采煤工作面停采自然發(fā)火啟封前后防火關(guān)鍵技術(shù)

摘要：論文介紹了膠體防滅火材料在1562（3）采煤工作面火區(qū)啟封中的應(yīng)用情況。通過向工作面支架后壓注高分子膠體防滅火材料MCJ12，形成一條隔離帶，阻止了啟封中向工作面采空區(qū)通風(fēng)供氧；啟封后，采用向采空區(qū)打鉆孔注黃泥漿加防滅火材料MEA-1的方法，惰化和冷卻了采空區(qū)自燃煤炭，確保了工作面設(shè)備的安全回收。

關(guān)鍵詞：自然發(fā)火 高分子材料 MCJ12 黃泥漿 防火 MEA-1

1概述

2010年10月4日，潘三礦1562（3）綜采工作面發(fā)生煤自燃，工作面被迫封閉。1562（3）綜采工作面走向長840m，傾斜長200m，工作面標(biāo)高-550m～-590m，煤層厚度1.9～4.8m，平均3.4m，傾角2～15°，平均5°。該面于2009年10月10日中班開始回采，至2010年8月16日停采，停采前二個(gè)月由于工作面受F47斷層影響，日推進(jìn)度不足1.8m。

工作面被迫封閉后，為回收工作面的設(shè)備，集團(tuán)公司決定對(duì)該面進(jìn)行啟封。為保障工作面順利啟封以及啟封后工作面不發(fā)生復(fù)燃，需要對(duì)火區(qū)工作面采取一系列的防火措施。

火區(qū)狀況

1562（3）工作面火災(zāi)屬煤層自然發(fā)火，由于停采線46#～109#架受斷層影響，在采空區(qū)遺留了大量浮煤，這些浮煤均具備自然發(fā)火環(huán)境。

煤層自燃火災(zāi)具有如下特點(diǎn)：①火源隱蔽，不易尋找和發(fā)現(xiàn)；②貧氧、自發(fā)氧化放熱；與溫度和氧濃度成正比；③內(nèi)部燃燒、立體分布、蓄熱量大；散熱環(huán)境差，降低能量難，窒息滅火周期長，易復(fù)燃。

從人為能夠控制的角度考慮，煤層火災(zāi)防治主要需從降氧（封閉、減漏風(fēng)、惰化）和降溫（低溫或水系滅火材料）兩個(gè)方面著手。對(duì)于已形成的高溫和隱患區(qū)域，必須采取以降溫為主的防滅火技術(shù)手段，否則極易復(fù)燃。

2啟封前的防火措施

2.1 常規(guī)防火措施

啟封前，在該火區(qū)工作面采取了包括均壓、堵漏、控風(fēng)、注氮、灌漿、加強(qiáng)預(yù)測預(yù)報(bào)等防火措施。

2.1.1均壓防火 為盡可能降低1562（3）工作面火區(qū)周邊的相對(duì)壓差，減少向火區(qū)的漏風(fēng)供氧。在1562（3）的回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)施工一道木板控風(fēng)墻，以降低軌、運(yùn)順封閉墻內(nèi)氣體的能位差。

2.1.2堵漏防火 對(duì)各可能漏風(fēng)點(diǎn)堵漏，減少采空區(qū)的供氧量，主要有對(duì)軌、運(yùn)順封閉墻注羅克休充填堵漏，加強(qiáng)對(duì)1562（3）工作面周邊采空區(qū)的封堵，包括東三西皮帶巷封閉墻、1562（3）底抽巷封閉墻、1562（3）運(yùn)順前期措施巷封閉墻等進(jìn)行噴漿和注馬麗散、羅克休充填。

2.1.3 注氮灌漿防火 對(duì)工作面實(shí)施每天24小時(shí)注氮灌漿，其中工作面軌順灌漿，要求灌漿水土比例不得小于4：1。對(duì)工作面運(yùn)順和底抽巷進(jìn)行注氮，注氮濃度不得小于97%，每天24小時(shí)注氮量保證在1.5萬m3以上。

