動(dòng)壓區(qū)防滅火綜合技術(shù)研究

【摘要】針對(duì)李一煤礦自然發(fā)火的現(xiàn)狀，對(duì)影響工作面防滅火工作的不利因素進(jìn)行分析，得到防滅火工作需要解決的關(guān)鍵問題，提出對(duì)高冒點(diǎn)、老塘等不同地點(diǎn)采取不同措施的綜合滅火方法，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯示取得良好的效果。

【關(guān)鍵詞】綜合滅火方法；新型防火材料；高冒；漏風(fēng)

煤炭自燃火災(zāi)是我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)面臨的一大突出災(zāi)害[1]。不僅能造成礦井設(shè)備和煤炭資源的巨大破壞和損失，而且也嚴(yán)重威脅到井下作業(yè)人員的生命安全，甚至?xí)鹜咚?、煤塵爆炸等重特傷亡事故[2]。雖然近年來煤礦內(nèi)因火災(zāi)防治技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但單一的防滅火技術(shù)措施效果并不理想，煤炭自然發(fā)火防治形勢(shì)仍較為嚴(yán)峻[3-5]。因此研究煤礦防滅火綜合技術(shù)仍然具有重大意義。

1.概況

淮南礦業(yè)集團(tuán)李一煤礦已進(jìn)入收縮性開采階段，B8煤層經(jīng)安徽興安礦用安全產(chǎn)品檢驗(yàn)站鑒定為II類自燃傾向性，煤層具有爆炸性。該煤層在-312m～-252m、-370m～-428m、-602m～-544m水平開采過程中，均出現(xiàn)了不同程度自燃發(fā)火隱患，其中2010年2月在-252m B8風(fēng)巷掘進(jìn)過程中，迎頭出現(xiàn)CO濃度達(dá)460ppm，-252m軌道石門曾出現(xiàn)CO濃度超過了2000ppm，致使-312m～-252m采區(qū)進(jìn)行了永久性的封閉。

-602m～-544m B8采面，屬原煤層一次性放頂開采，上至-505m標(biāo)高，下至-597m標(biāo)高，東至Ⅳ線向東50m處，西至檢線以西140m處，對(duì)應(yīng)該B8煤層上階段未掘，以下至F4.5斷層，以東B11b、B11a、B10、B9、B8、B7、B6等煤層均部分回采，以南B10、B11a、B11b煤層未掘，B9煤層工作面于2010年6月17日封閉結(jié)束，以西為F23逆斷層，以北B7風(fēng)巷正在掘進(jìn)，該塊段在回采過程中已過-544m軌道石門、-544m皮帶機(jī)石門、-544m正石門、-602mw1石門，將來還要過-544m老中央回風(fēng)井、-602mw1皮帶機(jī)石門、-602m中央回風(fēng)井、-602m回風(fēng)上山等，走向長(zhǎng)410m，傾斜長(zhǎng)度為87m，平均煤層厚度為5m，煤層傾角23°。

2.-602mB8采煤工作面防滅火不利因素（自燃影響因素）

煤炭自燃的條件必須具有：（1）自燃傾向性的煤炭呈破碎狀態(tài)存在；（2）連續(xù)漏風(fēng)供氧條件；（3）積聚氧化生熱的蓄熱環(huán)境；（4）上述三要素在同一空間上同時(shí)具備，并穩(wěn)定持續(xù)足夠的時(shí)間[6]。

-602mB8采煤工作面自然發(fā)火的具體影響因素有：（1）局部易抽冒、氧化：該面由于煤層破碎，煤質(zhì)比較融，在上、下順槽掘進(jìn)與改棚過程中，多處發(fā)生抽冒現(xiàn)象，抽冒后約在一周時(shí)間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)CO，如不及時(shí)采取有效措施并迅速上升。（2）鄰近層高冒、自燃發(fā)火傾向性較嚴(yán)重：B8煤層上覆B9煤層已回采結(jié)束，B8煤層與B9煤層的層間距約22m左右，在B9一道施工過程中過F斷層時(shí)，B9一道也曾出現(xiàn)CO達(dá)240ppm，溫度達(dá)28℃；其下覆層B7煤層與B8煤層層間距為3米左右，-544m重車施工過B7煤層時(shí)出現(xiàn)過高冒CO最高達(dá)120ppm。（3）該塊段漏風(fēng)源較多，堵漏工作非常困難表現(xiàn)在以下幾方面：①在此塊段采掘頭面較多（一個(gè)采煤工作面、兩個(gè)掘進(jìn)工作面），采場(chǎng)應(yīng)力集中，巷道壓力大，其中B8上風(fēng)巷及其回風(fēng)系統(tǒng)已多次維修，B9上、下順槽、回風(fēng)石門及-544m南、北石門等處封閉墻已經(jīng)被壓裂，封閉墻周圍圍巖松動(dòng)、形成裂隙，造成漏風(fēng)。②采面過-544m軌道石門、中央回風(fēng)井、皮帶機(jī)石門等多處老巷及采空區(qū)，均存在不同程度的漏風(fēng)通道。③其上覆層B9工作面（如上所述出現(xiàn)CO）已回采結(jié)束與其壓茬僅有3.5月，壓茬時(shí)間短，與本工作面下順槽之間存有漏風(fēng)。④B7煤層（如上所述出現(xiàn)CO）距B8煤層法距為3～4米，受采動(dòng)影響，圍巖松動(dòng)，形成一定漏風(fēng)。（4）根據(jù)采煤工作面上覆巖層采動(dòng)裂隙分布“O”形圈理論，放頂煤工作面回采后，采空區(qū)上、下巷的離層與開切眼的離層相貫通，使上、下巷和開切眼形成一條圈漏風(fēng)通道，如工作面推進(jìn)速度慢，極易氧化。本面工作面在回采放頂后1.5月上隅角出現(xiàn)CO達(dá)14PPm。綜合上述，該工作面頂?shù)装鍑鷰r松動(dòng)，漏風(fēng)通道多，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，工作面極易發(fā)生自燃發(fā)火。因此，如何采取切實(shí)有效措施減少漏風(fēng)及上下風(fēng)巷抽冒地點(diǎn)的處理，來防止煤體氧化，至關(guān)重要。

