特厚易燃多煤層下分層綜放仰采過斷層期間綜合防滅火技術(shù)的研究與應(yīng)用

曹富榮 周喆 徐忠峰 白鎵濼

(中國華能華亭煤業(yè)集團有限責(zé)任公司凈石溝煤礦,甘肅平?jīng)?744201)

特厚易燃多煤層下分層綜放仰采過斷層期間綜合防滅火技術(shù)的研究與應(yīng)用

曹富榮 周喆 徐忠峰 白鎵濼

(中國華能華亭煤業(yè)集團有限責(zé)任公司凈石溝煤礦,甘肅平?jīng)?744201)

受產(chǎn)能限制,凈石溝煤礦下分層21515綜放工作面仰采過F2逆斷層,期間工作面反復(fù)出現(xiàn)垮幫冒頂、支架傾倒、接頂不實、擠架咬架、推移困難等現(xiàn)象,多次陷入停產(chǎn)、半停產(chǎn)狀態(tài)。根據(jù)工作面推進速度緩慢,煤層自然發(fā)火期短,地質(zhì)條件復(fù)雜,空間位置特殊的現(xiàn)狀,積極采取了以監(jiān)測預(yù)報、堵漏隔離、阻化惰化、降溫增濕等綜合防滅火措施,在工作面平均日推進0.35m情況下,持續(xù)防火攻堅150d,工作面實現(xiàn)了零發(fā)火,確保了礦井生產(chǎn)安全,為適應(yīng)礦井深部開采復(fù)雜條件下火災(zāi)預(yù)防和治理提供了技術(shù)借鑒。

特厚易燃 分層開采 過斷層 綜合防滅火

1 工作面概況

21515綜放工作面位于礦井西翼二采區(qū)二區(qū)段，屬煤5層下分層工作面，采用傾斜分層走向長壁綜合機械化低位放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板，“U”型后退式上行通風(fēng)，運輸順槽732m，回風(fēng)順槽710m，切眼90m，煤層均厚12m，傾角28°。21515工作面開采煤層為黑色、半暗半亮型長焰煤，煤質(zhì)低灰、低硫、中磷，屬易自燃煤層，自燃傾向等級為“Ⅰ”級，最短自燃發(fā)火期為18d，且煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)33.69%。

2 發(fā)火原因分析:

2014年3月14日，工作面?zhèn)€別架頂、架尾CO濃度和溫度明顯上升，尤其是工作面上段54#-59#支架區(qū)域和下段7#-21#支架區(qū)域，CO最高達286ppm，溫度27℃，自燃發(fā)火征兆明顯，防火形勢嚴峻。綜合分析，原因如下。

2.1 開采煤層極易自燃。

煤5層本身屬于長焰煤，是易自然發(fā)火的煤層，其自燃傾向等級為“Ⅰ”級，最短自燃發(fā)火期為18d左右，自然發(fā)火期3-6個月。

2.2 空間位置特殊。

回采的21515綜放工作面其上部為煤5上分層21514綜放工作面采空區(qū)，在21514綜放工作面采空區(qū)上部2～6m垂高又有煤4-2層21423綜放工作面采空區(qū)，這樣該區(qū)段在垂高約20m的高度上就有3個采空區(qū)近距離重疊，形成了多重易燃煤層采空區(qū)，在空間上呈立體自然發(fā)火帶，上下通透，漏風(fēng)環(huán)境復(fù)雜，供氧條件充分。

2.3 地質(zhì)條件復(fù)雜。

一方面，揭露斷層帶將工作面沿傾向分為煤-巖-煤三部分，即工作面上段54#-59#支架區(qū)域和下段1#-20#支架區(qū)域為煤層，中部為煤巖混合體，受張拉、擠壓、揉搓等作用導(dǎo)致煤層錯位，裂隙發(fā)育，工作面頂板呈煤、巖破碎狀，致漏風(fēng)通道增多，采空區(qū)浮煤堆積量大，且破碎帶交界處煤巖分離明顯，整個工作面穩(wěn)定性極差，架前、架頂易超前破碎垮落，抽槽冒頂現(xiàn)象嚴重，架頂漏空高冒區(qū)較多，煤體漏風(fēng)蓄熱條件充分；另一方面，過斷層推進期間，受工作面爆破碎巖、采煤機強行割巖，支架閥組竄液，通風(fēng)斷面減小等外界因素影響，工作面產(chǎn)生熱量增多。

2.4 推進速度緩慢。

截止2014年7月15日，工作面沿走向累計推進不足52m，月推進距離最大13m，最小9.5m。推進度(見表1)

3 綜合防火措施:

表1 21515綜放工作面過F2逆斷層期間推進度一覽表

3.1 定點監(jiān)測預(yù)報措施。

1)專職瓦檢員定點監(jiān)測匯報。過斷層開采初期，在21515綜放面安排專職瓦檢員利用光干涉瓦檢器、英思科MX4便攜式多參數(shù)報警儀等，對工作面、上下隅角等地點的CH4、CO等有害氣體、O2含量、溫度實行三班蹲點監(jiān)測匯報，發(fā)現(xiàn)問題立即匯報處理。2)人工采樣分析。信息中心安排專人對工作面支架后尾梁側(cè)的高溫點、氣體異常區(qū)域通過負壓采樣泵、氣囊進行氣樣采集，并送到地面實驗室進行色譜化驗分析，檢測氣樣中O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等參數(shù)情況，掌握采空區(qū)浮煤蓄熱氧化動態(tài)。

