綜放工作面防滅火技術(shù)探究

黃曉偉

（霍州煤電集團(tuán)晉北煤業(yè)公司，山西 忻州 035100）

霍州煤電集團(tuán)晉北煤業(yè)公司山浪煤礦位于山西省忻州市靜樂縣娘子神鄉(xiāng)山浪村，礦區(qū)位于寧武煤田的東南部，礦井煤層賦存穩(wěn)定，屬低瓦斯礦井。5-101綜采工作面開采煤層厚度4.0～6.15 m，平均厚度5 m，采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化放頂煤生產(chǎn)工藝，采空區(qū)采用全部垮落法處理。工作面相對(duì)瓦斯涌出量為0.28 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為0.36 m3/min，采用U型通風(fēng)方式，實(shí)際通風(fēng)量為1100 m3/min。

1 5-101綜放工作面煤的自燃分析預(yù)測(cè)

5-101綜放工作面開采的是5#上煤層，經(jīng)煤炭科學(xué)總院撫順分院鑒定5#上煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層。

1.1 煤的含硫量分析

根據(jù)礦井煤炭全硫分析試驗(yàn)報(bào)告，5#上煤層全硫5.68%。

根據(jù)《山西省靜樂縣牛泥煤礦區(qū)勘探（精查）地質(zhì)報(bào)告》，5#上煤層為以中灰分煤為主，高灰煤次之，中-高硫，低磷，高發(fā)熱量的1/3焦煤為主，肥煤次之。

從煤的含硫量分析，含硫分越多，吸氧能力越大，越易自燃；5#上煤層的硫分含量為中-高硫，因此5#上煤層的自燃傾向性較強(qiáng)。

1.2 煤巖特性分析

從煤巖成分分析，煤層中有集中的鏡煤和亮煤，特別是含有絲煤時(shí)，煤的自燃傾向性就越大；5#上煤層以黑—深黑色、瀝青—玻璃光澤、斷口參差狀、節(jié)理及內(nèi)生裂隙較發(fā)育、條帶狀結(jié)構(gòu)為主，層狀構(gòu)造，平行層理發(fā)育；宏觀煤巖類型以亮煤為主，次之為半亮煤型煤；絲質(zhì)組占8.8%～30.4%，平均20.62%，含量較高，因此5#上煤層的自燃傾向性較大。

1.3 煤的炭化程度分析

從煤的炭化程度分析，煤層的自燃性隨煤炭的變質(zhì)程度的增高而降低。煤的炭化程度越低，揮發(fā)分含量越高，煤層自燃傾向越強(qiáng)。5#上煤層原煤揮發(fā)分平均27.45%，屬于中等揮發(fā)分，存在自燃傾向性。

1.4 煤的賦存條件分析

5#上煤層厚度2.85～6.15 m，平均5 m，為厚煤層，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部地段因上靠基巖剝蝕面較近、煤層頂板破碎、地下水活動(dòng)頻繁等原因，煤層遭風(fēng)化。

由于5#上煤層厚度大，易于局部?jī)?chǔ)熱，開采時(shí)煤炭損失，破碎程度大，煤層遭風(fēng)化增加了煤的氧化表面積，使煤的氧化速度加快，所以5#上煤層自燃發(fā)火危險(xiǎn)性大。

綜上所述，5#上煤層吸氧量0.51 mL/g，自燃傾向性較大，屬于自燃煤層。

2 綜合防滅火技術(shù)

針對(duì)5#上煤層自燃的危險(xiǎn)性及特點(diǎn)，山浪煤礦從5-101工作面試采時(shí)就采取綜合防滅火措施，工作面回采期間實(shí)時(shí)注氮、束管監(jiān)測(cè)，工作面回撤期間噴灑阻化劑，構(gòu)筑防火密閉墻，杜絕了采空區(qū)煤炭自然發(fā)火。

2.1 采空區(qū)注氮

《煤礦爆炸、火災(zāi)及其防治技術(shù)》中根據(jù)氧氣濃度劃分采空區(qū)三帶采用以下指標(biāo)：①不自燃帶的氧氣濃度＞18%；②自然帶的氧氣濃度位于8%～18%的范圍內(nèi)；③窒息帶的氧氣濃度＜8%。采空區(qū)注入氮?dú)?，能有效降低采空區(qū)內(nèi)氧氣含量，減少氧化反應(yīng)的發(fā)生，如能有效將氧氣濃度降至8%以下，則采空區(qū)可成為窒息帶，從而阻斷氧化反應(yīng)的發(fā)生，從根本上預(yù)防自然發(fā)火。同時(shí)采空區(qū)注入氮?dú)夂?，提高了氣體靜壓，降低了漏入采空區(qū)的風(fēng)量，減少了氧氣與煤炭直接接觸的機(jī)會(huì)。氮?dú)庠诹鹘?jīng)煤體時(shí)，吸收了煤氧化產(chǎn)生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質(zhì)的溫度，使煤的氧化因聚熱條件的破壞而延緩或終止，使采空區(qū)遺煤氧化周期<自燃發(fā)火期。