2.1.4 防火預(yù)測預(yù)報(bào) 加強(qiáng)火區(qū)氣體監(jiān)測，每班安排專職人員每小時(shí)對(duì)軌、運(yùn)順和底板巷封閉墻墻內(nèi)氣體進(jìn)行檢測，檢測參數(shù)包括CO、CO2、CH4、N2、O2、T等，并每小班取二份氣樣至地面檢測，取樣必須確保在出氣狀態(tài)下，分別由礦和救護(hù)大隊(duì)檢測，對(duì)比結(jié)果，確保無誤差，檢測參數(shù)主要有CO、CO2、C2H2、CH4、C2H4、N2、O2等。

2.2 高分子膠體防火措施

由于采空區(qū)內(nèi)火源隱蔽，不易尋找和發(fā)現(xiàn)且采空區(qū)內(nèi)可能存在的煤火范圍較大，采取上述的常規(guī)防火措施難以確保啟封后不發(fā)生復(fù)燃，需采取治理與控制相結(jié)合的方法對(duì)火區(qū)進(jìn)行處理，在治理火區(qū)的同時(shí)，為啟封后防控復(fù)燃和自燃做好鋪墊，確保工作面安全順利地啟封。根據(jù)國內(nèi)外先進(jìn)的防滅火技術(shù)，決定采用膠體防火方案。

2.2.1 施工消火巷道 火區(qū)防滅火總體治理思路為：以“膠體降溫堵漏”防滅火技術(shù)為主，向架后采空區(qū)灌注高分子膠體，形成隔離帶，熄滅支架附近的高溫火點(diǎn)，降低啟封后采空區(qū)的漏風(fēng)，抑制采空區(qū)深部高溫煤體氧化升溫，減少采空區(qū)有害氣體涌出。

在注膠地點(diǎn)的選擇上，如果采用軌、運(yùn)順順槽往支架架后注膠，則無法保證鉆孔按設(shè)計(jì)施工到位，造成大量的膠體無法注入到指定位置。因此考慮施工一條與工作面近似平行的消火巷道，選擇從消火道里施工注膠鉆孔，消火巷道從離工作面約45m的運(yùn)順9#鉆場撥門施工，沿煤層頂板施工一條總長136m，斷面5m×3m的消火道，為向工作面架后施工注膠防滅火鉆孔創(chuàng)造條件。

2.2.2 注膠防滅火鉆孔設(shè)計(jì)

在消火道內(nèi)向1562（3）面架后部采空區(qū)施工四類鉆孔，全鉆孔下套管，套管內(nèi)徑不小于30mm，出口斷面不小于30mm的套管。

第一類：A1至A32。終孔在支架后部10m，架頂6m，鉆孔傾斜間距6m。

第二類：B1至B33。終孔在支架后部6m，架頂6m，鉆孔傾斜間距6m，第一個(gè)鉆孔距運(yùn)輸順槽外幫5m。

第三類：C1至C32。終孔在支架后部2m，架頂6m，鉆孔傾斜間距6m。

第四類：43#架上下各20m總長40m范圍加密鉆孔，加密范圍距運(yùn)順43m到83m共40m使鉆孔終孔傾斜間距加密為3m。加1至加6為終孔在支架后部10m，架頂6m，鉆孔傾斜間距6m，加1孔終孔位置為A7與A8之間各間距3m；加7至加12為終孔在支架后部6m，架頂6m，鉆孔傾斜間距6m，加7孔終孔位置為B7與B8之間各間距3m；加13至加18為終孔在支架后部2m，架頂6m，鉆孔傾斜間距6m，加13孔終孔位置為C7與C8之間各間距3m 。

總鉆孔數(shù)115個(gè)，鉆孔平均長度約44m/孔，總長度5060m。

A類、B類和C類鉆孔在平面上呈平行花眼布置，傾斜間距2m（見圖1、圖2）。

圖1防滅火鉆孔平面位置示意圖

圖2防滅火鉆孔剖面示意圖

2.2.3 注高分子膠體材料工作 高分子膠體主要由水和MCJ12滅火劑構(gòu)成，MCJ12高分子膠體滅火劑能使水發(fā)生膠凝，形成彈性膠體，脫水率<5%，滅火劑用量＞0.8%。從2011年元月份開始，采用四臺(tái)ZHJ-10/1.8礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置，從井下消火道通過鉆孔往采空區(qū)注高分子膠體，至元月28日，全部注膠結(jié)束，共對(duì)115個(gè)鉆孔進(jìn)行注膠，注高分子膠體滅火劑84.6噸，水量8460m3。