3.2 采空區(qū)堵漏、浮煤阻化措施。

在工作面上、下隅角各碼放一道嚴實的黃土墻，墻體緊貼煤壁，縫隙用黃泥做封堵處理，并在墻體外側(cè)設(shè)置導(dǎo)風(fēng)障，將上、下隅角端頭漏風(fēng)通道堵死，堅持做到工作面上下端頭 “走時設(shè)置導(dǎo)風(fēng)幛，停時碼黃土密封墻”的原則，要求黃土墻封堵工作隨工作面及時跟進，以減少采空區(qū)漏風(fēng)供氧。對于工作面上、下段煤體裸露部分、斷層分離空間、煤巖交接部分、支架架縫等區(qū)域利用篩選的細黃土和成黃泥進行抹滿封堵，特別是在工作面支架傾倒停止推進的情況下，在架尾老塘側(cè)以里碼放一道致密的黃土隔離墻(篩選的細黃土裝在編織袋中，注水浸濕，形成泥漿)，縫隙利用黃泥漿二次抹滿封堵，使其與巖石段部分接壤為一體，從架尾、架縫、老塘連成一體，將采空區(qū)與外界徹底隔離，形成獨立的密閉空間，封堵漏風(fēng)通道，打破供氧平衡條件。

3.3 科學(xué)注氮防火措施。

首先，結(jié)合我礦多重采空區(qū)立體“三帶”考察結(jié)果，氧化帶位于10m～45m范圍，故在21515綜放面運輸順槽預(yù)埋單趟4寸注氮拖管(深度34m)的基礎(chǔ)上，再增加一趟2寸注氮管路，埋入深度11m左右，氮氣釋放口高于底板500mm，直對氧化帶進行注氮，目的在于通過氮氣的排氧惰化及吸熱降溫作用，抑制氧化帶浮煤自燃。其次，將注氮時間由原來的6h調(diào)整為24h連續(xù)注氮，并打開上分層21514采空區(qū)和煤4-2層21423采空區(qū)注氮控制閘閥，實行三個采空區(qū)同步注氮，目的在于讓持續(xù)、大量的氮氣充填整個上下通透的采空區(qū)間，形成微正壓，置換出有毒有害氣體，形成氮氣惰化屏障，杜絕采空區(qū)漏風(fēng)。

3.4 異常區(qū)降溫防自燃措施

為有效解決工作面7#-16#、45#-59#支架區(qū)域決溫度持續(xù)上升，氣體居高不下的問題，(如圖1所示)分別在21515綜放工作面回風(fēng)順槽和運輸順槽布設(shè)措施孔，以支架上部、后側(cè)垂高7m處的頂板為終孔，通過鉆桿、插管靜壓注水、壓注阻化劑溶液及優(yōu)樂防滅火“Ⅰ”號材料等手段，實現(xiàn)了對煤體的降溫和包裹，使煤體與外界隔離，抑制氧化條件形成，此方法有效降低了支架頂板及后幫部煤體的溫度。

3.5 其他措施

破碎漏頂區(qū)防火。針對架后浮煤、架頂裂隙和高冒區(qū)，工作面調(diào)架穩(wěn)架期間，架前冒頂垮塌，沿綜放面傾向斜長約15m，最嚴重的35#支架處架頂冒落高度約4.5m，寬度約5m；47#—59#支架段架頂漏空，高度2.5m-3m，寬度約3m；另外架尾上部浮煤松散，局部地段鉆場輻射范圍不到，頂板的破碎煤，漏頂區(qū)在空氣中暴露時間長，防火困難。成為整個防火部署的難點。為此我們采用了定點目標注氮和插管注漿相結(jié)合的措施(如圖2所示)。除此之外，還沿工作面傾向?qū)罅镆岳锏母∶簢姙舛取?5%的氯化鎂溶液進行阻化，并將工作面有效風(fēng)量由466m3/min下調(diào)至360m3/min左右，在滿足安全生產(chǎn)需要的前提下實行小風(fēng)量供風(fēng)。

4 效果

以上措施實施以后，工作面架間CO由治理前286ppm下降并穩(wěn)定在18ppm左右，實現(xiàn)了仰采過斷層開采持續(xù)長達150d的防火勝利，消除了21515綜放工作面過F2逆斷層期間采空區(qū)移煤自然發(fā)火的隱患，保障了21515綜放工作面過斷層安全，多采原煤45萬噸。

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版,2011年.

[2]張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2007年7月.

[3]宋元文.煤礦災(zāi)害防治技術(shù)[M].甘肅蘭州:甘肅科學(xué)技術(shù)出版社,2007年1月.

白鎵濼(1987—),男,甘肅靈臺人,助理工程師,現(xiàn)在華亭煤業(yè)集團有限責(zé)任公司凈石溝煤礦從事“一通三防”安全管理工作。