燕子山煤礦綜放工作面綜合防滅火技術(shù)應(yīng)用研究

翟茂兵

（大同煤礦集團(tuán)挖金灣煤業(yè)有限公司，山西省大同市，037042）

1 燕子山煤礦8901綜放面發(fā)火情況及原因分析

同煤集團(tuán)燕子山煤礦14-2＃煤層具有自燃傾向性，發(fā)火期3～6個月，該煤層901盤區(qū)8901綜放面為U 型通風(fēng)系統(tǒng)，采用后退式回采，工作面風(fēng)量1200m3／min。工作面傾斜長150m，走向長900m。煤厚平均9.8m，煤層傾角7～9°。工作面上覆12＃煤層309盤區(qū)采空區(qū)。

8901綜放面頂板初次垮落后，發(fā)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)量和回風(fēng)量相差150 m3／min，工作面上隅角CO 濃度為0.0015%，回風(fēng)流中CO 濃度0.0005%。當(dāng)工作面回采將近80m 時，工作面上隅角CO 濃度高達(dá)0.045%，回風(fēng)流中CO 濃度達(dá)0.015%，回風(fēng)流溫度由22℃上升至42℃，并且進(jìn)風(fēng)巷道出現(xiàn)微風(fēng)，回風(fēng)巷風(fēng)量為700 m3／min，采空區(qū)內(nèi)CO 最高濃度達(dá)到0.15%。

通過安裝在12＃煤層和14-2＃煤層封閉的采空區(qū)內(nèi)的束管監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，12＃煤層8910 采空區(qū)內(nèi)的煤炭發(fā)生了自燃。由于8901工作面上覆為12＃煤層8910采空區(qū)，兩工作面的層間距僅為2～5m，導(dǎo)致8901綜放面頂板全部垮落后8910采空區(qū)內(nèi)的CO 氣體大量下泄。另外通過示蹤技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)12＃煤層8910采空區(qū)已與小煤窯采空區(qū)塌通，造成8901采空區(qū)外部漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致8901綜放面采空區(qū)內(nèi)煤炭自燃，產(chǎn)生大量CO。

由于8901采空區(qū)氣體成分及濃度變化不定，用氣相色譜儀分析氣體成分有CO、C2H4、C2H2（C2H2間歇出現(xiàn)）等，各氣體濃度時高時低。因此，可以采用CO、C2H4及C2H23個指標(biāo)綜合地將采空區(qū)自燃劃分為3 個階段：出現(xiàn)0.0001%級的CO 時為緩慢氧化階段；出現(xiàn)0.0001%級的CO和C2H4時為加速氧化階段；出現(xiàn)0.0001%級的CO、C2H4和C2H2時為劇烈氧化階段，此時即將出現(xiàn)明火，工作面處于危險狀態(tài)。據(jù)此可知，8901綜放面在回采期間采空區(qū)之所以間歇地涌出C2H2，且各指標(biāo)氣體濃度時高時低，就是由于反復(fù)出現(xiàn)明火所致。

2 8901綜放面綜合防滅火技術(shù)措施

2.1 均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)

8901綜放面均壓通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。在進(jìn)風(fēng)巷均壓硐室內(nèi)按通風(fēng)設(shè)施建筑標(biāo)準(zhǔn)砌建一道0.5m厚的隔離墻，在墻體上距頂板0.5 m 的中間位置安裝兩直徑為0.78 m 的鐵風(fēng)筒。在隔離墻前3～6 m處砌建通風(fēng)機穩(wěn)裝平臺，再在平臺上并排放置2臺2×55kW 均壓通風(fēng)機，兩臺通風(fēng)機通過特制導(dǎo)風(fēng)筒相連接 （1臺運轉(zhuǎn)、1臺備用）。在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)均壓硐室之間砌建兩道均壓風(fēng)門。在回風(fēng)巷內(nèi)距回風(fēng)繞道口以里10m 處砌建兩道均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門。在均壓風(fēng)門和均壓調(diào)節(jié)上分別安裝一套水柱計和乳膠管，觀測壓力變化情況。

