納林廟煤礦采空區(qū)自然發(fā)火的綜合防治技術(shù)研究

嚴(yán)民杰

(煤炭工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100120)

煤炭自然發(fā)火是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的嚴(yán)重災(zāi)害之一，是制約煤礦安全、高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。因此，預(yù)防礦井中煤炭自然發(fā)火，對(duì)煤礦生產(chǎn)安全至關(guān)重要，成為煤礦科學(xué)技術(shù)人員、專家學(xué)者的主要研究課題。

由于煤炭開(kāi)采時(shí)，采煤工作面遺留了大量的浮煤，加之開(kāi)采時(shí)遺留的巷道、頂板垮落時(shí)造成的裂隙，創(chuàng)造了良好的供氧條件。煤炭自然發(fā)火，更容易在綜放開(kāi)采的采空區(qū)發(fā)生。因此，預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火，就成了研究礦井煤炭自然發(fā)火的重中之重。

納林廟煤礦開(kāi)采的6-2煤層具有自燃傾向，自燃傾向等級(jí)屬于易自燃煤層，著火溫度小于305℃。地質(zhì)報(bào)告提供的自然發(fā)火期為3～6個(gè)月。由于6-2煤層揮發(fā)分高、燃點(diǎn)低、易氧化、埋藏淺、漏風(fēng)嚴(yán)重、綜采工作面走向長(zhǎng)(開(kāi)發(fā)時(shí)間也長(zhǎng))、煤柱多、遺煤多(包括留頂、留底)，極易發(fā)生采空區(qū)自然發(fā)火。工作面采空區(qū)曾出現(xiàn)不同程度的自燃現(xiàn)象發(fā)生。因此，研究解決納林廟煤礦采空區(qū)自然發(fā)火的防治問(wèn)題，是刻不容緩的。

1 采空區(qū)自然發(fā)火的條件與原因分析

1.1 自然發(fā)火的條件

采空區(qū)的煤炭自燃是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其影響因素比較復(fù)雜，迄今為止，尚不能對(duì)其機(jī)理做出圓滿的解釋。但對(duì)于煤炭自燃的條件，可歸納為如下幾個(gè)方面：①有自燃傾向性，呈破碎狀，且具有一定厚度的浮煤；②有充分含氧量的氣流持續(xù)地經(jīng)過(guò)浮煤區(qū)；③浮煤區(qū)有積蓄氧化熱量的環(huán)境；④上述三個(gè)條件同時(shí)具備，且共存的時(shí)間大于煤的自然發(fā)火期。

1.2 采空區(qū)自然發(fā)火原因分析

采空區(qū)自然發(fā)火的產(chǎn)生與發(fā)展，是諸多因素共同作用的結(jié)果，既有內(nèi)在因素，也有外在的因素。就納林廟煤礦自然發(fā)火而言，通過(guò)分析，歸納出如下主要原因：

1.2.1 采空區(qū)存有供自燃的浮煤

綜采面全部為全煤巷道，并留有頂(底)煤，加之回采時(shí)留有一定厚度的頂煤，回采后頂板回落，造成采空區(qū)存有大量的浮煤。

1.2.2 有連續(xù)風(fēng)流的供氧條件

該礦為淺地表開(kāi)采，距地表30～180m，開(kāi)采造成了地表有塌陷、裂隙，導(dǎo)致地表向采空區(qū)送風(fēng)；由于采動(dòng)壓力與地質(zhì)構(gòu)造的影響，采面煤柱被壓垮或密閉周?chē)霈F(xiàn)裂隙，造成采空區(qū)連通，采空區(qū)漏風(fēng)。

1.2.3 有積聚氧化熱的蓄熱環(huán)境

受地質(zhì)構(gòu)造、開(kāi)采布置、采煤方法與通風(fēng)系統(tǒng)的影響，使得采空區(qū)的局部地點(diǎn)出現(xiàn)窩風(fēng)，達(dá)到浮煤既能自燃又能蓄熱的環(huán)境。

2 預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火的措施

“預(yù)防為主”是防治礦井火災(zāi)必須遵循的原則。貫徹“預(yù)防為主”，就是要充分利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，針對(duì)采空區(qū)自然發(fā)火的條件與原因，制定預(yù)防自然發(fā)火的措施。

預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火要采取綜合措施，要涉及到開(kāi)拓、開(kāi)采、通風(fēng)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

2.1 選擇正確的開(kāi)拓、開(kāi)采方法

礦井開(kāi)拓、開(kāi)采設(shè)計(jì)要滿足礦井防滅火工作的要求：①新布置的綜放工作面，靠大巷一側(cè)要留有50m以上的永久煤柱；②綜采工作面為避免多個(gè)采空區(qū)連成一片，要在一定的區(qū)域范圍內(nèi)(一般為3 個(gè)面)留有40m的隔離煤柱；③綜采工作面進(jìn)回風(fēng)巷道連續(xù)采煤機(jī)雙巷掘進(jìn)時(shí)，聯(lián)絡(luò)巷之間的距離應(yīng)盡量加大，一般不得小于55m；④綜采工作面布置時(shí)，不準(zhǔn)留設(shè)輔助切眼及泄水巷，盡量減少與采空區(qū)連通的通道以減少漏風(fēng)；⑤進(jìn)行回采時(shí)，盡量不留或少留頂煤。

2.2 優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)

合理穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)是保證工作面定量供風(fēng)的前提。在滿足相鄰采空區(qū)均壓通風(fēng)要求下，工作面盡量選擇下行風(fēng)，以減弱風(fēng)流進(jìn)入工作面采空區(qū)的能力。選擇合理有效的通風(fēng)構(gòu)筑物位置，對(duì)影響綜采面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的風(fēng)門(mén)，都要安設(shè)閉鎖裝置，確保兩個(gè)風(fēng)門(mén)不得同時(shí)敞開(kāi)。

