礦井大采高工作面停采回撤期間防滅火技術(shù)研究

景長(zhǎng)寶，陳足章，王 飛

（1.山東能源淄礦集團(tuán)公司通風(fēng)處，山東 淄博 255120；2.陜西長(zhǎng)武亭南煤業(yè)公司通防科，陜西 咸陽(yáng) 713602）

礦井大采高工作面停采回撤期間防滅火技術(shù)研究

景長(zhǎng)寶1，陳足章2，王 飛2

（1.山東能源淄礦集團(tuán)公司通風(fēng)處，山東 淄博 255120；2.陜西長(zhǎng)武亭南煤業(yè)公司通防科，陜西 咸陽(yáng) 713602）

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，隨著機(jī)械化程度的提高，近幾年大采高采煤工藝得到推廣，因一次推采、產(chǎn)量高而帶來(lái)了許多自然發(fā)火防治的新課題。本文重點(diǎn)分析了大采高工作面停采后煤炭自然發(fā)火的原因和應(yīng)采取的針對(duì)性防治技術(shù)。

大采高工作面；回撤期間；防滅火

1 概述

亭南礦井位于陜西省咸陽(yáng)市長(zhǎng)武縣境內(nèi)、彬長(zhǎng)礦區(qū)中部。礦井年生產(chǎn)能力300萬(wàn)噸/年，為高瓦斯礦井，主采4號(hào)煤層。204采煤工作面是二盤(pán)區(qū)第二個(gè)工作面，第一個(gè)采用大采高采煤工藝的工作面，工作面采用傾斜長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化后退式采煤法回采，全部垮落法管理頂板，一次采全高6m，推進(jìn)長(zhǎng)度為2150m，工作面長(zhǎng)度200m，煤層平均厚度19.1m，工作面設(shè)計(jì)采厚6m。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，屬自燃煤層，發(fā)火期約39～46天。

在工作面停采回撤期間，煤炭自燃事故屢有發(fā)生。在收面拆除設(shè)備期間，工作面停止推進(jìn)，時(shí)間超過(guò)煤炭最短發(fā)火期，而且支架上方的煤炭和支架后方采空區(qū)的浮煤，在相對(duì)靜態(tài)的狀態(tài)下得到充分的氧氣供給和有良好的蓄熱環(huán)境。因此，煤炭自然發(fā)火的可能性大大增加。

2 大采高工作面停采后，煤炭自燃原因分析

對(duì)大采高工作面停采后，火災(zāi)事故的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察、分析，造成自然發(fā)火頻繁的原因如下：

（1）由于是近水平開(kāi)采，有時(shí)還處于俯采狀態(tài)，對(duì)于原有的最有效的注漿防火措施不僅很難起到作用，而且注漿還增加了工作面上的水量，增加了撤支架的難度，延長(zhǎng)了撤面時(shí)間；

（2）撤面之前采高逐漸降低至4m，導(dǎo)致大約有2m的頂煤遺留在采空區(qū)，遺留的頂煤增加了發(fā)火幾率；

（3）因?yàn)橐M(jìn)行大采高開(kāi)采，所以要選用大支架，其設(shè)備笨重，回撤速度慢，增加了防火難度；

（4）當(dāng)工作面的支架開(kāi)始拆除后，架頂煤炭隨之冒落，堵塞或縮小了原有的通風(fēng)斷面，局部阻力加大，迫使工作面的進(jìn)風(fēng)流向采空區(qū)深部擴(kuò)散，增大了工作面下半部采空區(qū)的漏風(fēng)寬度，因此，在工作面支架拆除過(guò)程當(dāng)中，工作面下半部從停采線至采空區(qū)50m范圍內(nèi)的遺留煤炭最易發(fā)生自燃。

根據(jù)以上分析，對(duì)204工作面進(jìn)行回采工藝改進(jìn)，采用相應(yīng)的安全、技術(shù)措施控制煤炭的自然發(fā)火。

3 停采回撤期間煤炭自然發(fā)火的防治

3.1 設(shè)計(jì)停采段仰采工藝

在工作面設(shè)計(jì)時(shí)將停采段抬高標(biāo)高，使停采線高于正?；夭蓸?biāo)高5～10m，使面在接近停采線50m時(shí)處于仰采狀態(tài)，以便有利于注漿防火措施的落實(shí)。

3.2 及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，降低工作面采空區(qū)漏風(fēng)

工作面停采后，瓦斯涌出量較小，工作面配風(fēng)量可降低至生產(chǎn)期間的65%左右。工作面封閉后，通過(guò)縮小204回風(fēng)順槽調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)及204回風(fēng)順槽調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的調(diào)節(jié)風(fēng)窗降低204面密閉外留有巷道的用風(fēng)量，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。