圖1 均壓通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2.2 封堵采空區(qū)外部漏風(fēng)技術(shù)

由于工作面采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)是采空區(qū)漏風(fēng)的主要通道，為減少此處漏風(fēng)，在工作面下隅角掛風(fēng)簾，以改變此處風(fēng)流方向和增加進(jìn)風(fēng)通道阻力，減少采空區(qū)漏風(fēng)。在工作面回采過程中，必須有專人負(fù)責(zé)風(fēng)簾管理。工作面回風(fēng)巷是氮氣必流經(jīng)的通道，氮氣注入采空區(qū)后在區(qū)內(nèi)擴散，惰化氧化帶，然后大部分從回風(fēng)巷流出。但如果此通道太暢通，必然造成氮氣在區(qū)內(nèi)擴散速度加快，不利于采空區(qū)惰化。因此，對回風(fēng)巷道頂板應(yīng)該強制放頂，用矸石堵塞采空區(qū)回風(fēng)側(cè)。

根據(jù)12＃煤層采空區(qū)與小煤窯破壞區(qū)的連通情況，對周邊小煤窯采掘情況進(jìn)行了認(rèn)真詳細(xì)的調(diào)查。通過對調(diào)查結(jié)果分析研究，決定有針對性地對有關(guān)小煤窯的巷道進(jìn)行封堵。同時對901盤區(qū)內(nèi)的相鄰采空區(qū)防火密閉進(jìn)行了加固噴漿。

2.3 采空區(qū)注氮技術(shù)

在8901工作面進(jìn)風(fēng)巷外側(cè)巷幫敷設(shè)無縫鋼管，并埋入采空區(qū)內(nèi)，管路采用法蘭盤連接，每隔一定距離預(yù)設(shè)氮氣釋放口，其位置高于煤層底板200～300mm，并采用石塊或木垛加以妥善保護(hù)以免孔口堵塞。為控制注氮地點，提高注氮效果，采用拉管移動式注氮方式，利用回柱絞車將埋管向外牽引，埋管移動周期與工作面推進(jìn)速度保持同步，使注氮孔始終在采空區(qū)氧化帶內(nèi)注入氮氣。通過氮氣的注入，降低了8901采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度，對采空區(qū)內(nèi)煤炭自燃起到了很好的抑制效果。

2.4 新型材料封堵技術(shù)

8901綜放面設(shè)備撤退完畢后，采用馬立散和羅克休等新型材料封閉采空區(qū)。首先在巷道內(nèi)砌建兩層厚度分別為0.75m 的磚墻，兩層墻中間間隔0.3m，并向內(nèi)灌注羅克休加固材料。然后在密閉墻周邊打鉆孔，灌注馬立散，將頂板裂隙充填嚴(yán)密。最后對密閉墻及裙邊進(jìn)行噴漿，噴漿厚度不小于150mm。

2.5 地面集中灌漿防滅火技術(shù)

8901采空區(qū)封閉后，經(jīng)過一段時間，通過觀測孔檢查采空區(qū)內(nèi)CO 濃度達(dá)0.6%，說明煤炭又發(fā)生復(fù)燃。利用紅外熱像探測儀和采空區(qū)標(biāo)志性氣體濃度分析查找火源位置?；鹪次恢么_定后，在地面建立集中灌漿系統(tǒng)，從地面直接向火源區(qū)域打鉆孔，對其進(jìn)行黃泥灌漿。

3 8901綜放面綜合防滅火措施效果分析

通過采取綜合防滅火技術(shù)措施，燕子山煤礦的外部漏風(fēng)量和8901綜放面采空區(qū)漏風(fēng)量大幅減小，采空區(qū)煤炭自燃得到了有效遏制。

3.1 均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)

