高瓦斯易自燃綜放面采空區(qū)火與瓦斯綜合防治

劉金龍，陳志平

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大興煤礦， 遼寧 調(diào)兵山市 112700）

0 引 言

鐵法能源公司大興礦N2706綜放面傾斜長(zhǎng)度為150m，煤層平均厚度為10m，工作面采用綜采放頂煤回采，U型通風(fēng)，工作面風(fēng)量為1200～1500 m3／min，回采煤層為長(zhǎng)焰煤，其最短發(fā)火期為20d左右，為一級(jí)易自燃發(fā)火煤層，工作面絕對(duì)瓦斯約為40～60m3／min，為高瓦斯工作面，大興礦N2706處于高瓦斯、易自燃條件下開采，礦井安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。本文以大興礦N2706綜放面為工程背景，提出了一套高瓦斯易自燃厚煤層綜放面采空區(qū)火與瓦斯綜合防治技術(shù)措施，為同類礦山及工作面瓦斯及火災(zāi)綜合防治提供參考。

1 采空區(qū)火與瓦斯綜合防治技術(shù)

大興礦N2706綜放面火與瓦斯共存，安全隱患較嚴(yán)重。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由于瓦斯問題每天都存在，而火的問題要積累到一定程度才顯現(xiàn)，因此礦井一般都將重點(diǎn)放在治理瓦斯上，在治理瓦斯時(shí)無(wú)限地加大工作面的風(fēng)量和采空區(qū)瓦斯的抽放量，使采空區(qū)的氧化帶寬度加大，使采區(qū)浮煤達(dá)到其自然發(fā)火期而氧化自燃，采空區(qū)火災(zāi)的發(fā)生，又易導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯爆炸，其結(jié)果既防不了瓦斯，又防不了火。為此，綜放面瓦斯治理與防火必須統(tǒng)籌考慮，既要使工作面瓦斯不超限，又必須使采空區(qū)浮煤在其自燃發(fā)火期未到時(shí)進(jìn)入采空區(qū)窒熄帶［1－2］。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，必須采用防火防瓦斯綜合策略。

1.1 采空區(qū)防火策略

（1）綜放面回采過程中充填河砂。綜放面開采前，預(yù)先由運(yùn)回順向開切眼前三角點(diǎn)、開切眼內(nèi)各埋設(shè)一趟Φ108mm充填管路，工作面回采老頂初次來(lái)壓（30～50m）冒落后，利用預(yù)先埋設(shè)的管路向開切眼存在的一條近似三角形斷面的空間內(nèi)充填河砂，封堵漏風(fēng)通道，并且對(duì)附近的浮煤濕潤(rùn)降溫。工作面回采期間，根據(jù)采空區(qū)自燃發(fā)火危害程度，工作面每推進(jìn)10～40m，對(duì)前、后三角點(diǎn)架后采空區(qū)進(jìn)行一次水砂充填封堵。對(duì)于火成巖侵入?yún)^(qū)段可以根據(jù)侵入的范圍在架間埋管，一般推進(jìn)5～10m開始充填。

（2）三相泡沫法預(yù)防綜放工作面采空區(qū)自燃發(fā)火技術(shù)。選擇在回風(fēng)順槽鋪設(shè)管路，同時(shí)向采空區(qū)預(yù)埋注漿管，出口留在采空區(qū)易出現(xiàn)自燃發(fā)火隱患處，主要是在回采工作面開切眼后三角點(diǎn)、停采線、火成巖侵入及運(yùn)回順采空區(qū)空間等處［3］。