3 工作面啟封后的防火措施

3.1 工作面啟封后狀況

經(jīng)過一系列的防火措施，采空區(qū)內(nèi)的氣體參數(shù)符合火區(qū)工作面啟封要求，具備了啟封的條件。于2011年2月8日，工作面順利啟封，啟封后沒有發(fā)生復(fù)燃，但由于大部分幫頂破碎，大部分架頂遺留有大量的頂煤。在對(duì)工作面進(jìn)行CO檢測中，發(fā)現(xiàn)第20架、40架、70～75架、85架架后均有不同程度的CO，數(shù)值在5～10ppm，啟封后的工作面自然發(fā)火隱患尚未完成消除。

啟封后工作面要立即進(jìn)行聯(lián)繩、刷面、拆除支架等工作，工期約為2個(gè)月，啟封后的工作面防火仍然是重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的防火措施包括控風(fēng)、上下端頭堵漏、上下隅角灌漿、注氮等均采取了，但防火效果無法保證。因此還需要采取更加全面、有效的措施。

3.2 加強(qiáng)工作面防火預(yù)測預(yù)報(bào)

為準(zhǔn)確掌握采空區(qū)氣體情況，發(fā)現(xiàn)隱患能及時(shí)采取措施，由通風(fēng)放炮隊(duì)每班安排四名專職測氣員對(duì)工作面的132臺(tái)支架的架頭、架頂、架檔、架后進(jìn)行氣體參數(shù)檢測，包括CH4、CO、T等參數(shù)，所有的測點(diǎn)均采用四分鐵管插入煤里深500mm，以保證測點(diǎn)固定，進(jìn)行比較分析。對(duì)查出CO和溫度超過35℃的測點(diǎn)還取氣體至地面采取色譜分析儀進(jìn)行分析。

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3.3 地面灌漿站注泥漿膠體防火措施

傳統(tǒng)的上隅角灌漿，下隅角注氮無法對(duì)整個(gè)采空區(qū)進(jìn)行覆蓋，給防火留下死角，留下復(fù)燃隱患，因此要采用全面覆蓋的防火措施。考慮到工作面需要進(jìn)行拆除作業(yè)，決定采用消火道原有的鉆孔對(duì)采空區(qū)注膠體，并再補(bǔ)施工一部分鉆孔以控制工作面支架架頂?shù)拿后w。

消火道由于受工作面采動(dòng)影響，巷道變形比較嚴(yán)重，采用原先的設(shè)備注膠比較困難且安全系數(shù)不高。通過綜合考慮，決定采用地面灌漿站制泥漿對(duì)采空區(qū)里灌，采用黃泥漿防滅火是煤礦常用的一種方法，泥漿的水土比例對(duì)防火效果影響很大，泥漿濃度越大，防滅火效果越好，現(xiàn)有的泥漿水土比例一般在4：1左右，在實(shí)施過程中，泥漿的流失比較嚴(yán)重，灌漿效率低下。

為提高黃泥漿的防火效果，決定在黃泥漿里添加高分子膠體防滅火材料MEA－1，以增加黃泥漿的粘稠性、保水性和滲透性。MEA-1防滅火材料呈灰白色粉末狀，無毒、無味、無污染、無腐蝕性。MEA膠體可耐800-1000℃的高溫，伴隨燃燒的全過程持續(xù)有效，保水、固水時(shí)間長，使燃燒體表面形成隔熱、隔氣的焦化層，有效提高阻燃效果和防滅火功效，同時(shí)材料含有抑制燃燒時(shí)的煙霧及阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的物質(zhì)、可全面提高滅火效能和滅火速度，有止復(fù)燃效阻，并有失水再生能力。

由于是第一次往黃泥漿里添加防滅火材料，沒有經(jīng)驗(yàn)，添加比例沒有數(shù)值參考，剛開始按照MEA-1的正常比例配比（8－30kg/噸水），加入后發(fā)現(xiàn)泥漿里黃泥訊速沉淀，于是減少添加比例，直到減少到2KG/噸水時(shí)，黃泥漿與正常漿液一般，待其深沉后，發(fā)現(xiàn)黃泥漿的粘稠性、保水性和滲透性大大增加了。

從工作面啟封到封閉的二個(gè)月期間共注21.5噸MEA-1防火劑，黃泥漿14272m3，消除了工作面自然發(fā)火隱患，有力地保障了工作面的安全拆除工作。

4 結(jié)論

1562（3）火區(qū)工作面從安全啟封到拆除設(shè)備期間不發(fā)生復(fù)燃，主要是采用了膠體防火措施，膠體材料具有良好的降溫堵漏特性，可長期滯留在易發(fā)火區(qū)域的松散煤巖體表面，使煤體溫度不會(huì)很快上升過高，防止復(fù)燃。膠體脫水時(shí)間緩慢，持久性能好，即使材料脫水，其中的固態(tài)體物質(zhì)還能包裹煤巖體表面，堵塞漏風(fēng)通道，密實(shí)火區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張如意.煤礦用防火材料及阻化劑[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，1999(01).