均壓系統(tǒng)啟動前，以相鄰封閉的8903采空區(qū)密閉墻內(nèi)外壓差數(shù)據(jù)作為8901綜放面均壓系統(tǒng)啟用后壓力數(shù)據(jù)的參考，8903防火密閉墻內(nèi)外壓差為3.5Pa。8901綜放面均壓系統(tǒng)啟用后，工作面與盤區(qū)巷道的壓差為3.4～3.6Pa，采空區(qū)的漏風(fēng)由原來的150m3／min降至20m3／min，CO 濃度由原來最高的0.0015%降為0.000015%。通過采用均壓措施，使工作面內(nèi)保持了足夠的風(fēng)壓，有效地避免采空區(qū)漏風(fēng)進(jìn)入工作面，抑制了CO 等有害氣體的下泄，為安全回采提供了有利保障。

3.2 封堵采空區(qū)外部漏風(fēng)技術(shù)

本措施實施完畢后，對12＃煤層采空區(qū)CO 氣體的外泄起到了一定的抑制作用，降低了8901綜放面采空區(qū)的外部漏風(fēng)，14-2＃煤層901盤區(qū)進(jìn)回風(fēng)差由原來360m3／min減小到120m3／min。

3.3 采空區(qū)注氮技術(shù)

通過對工作面實施采空區(qū)注氮技術(shù)措施前后工作面上隅角CO 濃度的實測數(shù)據(jù)比對分析，發(fā)現(xiàn)在8901綜放面實施該措施后，工作面上隅角CO 濃度始終保持在0.000015%以下。因此，采空區(qū)注氮技術(shù)可以起到較好的防滅火效果。

3.4 地面集中灌漿防滅火技術(shù)

通過對8901綜放面相鄰和上覆采空區(qū)氣體濃度變化特征進(jìn)行分析論證，大體確定了火源范圍，對此范圍進(jìn)行了灌漿，將火源直接熄滅，徹底治理了CO 等有害氣體對礦井安全生產(chǎn)的威脅，CO 濃度由最高時的0.0015%降至0。

綜合防滅火技術(shù)的應(yīng)用前后，8901 綜放面上隅角各種氣體變化情況見表1。從表1 中可以看出，綜合防滅火技術(shù)措施實施后，8901 綜放面采空區(qū)煤炭自燃的各項指標(biāo)氣體的濃度呈顯著下降趨勢，上隅角溫度也明顯下降，說明采空區(qū)的煤炭自燃得到了有效遏制。

表1 8901綜放面上隅角各種氣體濃度變化情況

4 結(jié)論

（1）通過對燕子山煤礦8901綜放面采空區(qū)自然發(fā)火情況分析可知：該工作面采空區(qū)外部漏風(fēng)嚴(yán)重；采空區(qū)自然發(fā)火的指標(biāo)性氣體為CO、C2H4及C2H2；采空區(qū)自然發(fā)火分為3 個階段：出現(xiàn)CO時的緩慢氧化階段，出現(xiàn)CO 和C2H4時的加速氧化階段，出現(xiàn)CO、C2H4和C2H2時的劇烈氧化階段。

（2）根據(jù)8901綜放面采空區(qū)自然發(fā)火原因及特點，采取了均壓通風(fēng)、封堵漏風(fēng)、采空區(qū)注氮、新型材料封堵和地面集中灌漿相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)措施，該技術(shù)措施實施后，8901 綜放面采空區(qū)的漏風(fēng)量由150m3／min降至20m3／min，CO 濃度由原來最高的0.0015%逐漸降至為0.000015%，工作面上隅角CO 濃度始終保持在0.000015%以下，工作面的采空區(qū)漏風(fēng)和煤炭自燃都得到了有效治理，使得該工作面的120萬t煤炭安全采出。

（3）綜合防滅火技術(shù)在治理煤炭自燃中起到了非常重要的作用，但是，在實際應(yīng)用中還有很多不足需要今后進(jìn)一步研究，如缺乏成熟的理論和技術(shù)來準(zhǔn)確查找煤炭自燃位置，目前部分防滅火材料腐蝕井下設(shè)備，危害工人健康、污染井下環(huán)境，在今后的工作中應(yīng)主要研究安全、綠色、經(jīng)濟、高效的防滅火材料和設(shè)備。

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