上下兩巷道因支護(hù)原因在回采過(guò)程中冒落不實(shí)，特別是采用錨網(wǎng)、錨索支護(hù)形式的巷道，回采冒落滯后，使采空區(qū)的漏風(fēng)深度加大。采取在工作面上、下隅角構(gòu)筑全斷面防火墻，堵漏風(fēng)措施，并在墻面噴涂凝膠或用黃泥摸面處理后注入高分子膠體防火材料。當(dāng)上下隅角建墻后，有效封堵了因兩巷造成的漏風(fēng)，起到了縮小采空區(qū)漏風(fēng)寬度的作用。其次，在工作面前每隔1m打木垛加強(qiáng)頂板支護(hù)，這樣既可以防止撤架后頂板冒落、堵塞造成風(fēng)流串入工作面后部，造成風(fēng)流把采空區(qū)內(nèi)的瓦斯的帶出，發(fā)生瓦斯事故，又可以增加工作面前的風(fēng)量而減少串入工作面后采空區(qū)的風(fēng)量，降低了漏風(fēng)寬度，從而降低了“氧化帶”的寬度。

3.3 注膠防火

工作面停采前，為了撤面需要在頂板鋪設(shè)頂網(wǎng)，兜住碎煤，這些遺留在采空區(qū)內(nèi)的煤極易氧化發(fā)熱。為了防止遺煤自燃，在工作面停采撤架前，用快速防滅火鉆機(jī)，自工作面前或架間向工作面后上部采空區(qū)打鉆孔注高分子膠體。鉆孔終孔位于工作面尾梁后3～4m，煤層頂板以上2m左右。工作面進(jìn)、回風(fēng)隅角各打一端頭注膠孔，鉆孔間距為10m左右，鉆孔個(gè)數(shù)21個(gè)，孔徑Φ50mm。端頭鉆孔注膠約100m3，其它每個(gè)鉆孔注膠量為40m3。通過(guò)注膠孔對(duì)采空區(qū)進(jìn)行輪流注膠。

其次，為了防止支架尾部頂煤自燃，從支架間向后上部插花管注高分子膠體，花管深入采空區(qū)2m左右，注膠量以注滿溢出鉆孔為止。

3.4 及時(shí)封閉并置換采空區(qū)氧氣

工作面回撤完畢后，在204運(yùn)輸順槽2#聯(lián)絡(luò)巷以里、回風(fēng)順槽1#聯(lián)絡(luò)巷以里分別構(gòu)筑一道厚度不低于1.5m的防火密閉墻（密閉墻里、外為磚墻，中間充填黃土），構(gòu)筑密閉墻時(shí)，2道墻必須同時(shí)封口。封閉后，通過(guò)注漿管路大流量注漿，通過(guò)注氮管路注氮?dú)夂鸵簯B(tài)二氧化碳，通過(guò)高抽巷瓦斯抽放管路抽出采空區(qū)的氧氣，使采空區(qū)內(nèi)遺留的氧氣在最短時(shí)間內(nèi)用惰氣置換出來(lái)。通過(guò)預(yù)埋采空區(qū)束管取氣樣色譜分析，直至采空區(qū)氧氣濃度在5%以下后，停止置換工作。密閉墻位置。

3.5 強(qiáng)化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)措施，為提前做好相應(yīng)的防火工作提供可靠的數(shù)據(jù)

煤的自然氧化過(guò)程起始緩慢，進(jìn)入快速氧化階段后便會(huì)加快災(zāi)變程度，在這個(gè)過(guò)程要加強(qiáng)日常的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。亭南煤樣在起始溫度為25℃時(shí)的實(shí)驗(yàn)自然發(fā)火期約為39天，按照25℃時(shí)的升溫速度推算，以礦井實(shí)際風(fēng)流平均溫度20℃為起始溫度的實(shí)驗(yàn)自然發(fā)火期約為46天，發(fā)火期較短。因此，亭南煤業(yè)安裝了束管檢測(cè)系統(tǒng)，利用色譜儀分析采空區(qū)氣樣變化情況來(lái)確定不同的防火方案。

3.6 其它措施

工作面停采后要及時(shí)清理架間、架前及兩端頭浮煤并及時(shí)外運(yùn)，盡量減少面上的遺煤量，同時(shí)對(duì)采空區(qū)加強(qiáng)噴灑阻化劑。同時(shí)對(duì)工作面前煤壁噴凝膠處理，保證噴封嚴(yán)密。

工作面回撤期間，堅(jiān)持每天不間斷對(duì)采空區(qū)實(shí)施注漿、注氮、噴灑阻化劑。注氮流量要大于800m3/h，氮?dú)鉂舛缺３衷?7%以上。

工作面停采、回撤期間，要安排專人看管204工作面范圍內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。同時(shí)加快回撤工作面的速度，縮短采空區(qū)遺煤的氧化發(fā)熱時(shí)間。

4 結(jié)論

在204工作面回撤前，由于好了充分的防火準(zhǔn)備工作，對(duì)上述措施進(jìn)行有效配合，并研究制定了優(yōu)選方案。在有關(guān)部門(mén)和單位的多次協(xié)調(diào)，齊抓共管的前提下，使相應(yīng)措施在現(xiàn)場(chǎng)得到充分落實(shí)，確保了首個(gè)大采高工作面的安全順利回撤，為今后工作面的回撤提供了有效的參考依據(jù)和實(shí)施措施。