山浪礦根據(jù)井下工作面實(shí)際布局情況，建立地面固定式注氮防滅火系統(tǒng)。從注氮站采用4寸管路經(jīng)主斜井、集中皮帶巷一直送到5-1011巷，在4寸管路上用三通連接兩趟2寸阻燃塑料管路送到工作面迎頭，隨頂板垮落埋入采空區(qū)。兩趟管路交替邁步，回采工作面每推進(jìn)30 m，關(guān)閉其中一趟2寸管路上閥門，剁斷一趟管路，等頂板垮落埋入后打開閥門注氮，以此實(shí)現(xiàn)采空區(qū)不間斷注氮。注氮技術(shù)主要參數(shù)：注氮流量：1000 m3/h；氮?dú)鉂舛龋海?7%；氮?dú)忉尫趴谖恢茫翰煽諈^(qū)以內(nèi)0～60 m。

2.2 加強(qiáng)氣體監(jiān)測(cè)

配合注氮系統(tǒng)，采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)、上隅角指標(biāo)氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。從5-1012巷接入束管3根，其中1根懸掛在工作面上隅角，另外2根加防護(hù)套隨工作面頂板垮落埋入采空區(qū)，交替邁步，步距20 m，對(duì)工作面上隅角和采空區(qū)0～40 m范圍內(nèi)的指標(biāo)氣體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。指標(biāo)氣體主要監(jiān)測(cè)CO，CO2，O2，N2，CH4，C2H2等6種氣體。通過監(jiān)測(cè)以及連續(xù)注氮，采空區(qū)15 m后氧氣濃度可降至8%以下，CO常態(tài)20PPM以下，沒有超出50PPM。山浪礦將束管監(jiān)測(cè)結(jié)果制成報(bào)表，每天由通風(fēng)科長(zhǎng)、通風(fēng)區(qū)長(zhǎng)、總工程師審批，實(shí)時(shí)掌握采空區(qū)內(nèi)指標(biāo)氣體的變化情況。

2.3 回撤期間采空區(qū)噴灑阻化劑

遺煤自燃阻化處理的主要作用機(jī)理是通過增加煤體的蓄水能力，一方面依靠水分蒸發(fā)吸熱降溫，同時(shí)在煤體顆粒周圍形成液膜包圍煤體表面裂隙面，從而減小煤與氧氣接觸面，降低煤在低溫時(shí)的氧化速度，延長(zhǎng)煤的自燃發(fā)火期。山浪礦5-101工作面回撤期間噴灑的阻化劑主要成分為氯化鈣，采用人工噴灑的方式，在回撤期間每天檢修班向采空區(qū)及上、下隅角松散煤體及支架后部遺煤大量噴灑阻化劑，進(jìn)一步減緩松散煤體的氧化自燃發(fā)展過程。

2.4 構(gòu)筑防火墻封閉采空區(qū)

5-101回采工作面回撤結(jié)束后，在原5-101工作面正、副巷施工兩道永久防火密閉墻，密閉墻體全厚為3 m，內(nèi)、外墻為料石墻，厚1 m，中間掏槽充填速凝固化劑（阻燃膨脹材料），確保防火密閉墻不漏風(fēng)。密閉墻底部預(yù)留反水孔，中部預(yù)留監(jiān)測(cè)孔，頂部預(yù)留措施孔，3孔采用2寸鋼管加閥門設(shè)置，定期通過監(jiān)測(cè)也使用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)采空區(qū)內(nèi)指標(biāo)氣體變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)CO等自然發(fā)火指標(biāo)氣體濃度升高，需要采取滅火措施，即可通過措施孔對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注氮或注黃泥漿。

5-101防火密閉墻施工完成后，由通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)將兩道閉墻設(shè)為瓦斯巡回檢查點(diǎn)，每班對(duì)閉墻前的瓦斯、CO及溫度進(jìn)行3次檢查，并作記錄；將兩閉墻作為礦井永久防滅火觀測(cè)站，對(duì)閉墻內(nèi)的有害氣體每5天通過墻體中部的觀測(cè)孔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并建立監(jiān)測(cè)記錄臺(tái)賬。當(dāng)發(fā)現(xiàn)密閉墻內(nèi)有異常時(shí)及時(shí)制定措施進(jìn)行處理。

總之，山浪煤礦針對(duì)綜放工作面采空區(qū)殘留浮煤多、容易自燃的特點(diǎn)，采用綜合防滅火技術(shù)手段，通過采空區(qū)連續(xù)注氮、束管監(jiān)測(cè)、噴灑阻化劑、構(gòu)筑高標(biāo)準(zhǔn)防火密閉墻，有效降低了采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度，阻斷氧化過程發(fā)生，收到了很好的效果。