[2]時(shí)紹君.新陸煤礦井下防塵防滅火技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2007(05).

[3]鄧軍，劉文永，王金平，翟小偉，張福勇.大采高綜采工作面撤架期間采空區(qū)浮煤自燃防治技術(shù)研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011(03).

作者簡介：

劉冰(1979-)，男，2006年畢業(yè)于淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院通風(fēng)與安全專業(yè)，現(xiàn)任淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦生產(chǎn)準(zhǔn)備隊(duì)助理工程師。

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3.3 地面灌漿站注泥漿膠體防火措施

傳統(tǒng)的上隅角灌漿，下隅角注氮無法對(duì)整個(gè)采空區(qū)進(jìn)行覆蓋，給防火留下死角，留下復(fù)燃隱患，因此要采用全面覆蓋的防火措施?？紤]到工作面需要進(jìn)行拆除作業(yè)，決定采用消火道原有的鉆孔對(duì)采空區(qū)注膠體，并再補(bǔ)施工一部分鉆孔以控制工作面支架架頂?shù)拿后w。

消火道由于受工作面采動(dòng)影響，巷道變形比較嚴(yán)重，采用原先的設(shè)備注膠比較困難且安全系數(shù)不高。通過綜合考慮，決定采用地面灌漿站制泥漿對(duì)采空區(qū)里灌，采用黃泥漿防滅火是煤礦常用的一種方法，泥漿的水土比例對(duì)防火效果影響很大，泥漿濃度越大，防滅火效果越好，現(xiàn)有的泥漿水土比例一般在4：1左右，在實(shí)施過程中，泥漿的流失比較嚴(yán)重，灌漿效率低下。

為提高黃泥漿的防火效果，決定在黃泥漿里添加高分子膠體防滅火材料MEA－1，以增加黃泥漿的粘稠性、保水性和滲透性。MEA-1防滅火材料呈灰白色粉末狀，無毒、無味、無污染、無腐蝕性。MEA膠體可耐800-1000℃的高溫，伴隨燃燒的全過程持續(xù)有效，保水、固水時(shí)間長，使燃燒體表面形成隔熱、隔氣的焦化層，有效提高阻燃效果和防滅火功效，同時(shí)材料含有抑制燃燒時(shí)的煙霧及阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的物質(zhì)、可全面提高滅火效能和滅火速度，有止復(fù)燃效阻，并有失水再生能力。

由于是第一次往黃泥漿里添加防滅火材料，沒有經(jīng)驗(yàn)，添加比例沒有數(shù)值參考，剛開始按照MEA-1的正常比例配比（8－30kg/噸水），加入后發(fā)現(xiàn)泥漿里黃泥訊速沉淀，于是減少添加比例，直到減少到2KG/噸水時(shí)，黃泥漿與正常漿液一般，待其深沉后，發(fā)現(xiàn)黃泥漿的粘稠性、保水性和滲透性大大增加了。

從工作面啟封到封閉的二個(gè)月期間共注21.5噸MEA-1防火劑，黃泥漿14272m3，消除了工作面自然發(fā)火隱患，有力地保障了工作面的安全拆除工作。

4 結(jié)論

1562（3）火區(qū)工作面從安全啟封到拆除設(shè)備期間不發(fā)生復(fù)燃，主要是采用了膠體防火措施，膠體材料具有良好的降溫堵漏特性，可長期滯留在易發(fā)火區(qū)域的松散煤巖體表面，使煤體溫度不會(huì)很快上升過高，防止復(fù)燃。膠體脫水時(shí)間緩慢，持久性能好，即使材料脫水，其中的固態(tài)體物質(zhì)還能包裹煤巖體表面，堵塞漏風(fēng)通道，密實(shí)火區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張如意.煤礦用防火材料及阻化劑[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，1999(01).