（3）工作面噴漿控制漏風(fēng)技術(shù)。在工作面停止推進(jìn)時(shí)，可沿工作面支架進(jìn)行架間噴漿、下隅角空間噴漿。

（4）綜采放頂煤工作面采空區(qū)體積大，浮煤多，而且呈立體分布，無(wú)論是黃泥灌漿，還是注凝膠、注阻化劑，都不可能將采空區(qū)所有的浮煤都包裹，因此對(duì)采空區(qū)的浮煤采用降溫、阻化防止其自燃是不現(xiàn)實(shí)的，唯一有效的方法就是降低浮煤所處區(qū)域的氧含量［4－5］。為此，選擇氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)為本綜放面采空區(qū)主要防滅火技術(shù)。因N2706工作面沒有消火道，不適合選用采空區(qū)鉆孔注氮。工作面風(fēng)量1300 m3／h，其采空區(qū)冷卻帶范圍超過了20m，而超過20 m容易將拖管拉斷，因此不適合采用拖管注氮，注氮為開區(qū)注氮，采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)埋管，以2臺(tái)氮?dú)饬髁繛?000m3／h的制氮機(jī)連續(xù)注氮，由運(yùn)順預(yù)先向采空區(qū)每推進(jìn)30m埋入一趟直徑108mm鋼管，隨著工作面推進(jìn)埋入采空區(qū)20m開始注氮，進(jìn)入70m停止，保持兩趟108mm鋼管持續(xù)向采空區(qū)20～70 m范圍的漏風(fēng)帶和氧化帶內(nèi)注氮?dú)?，如圖1所示。

圖1 采空區(qū)埋管注氮、充填布置示意

1.2 綜放面采空區(qū)瓦斯防治措施

綜放面瓦斯治理與防火必須統(tǒng)籌考慮，既要使工作面瓦斯不超限，又要防止不合的瓦斯抽放引起采空區(qū)大量漏風(fēng)，使浮煤氧化自燃發(fā)火［6－7］。為了達(dá)到這一目的，采用多重瓦斯道瓦斯抽采技術(shù)，回采前采取密閉引管抽采，改變采空區(qū)漏風(fēng)流場(chǎng)分布，因瓦斯道相對(duì)采面同步前移，形成穩(wěn)定可靠的控制瓦斯涌出狀態(tài)措施，工作面瓦斯治理以低位瓦斯巷抽采瓦斯為主，中位瓦斯巷、底板瓦斯巷和地面鉆孔抽采為輔。

1.2.1 低位瓦斯巷抽采瓦斯

如圖2所示，低位瓦斯巷沿煤層頂板掘進(jìn)，位于煤層底板以上8m，內(nèi)錯(cuò)于工作面回風(fēng)順槽10m，由于低位瓦斯巷離工作面上隅角較近，而且處于上隅的上方，因此其強(qiáng)大的抽采負(fù)壓能將上隅角及附近的瓦斯抽走，具有抽放負(fù)壓大、濃度高和不受周期來(lái)壓影響的特點(diǎn)，而且其強(qiáng)大的負(fù)壓對(duì)采空區(qū)氧化帶影響不大，有利于防火，因此工作面瓦斯防治以低位瓦斯巷抽采瓦斯為主，其方法為：必須將低位瓦斯巷一直掘到工作面開切眼上方，使工作面初采時(shí)就和瓦斯巷冒通。由于工作面推過聯(lián)絡(luò)巷時(shí)瓦斯巷不起作用，因此瓦斯巷可不設(shè)聯(lián)絡(luò)巷與回順連通。瓦斯巷抽采布置為：在內(nèi)錯(cuò)瓦斯抽放巷與聯(lián)絡(luò)巷交叉處以里2m地方打一道密閉，閉面及周邊噴漿，在閉的中上部設(shè)置Φ500mm瓦斯抽放管1根，抽放管伸入閉內(nèi)5～8m，閉外抽放軟管上設(shè)置Φ10mm取氣支管，長(zhǎng)度為0.2m，在閉的中上部還設(shè)置Φ50 mm觀察取氣管1個(gè)。閉外的抽放管與礦井抽放系統(tǒng)管路聯(lián)接，利用瓦斯抽放泵通過Φ500mm管道抽放內(nèi)錯(cuò)瓦斯抽放巷的瓦斯。