優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，降低礦井通風(fēng)阻力，合理布置通風(fēng)設(shè)施，合理分布通風(fēng)壓力，提高通風(fēng)設(shè)施質(zhì)量，是保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火的關(guān)鍵措施。

2.3 加強(qiáng)采空區(qū)密閉

采空區(qū)密閉是預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火或有害氣體向外擴(kuò)散的有效措施，其密封工程的位置與質(zhì)量，以及選擇的封閉時(shí)間，均將影響采空區(qū)自然發(fā)火的預(yù)防效果。密閉漏風(fēng)的大小，主要取決于密閉兩端的漏風(fēng)壓差及漏風(fēng)經(jīng)過(guò)密閉的風(fēng)阻。為此，需要根據(jù)實(shí)際開(kāi)采情況，合理確定密閉的材料、位置、墻體厚度及密閉墻道數(shù)。在工作面進(jìn)行回采時(shí)，隨回采工作面的正常推進(jìn)，對(duì)雙巷掘進(jìn)形成的所有聯(lián)絡(luò)巷及采空區(qū)與外界連通的巷道及時(shí)進(jìn)行密閉，對(duì)有漏風(fēng)跡象的密閉、煤柱及時(shí)噴漿，或采取其他措施進(jìn)行處理。

2.4 保持綜采面快速推進(jìn)

綜采工作面的快速推進(jìn)，是一項(xiàng)極其主要的預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火的措施。在影響發(fā)火期程度的外因方面，工作面推進(jìn)速度約占20%，是影響發(fā)火期的重要因素之一。提高綜采面推進(jìn)速度，使采空區(qū)的氧化自熱區(qū)以較短的時(shí)間變?yōu)橹舷^(qū)，減少浮煤自然發(fā)展階段漏風(fēng)對(duì)煤氧化的時(shí)間，有效地控制了浮煤自燃。

綜采工作面要堅(jiān)持“快掘、快采、快撤、快封”的原則，充分發(fā)揮現(xiàn)代化設(shè)備的效能，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效、快速推進(jìn)、快速撤離、快速封密，為防止采空區(qū)煤炭自然發(fā)火創(chuàng)造有利的條件。

2.5 采取措施減少采空區(qū)浮煤、阻止浮煤氧化

首先，要加強(qiáng)開(kāi)采線、停采線、進(jìn)風(fēng)道、回風(fēng)道管理。對(duì)綜采工作面開(kāi)采線、停采線、進(jìn)風(fēng)道、回風(fēng)道進(jìn)行綜合治理，是預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火的有效措施。綜采工作面開(kāi)采線采取放震動(dòng)炮強(qiáng)治放頂，使其冒落嚴(yán)實(shí)；綜采工作面停采線必須清除干凈，不留浮煤、木料及其他可燃性材料。

為了解決浮煤氧化，盡量要降低采空區(qū)丟煤量，減少煤炭暴露面，可采取將采掘過(guò)程中產(chǎn)生的浮煤盡力清除外運(yùn)，對(duì)無(wú)法清除留有的浮煤要采取阻化措施；對(duì)其他地點(diǎn)的浮煤，采取沙土覆蓋；對(duì)綜采面開(kāi)采線、停采線、進(jìn)風(fēng)道、回風(fēng)道(均為煤壁)采取噴灑高分子阻化劑；同時(shí)，根據(jù)煤巷服務(wù)年限不同，對(duì)其分別采取噴漿、刷白措施，可有效地阻止浮煤氧化。

2.6 對(duì)采空區(qū)實(shí)施注水、注氮

對(duì)密閉的采空區(qū)，井下條件具備時(shí)，首先注水

降溫，淹沒(méi)浮煤，使其達(dá)不到氧化蓄熱的條件。

向采空區(qū)連續(xù)注入氮?dú)猓乐胃∶鹤匀?，是一種行之有效的防火技術(shù)措施。結(jié)合注氮強(qiáng)度和采空區(qū)自然發(fā)火的特點(diǎn)，在連續(xù)注氮的同時(shí)，可重點(diǎn)在開(kāi)采線、停采線、煤柱、進(jìn)回風(fēng)道兩側(cè)及綜采工作面起伏不平、不能正常推進(jìn)處進(jìn)行注氮，使采空區(qū)惰化。注氮管鋪設(shè)在進(jìn)風(fēng)巷道，采用拉管移動(dòng)注氮法。

2.7 加強(qiáng)采空區(qū)自然發(fā)火的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)

采空區(qū)浮煤自燃的早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，是防止引起重大火災(zāi)事故的關(guān)鍵。

煤炭自燃早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的方法有：①人工取樣色譜分析法；②現(xiàn)場(chǎng)人工檢測(cè)；③束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；④安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

采空區(qū)自燃早期預(yù)報(bào)的關(guān)注點(diǎn)為：①關(guān)注CO的變化；②關(guān)注煤焦油味與發(fā)火時(shí)間間隔；③關(guān)注標(biāo)志性氣體(CO和C2H4)及其濃度；④關(guān)注溫度。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)由于納林廟煤礦煤層厚埋藏淺，煤層自燃傾向性屬于自燃煤層。因此，必須要弄清楚采空區(qū)自然發(fā)火的原因，根據(jù)實(shí)際情況，采取綜合防治采空區(qū)自然發(fā)火的措施。

(2)分析了原因，籌劃了措施，要達(dá)到采空區(qū)防治自然發(fā)火的目的，就必須嚴(yán)格實(shí)施措施，做到有督促、有檢查、有考核。

通過(guò)采空區(qū)防治自然發(fā)火措施的實(shí)施，納林廟煤礦就能從根本上杜絕這一類安全事故。