[2]時(shí)紹君.新陸煤礦井下防塵防滅火技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2007(05).

[3]鄧軍，劉文永，王金平，翟小偉，張福勇.大采高綜采工作面撤架期間采空區(qū)浮煤自燃防治技術(shù)研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011(03).

作者簡介：

劉冰(1979-)，男，2006年畢業(yè)于淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院通風(fēng)與安全專業(yè)，現(xiàn)任淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦生產(chǎn)準(zhǔn)備隊(duì)助理工程師。

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3.3 地面灌漿站注泥漿膠體防火措施

傳統(tǒng)的上隅角灌漿，下隅角注氮無法對(duì)整個(gè)采空區(qū)進(jìn)行覆蓋，給防火留下死角，留下復(fù)燃隱患，因此要采用全面覆蓋的防火措施?？紤]到工作面需要進(jìn)行拆除作業(yè)，決定采用消火道原有的鉆孔對(duì)采空區(qū)注膠體，并再補(bǔ)施工一部分鉆孔以控制工作面支架架頂?shù)拿后w。

消火道由于受工作面采動(dòng)影響，巷道變形比較嚴(yán)重，采用原先的設(shè)備注膠比較困難且安全系數(shù)不高。通過綜合考慮，決定采用地面灌漿站制泥漿對(duì)采空區(qū)里灌，采用黃泥漿防滅火是煤礦常用的一種方法，泥漿的水土比例對(duì)防火效果影響很大，泥漿濃度越大，防滅火效果越好，現(xiàn)有的泥漿水土比例一般在4：1左右，在實(shí)施過程中，泥漿的流失比較嚴(yán)重，灌漿效率低下。

為提高黃泥漿的防火效果，決定在黃泥漿里添加高分子膠體防滅火材料MEA－1，以增加黃泥漿的粘稠性、保水性和滲透性。MEA-1防滅火材料呈灰白色粉末狀，無毒、無味、無污染、無腐蝕性。MEA膠體可耐800-1000℃的高溫，伴隨燃燒的全過程持續(xù)有效，保水、固水時(shí)間長，使燃燒體表面形成隔熱、隔氣的焦化層，有效提高阻燃效果和防滅火功效，同時(shí)材料含有抑制燃燒時(shí)的煙霧及阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的物質(zhì)、可全面提高滅火效能和滅火速度，有止復(fù)燃效阻，并有失水再生能力。

由于是第一次往黃泥漿里添加防滅火材料，沒有經(jīng)驗(yàn)，添加比例沒有數(shù)值參考，剛開始按照MEA-1的正常比例配比（8－30kg/噸水），加入后發(fā)現(xiàn)泥漿里黃泥訊速沉淀，于是減少添加比例，直到減少到2KG/噸水時(shí)，黃泥漿與正常漿液一般，待其深沉后，發(fā)現(xiàn)黃泥漿的粘稠性、保水性和滲透性大大增加了。

從工作面啟封到封閉的二個(gè)月期間共注21.5噸MEA-1防火劑，黃泥漿14272m3，消除了工作面自然發(fā)火隱患，有力地保障了工作面的安全拆除工作。

4 結(jié)論

1562（3）火區(qū)工作面從安全啟封到拆除設(shè)備期間不發(fā)生復(fù)燃，主要是采用了膠體防火措施，膠體材料具有良好的降溫堵漏特性，可長期滯留在易發(fā)火區(qū)域的松散煤巖體表面，使煤體溫度不會(huì)很快上升過高，防止復(fù)燃。膠體脫水時(shí)間緩慢，持久性能好，即使材料脫水，其中的固態(tài)體物質(zhì)還能包裹煤巖體表面，堵塞漏風(fēng)通道，密實(shí)火區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張如意.煤礦用防火材料及阻化劑[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，1999(01).

[2]時(shí)紹君.新陸煤礦井下防塵防滅火技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2007(05).

[3]鄧軍，劉文永，王金平，翟小偉，張福勇.大采高綜采工作面撤架期間采空區(qū)浮煤自燃防治技術(shù)研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011(03).

作者簡介：

劉冰(1979-)，男，2006年畢業(yè)于淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院通風(fēng)與安全專業(yè)，現(xiàn)任淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦生產(chǎn)準(zhǔn)備隊(duì)助理工程師。

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