圖2 低位瓦斯抽采瓦斯巷示意（單位：m）

計(jì)算得出工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量為50～60 m3／min，工作面回風(fēng)順槽風(fēng)量為1300m3／min，可風(fēng)排10m3／min瓦斯，還剩40m3／min的瓦斯需抽走，故取∑Q為40m3／min。計(jì)算出需要的瓦斯抽放泵的最大容量為320m3／min，故選2臺(tái)流量為200m3／min的瓦斯抽放泵并聯(lián)運(yùn)行抽采低位瓦巷瓦斯。由于抽采瓦斯流量很大，為了保障抽放效率，瓦斯抽采管路直徑應(yīng)大于500mm。但是在抽采瓦斯時(shí)，應(yīng)注意瓦斯巷所對(duì)應(yīng)的工作面支架不要架前冒頂，否則，大量風(fēng)流漏入瓦斯巷后，會(huì)引起瓦斯?jié)舛冉档?。如果低位瓦斯巷抽采工作面瓦斯達(dá)到最優(yōu)，則這一抽采瓦斯措施就可防止工作面瓦斯超限。

1.2.2 中位瓦斯巷抽采瓦斯

如圖3所示，中位瓦斯巷位于煤層頂板以上約20m的位置，抽采裂隙帶的高濃度瓦斯。如果低位瓦斯巷抽不到高濃度的瓦斯，則有可能工作面回順風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛纫?，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行中位瓦斯巷和低位瓦斯巷同時(shí)抽采工作面瓦斯，中位瓦斯巷抽采瓦斯主要是防止工作面風(fēng)流中瓦斯超限，低位瓦斯巷抽采工作面瓦斯主要是防止工作面上隅角瓦斯超限。

1.2.3 地面垂直采空區(qū)立孔抽采瓦斯技術(shù)

煤層開采前，通過地面向采空區(qū)鉆進(jìn)立孔，終孔目標(biāo)為開采層冒落帶頂部，即瓦斯?jié)舛容^高、受漏風(fēng)影響較小區(qū)域，待工作面推過立孔進(jìn)入微風(fēng)積聚中濃帶后開始抽采，截留高濃瓦斯涌向漏風(fēng)影響較大區(qū)域，控制瓦斯涌入工作面，提高瓦斯抽采回收利用量。抽采周期長(zhǎng)、瓦斯?jié)舛雀?、回收量大。在抽瓦斯時(shí)應(yīng)遵循：多抽采空區(qū)冷卻帶，少抽采空區(qū)氧化帶，不抽采空區(qū)窒息帶的抽采原則。

圖3 中位瓦斯抽采瓦斯巷示意

1.2.4 大流量瓦斯泵抽上隅角瓦斯

當(dāng)?shù)臀煌咚瓜锍橥咚共焕硐霑r(shí)，工作面上隅角瓦斯可能會(huì)短時(shí)超限，應(yīng)采用大流量瓦斯泵抽上隅角瓦斯。

1.2.5 底板瓦斯巷抽采瓦斯

在上述抽采瓦斯措施后，如工作面瓦斯仍超限，再進(jìn)行底板瓦斯巷抽采瓦斯。

2 總 結(jié)

通過對(duì)大興礦N2706采空區(qū)進(jìn)行瓦斯及火的形式判斷，優(yōu)化了通風(fēng)參數(shù)及火與瓦斯耦合防治方案，通過實(shí)施瓦斯與火的綜合防治措施，保證了采面無(wú)自燃發(fā)火和瓦斯事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全回采，對(duì)礦山防瓦斯防滅火具有指導(dǎo)意義。

［1］ 肖 旸，文 虎，陳跟馬，等.礦井綜合防滅火技術(shù)及其應(yīng)用［C］／／中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.北京：中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)，2007：7.

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