3.防治自然發(fā)火綜合措施

一直以來，李一礦對(duì)B8采煤工作面只采用灑漿、老塘注漿這種單調(diào)方法進(jìn)行防火，但自然發(fā)火現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，為此本技術(shù)綜合采用了高冒點(diǎn)噴注水泥、MEA；老塘灌注MEA、LFM煤礦高分子防滅火材料；鉆孔順槽埋管注氮、帶壓噴注封閉墻等滅火方法，取得了良好的效果，確保了該工作面的安全高效生產(chǎn)[7-8]。

（1）高冒點(diǎn)處噴注水泥沙漿，灌注MEA高分子新型高分子防滅火材料等。-544m～-602mB8上下順槽共出現(xiàn)四處高冒，而每次高冒后一周內(nèi)便出現(xiàn)CO且持續(xù)快迅上升。其下順槽有一處高冒曾出現(xiàn)CO達(dá)220ppm，溫度50℃的危險(xiǎn)隱患，為阻止高冒點(diǎn)繼續(xù)氧化，我們?cè)诟呙疤幥昂蟾?0m范圍內(nèi)打密集淺孔，鉆孔孔深控制在8m～12m，鉆孔孔徑為42mm，走向間距3m穿過煤層進(jìn)入煤層頂板，然后下直徑為30mm注漿管直至孔底，采用聚胺脂封孔，然后在高冒處10m范圍內(nèi)全斷面噴漿，噴漿厚度不小150mm，并噴嚴(yán)噴實(shí)以防注漿時(shí)漏漿。緊接著先注水泥與水玻璃，水泥與水玻璃凝固后使得巷幫、巷頂形成一層隔氧層；然后注MEA高分子化學(xué)材料，將整個(gè)高冒處空洞注滿為止，使高冒處周圍煤體內(nèi)長(zhǎng)期、持續(xù)有效，保水、固水，以全面提高阻燃、降溫效果和防滅火功效，最后向措施孔內(nèi)24小時(shí)不間斷的注氮?dú)?，減少或隔絕氧氣，防止氧化。

其中高溫高冒處注水泥、水玻璃、MEA等化學(xué)防火材料的注意事項(xiàng)有：①每次注漿結(jié)束，必須沖洗注漿管路，以防余漿堵塞管路或鉆孔；②注漿順序：先注水泥與水玻璃、再注MEA高分子化學(xué)材料，最后再通過鉆孔向高冒處注氮?dú)猓虎蹖?duì)出現(xiàn)溫度變化未上升的高冒點(diǎn)，只需及時(shí)向高冒處注水泥與水玻璃注滿注實(shí)即可，無(wú)須注MEA高分子化學(xué)材料；④氮?dú)鈮毫Ρ３衷?.6～0.7Mpa，24小時(shí)不間斷的注氮。

（2）上隅角壓注黃泥漿、FSA快速壘砌筑封閉墻。工作面上隅角采取直徑為60mm管路每隔20m拔一“三通”對(duì)老塘進(jìn)行壓注黃泥漿、同時(shí)在采空區(qū)側(cè)從上下向每隔15m對(duì)采空區(qū)進(jìn)行灑漿，提高泥漿濃度，確保水土比不小于5：1。采用FSA高分子化學(xué)材料加碎煤配入一定比例的水按10：1：7比例認(rèn)真攪拌后裝入雙抗編織袋快速在上隅角壘砌封閉墻，迅速有效減少采空區(qū)漏風(fēng)。

