区温度分布云图及识别出的高温火源点,结合“10米内、9个人、三分钟、八个点”原则进行布孔,再根据布孔位置采用耐高温钻机进行钻孔,钻孔(1)的深度为300-500mm,钻孔(1)的直径为200-400mm,钻孔(1)的孔间距为600-800mm;
S4、采用全孔测温测气仪结合分布式光纤对钻孔内温度及气体进行测试,当钻孔(1)内的温度高于60℃或瓦斯浓度高于1%,往钻孔(1)内先压注含冰水(4)和硅胶的混合液,10min后再通过第一PLC控制器(12-1)控制高压泵(15)向钻孔(1)内压注液态CO2 10~160min;
S5、在压注液态CO2后的钻孔(1)上安装***管(2)并填塞***,***管(2)采用PVC管,管壁厚度为0.05m,***管(2)直径及长度计算如下式:
D=D0-0.1
H=H0-0.2 (1)
式(1)中,D0为钻孔直径,H0为钻孔深度,D为***管(2)直径,H为***管(2)长度;
向***管(2)中填塞乳化***(5),装药面密度:1.0~2.0kg/m2;单孔***的质量m计算如下式:
式(2)中,ρ为***密度,H为***管长度,D为***管(2)直径,T0为***点初始温度;
S6、采用红外测温仪及分布式光纤对***管(2)内的温度进行测试,若***管(2)内的温度高于30℃,往***管(2)内先压注含冰水(4)和硅胶的混合液,10min后再通过第二PLC控制器(12-2)控制高压泵(15)向***管(2)内注入液态CO25~80min;
S7、将第一导爆索(8)固定在***管(2)内,第一导爆索(8)的直径为5mm,第一导爆索(8)的长度为钻孔(1)高度的一半,第一导爆索(8)***乳化***(5)50±5mm深度处,采用填充物(7)封堵***管(2)及钻孔(1),填充物(7)的厚度为对应的***管(2)或钻孔(1)高度的1/10;
S8、在***安全距离外,采用引爆器(23)引爆***管(2)内的乳化***(5),实现高温煤田火区的***灭火。
2.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区***灭火方法,其特征在于,所述***安全距离为煤块***最大抛撒距离,由式(3)确定:
式(3)中,S为***安全距离,V1为碎块飞出速度;h为碎块飞散落差;g为重力加速度,H0为钻孔深度,H为***管长度;
所述碎块飞出速度,由式(4)确定:
式(4)中,K1为第1次水中冲击波能量利用系数,K2为第2次水中冲击波能量利用系数,且K1=0.31,K2=0.17;μ为***功,且μ=4×105;ρ为煤体密度;R为***管半径;δ为***管等效壁厚,D0为钻孔直径,D为***管直径。
3.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区***灭火方法,其特征在于,所述填充物为石棉和海泡石按照质量份数1:2形成的混合物。
4.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区***灭火方法,其特征在于,所述步骤S4中对钻孔内温度进行测试是通过第一温度传感报警器(11-1)检测钻孔(1)内的温度,当温度高于60℃时,第一温度传感报警器(11-1)通过第一传输线(10-1)连接第一PLC控制器(12-1),第一PLC控制器(12-1)通过第一电磁开关(13-1)控制高压泵(15)通过第一电磁阀(16-1)、第一流量计(17-1)、第一逆止阀(18-1)和第一CO2压注管(9-1)从耐压瓶(20)向钻孔(1)内压注液态CO2
5.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区***灭火方法,其特征在于,所述步骤S6中对***管(2)内的温度进行测试是通过第二温度传感报警器(11-2)检测***管(2)内的温度,当温度高于30℃时,第二温度传感报警器(11-2)通过第二传输线(10-2)连接第二PLC控制器(12-2),第二PLC控制器(12-2)通过第二电磁开关(13-2)控制高压泵(15)通过第二电磁阀(16-2)、第二流量计(17-2)、第二逆止阀(18-2)和第二CO2压注管(9-2)从耐压瓶(20)向***管(2)内压注液态CO2
6.如权利要求1所述的高温煤田火区精准分区***灭火方法,其特征在于,所述步骤S8中引爆器(23)通过局域网(22)和引爆网络(21)连接第一导爆索(8),引爆***管(2)内的乳化***(5)。
7.如权利要求6所述的高温煤田火区精准分区***灭火方法,其特征在于,所述引爆网络包括多个支导爆管(25)、导爆管(24)和第二导爆索(26),多个支导爆管(25)与导爆管(24)连接,第二导爆索(26)与导爆管(24)连接,第二导爆索(26)上设置有电***(27),电***与电源线(28)连接,由电源线(28)点火起爆。
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