（3）下隅角埋管注氮及采用FSA快速壘砌封閉墻。

下隅角采用直徑為60mm管路每隔10m撥個(gè)“三通”24小時(shí)不間斷地向上隅角采空區(qū)內(nèi)注氮，保證注氮量不少于110m3/h。下隅角與上隅角相同，采用FSA高分子化學(xué)材料加碎煤配入一定比例的水按10：1：7比例認(rèn)真攪拌后裝入雙抗編織袋快速封堵下隅角，達(dá)到阻止采空區(qū)氧化目的。

（4）工作面煤體注水

對(duì)正在回采的工作面在煤壁側(cè)每隔5m使用輕型防突鉆機(jī)打孔深不小于10m的注水眼，對(duì)煤體進(jìn)行注水，即起到防突的作用，又能起到防滅火的雙重功效。

（5）采煤工作面過各石門、采空區(qū)防滅火措施

由于受到采動(dòng)影響，與采區(qū)相聯(lián)同的巷道的封閉墻，都不同程度存在裂隙，采煤工作面的上下風(fēng)巷受采動(dòng)影響，已前后數(shù)次安排隊(duì)伍臥底改棚，所以煤巖裂隙較多?；饓p壞較為嚴(yán)重，如只采取日常維修，無(wú)法確保不漏風(fēng)，為此采取以下措施：①首先在上覆層已收作面-602m～-544mB9上隅角5m處順槽內(nèi)施工一道厚度不小于800mm的雙瓦石墻。②然后在本面上順槽軌道石門拔門口向里3m處軌道石門與回風(fēng)石門分別在施工兩道雙瓦石墻，兩墻間距2m，之間用水泥沙漿充填嚴(yán)實(shí)，并帶注實(shí)。③最后在軌道石門、回風(fēng)石門與B9上隅角封閉墻之間注黃泥漿，并注實(shí)注嚴(yán)。不再向已收作B9采空區(qū)灌注黃泥漿，這樣即隔斷B9采空區(qū)氧化，又為B8回采面消除了隱患。④對(duì)所有過采空區(qū)、石門與本采區(qū)相聯(lián)的封閉墻，并重新進(jìn)行維修，并對(duì)墻體與墻外周圍5m巷道打眼（眼深1m，每隔2m施工一個(gè)注漿眼），進(jìn)行噴注水泥沙漿，加固墻體與圍巖體。

（6）加快工作面推進(jìn)迅速

由于本煤層易燃，特別是過采空區(qū)、石門與其它相聯(lián)的巷道時(shí)，一定要加快推進(jìn)迅速，以縮短氧化時(shí)間，及時(shí)使暴露煤層進(jìn)入窒息帶，降低煤層自燃傾向性。

（7）加強(qiáng)檢測(cè)

從工作面上隅角直至下隅角每隔10m布置測(cè)點(diǎn)，設(shè)置CO傳感器和溫度傳感器，并與礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。并加強(qiáng)人工監(jiān)測(cè)，專職人員隨身攜帶CO檢測(cè)儀，在檢測(cè)瓦斯的同時(shí)，回風(fēng)隅角的CO進(jìn)行檢測(cè)，每周至少檢測(cè)一次。

4.取得效果及分析

經(jīng)過高冒點(diǎn)噴注水泥、MEA；老塘灌注MEA、LFM煤礦高分子防滅火材料；鉆孔順槽埋管注氮、帶壓噴注封閉墻等滅火方法，始終保持采空區(qū)O2不大于16%，N2氣濃度不小少82%，從而有效地阻止了采空區(qū)遺煤氧化。

此外由于前期已經(jīng)向煤體注水，在阻止煤層自燃，后期待水份蒸發(fā)后，煤層已經(jīng)進(jìn)入氧氣窒息帶，也不會(huì)發(fā)生燃燒。降低了煤層自燃傾向性。

5.結(jié)論

（1）李一煤礦-602mB8采煤工作面具有局部易抽冒、氧化，鄰近層高冒、自燃發(fā)火傾向性較嚴(yán)重，漏風(fēng)源較多，采空區(qū)上、下巷的離層與開切眼的離層相貫通等特點(diǎn)，給工作面防滅火工作造成很大的威脅。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，李一煤礦選用先進(jìn)適用的安全技術(shù)和產(chǎn)品，采用了高冒點(diǎn)噴注水泥、MEA；老塘灌注MEA、LFM煤礦高分子防滅火材料；鉆孔順槽埋管注氮、帶壓噴注封閉墻等綜合滅火方法，針對(duì)不同漏風(fēng)地點(diǎn)采取不同措施。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯示取得良好的效果。

（3）堅(jiān)持預(yù)防為主，從采掘設(shè)計(jì)源頭上加強(qiáng)防火工作，盡量避免巷道過采空區(qū)、老巷等。加強(qiáng)防火日常管理工作，加大監(jiān)測(cè)監(jiān)控和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的力度。

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作者簡(jiǎn)介

蔣維勝，男，安徽淮南人，1987年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院，工程師，一直從事通風(fēng)安全技術(shù)管理工作.