綜合防治自燃煤層技術(shù)在六礦二號(hào)井的應(yīng)用

□董歡慶 馮煥超

一、煤層自然發(fā)火機(jī)理及原因

主要是煤層賦存條件、采煤方法、通風(fēng)狀況和采面布置。六礦二號(hào)井戊90 工作面是戊9 和戊10 合層煤，這兩層煤之間有一層約0．67m 的軟巖層，在回采過程為了保煤質(zhì)保采高要求要拖住戊10 頂板用軟巖層護(hù)頂，只采戊10 煤層，這樣就使厚度為0．5m 的戊9 煤層隨采隨全部落到采空區(qū)，使采區(qū)形成大量的浮煤，浮煤呈立體賦存，位置較高，撒組化劑、灌漿不易包裹這些浮煤，工作面撤架后采空區(qū)易自然發(fā)火。另外采區(qū)西部接近鍋底山斷層的所有采區(qū)段采面構(gòu)造較多，頂板破碎，過斷層，超前護(hù)頂板，改造采面等等，推進(jìn)速度慢，另采區(qū)東部一是受小煤窯侵蝕;二是減少煤炭資源損失，提高資源回收率，采面布置呈倒三角形、W 型、L 型且貼住采空區(qū)，甚至是布置、通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，漏風(fēng)通道多，煤炭已經(jīng)過煤化，溫度還高，還發(fā)現(xiàn)有高溫點(diǎn)，這都是極易發(fā)生自然發(fā)火的外因。

二、工作面易自然發(fā)火的地點(diǎn)

一是與老巷接觸處，采煤工作面在改造和推進(jìn)過程中，與老巷推透后，因老巷推透后，因老巷有裂隙或封閉不嚴(yán)與采面形成漏風(fēng)通道，老巷內(nèi)的煤層已經(jīng)過氧化且破碎易形成自燃，如戊90 -16090 改造巷處，戊90 -16090 采空區(qū)與戊8 -16070設(shè)備道老巷推透處。二是采空區(qū)氧化帶深部。如果采面采長(zhǎng)超過150 米，或遇地質(zhì)構(gòu)造帶過斷層等推進(jìn)速度慢于85 米時(shí)，則采空區(qū)內(nèi)氧化帶的深部極易發(fā)生煤層自燃。三是巷道拐彎處，巷道拐彎處巷道壓力增大，易發(fā)生巷道冒頂，風(fēng)流經(jīng)過巷道拐彎處時(shí)，風(fēng)向發(fā)生變化，風(fēng)阻增加，易向巷道頂部冒頂區(qū)滲漏，使冒頂區(qū)易氧化自燃。四是開切眼和回架空間。開切眼如回架空間為易發(fā)火地點(diǎn)之一，其原因?yàn)殚_切眼斷面大，煤層易產(chǎn)生松動(dòng)或高冒區(qū)漏風(fēng)氧化自燃，開切眼回架空間由于安裝回收支架時(shí)間較長(zhǎng)，一般都超過了煤層自然發(fā)火期的煤炭被丟入采空區(qū)，增加了采空區(qū)發(fā)火的因素，如戊90 -16080 工作面，2015年4月1日出現(xiàn)的高溫和CO22ppm。

三、自燃的早期預(yù)報(bào)技術(shù)

煤從低溫氧化開始到自燃火災(zāi)的發(fā)生，要經(jīng)過一個(gè)發(fā)展過程，在這個(gè)自燃過程中，煤與氧的反應(yīng)，從緩慢到激烈，要經(jīng)歷低溫氧化、白熱兩個(gè)階段，才能就如燃燒狀態(tài)，所以及早并正確判斷煤的自燃狀態(tài)及地點(diǎn)至關(guān)重要。

四、綜合預(yù)防控制措施及防滅火技術(shù)的應(yīng)用

六礦二號(hào)井開采十幾年來，煤層自燃發(fā)火預(yù)兆頻繁，在治理隱患中，積累了很多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，通過對(duì)11個(gè)采面預(yù)兆治理分析解剖，初步掌握了一些規(guī)律和防滅火方法，現(xiàn)簡(jiǎn)介如下。

(一)采用“改、隔、清、閉、灌、注、風(fēng)、管”的九字傳統(tǒng)防滅火方法。改:是改進(jìn)采煤方法和開拓方式及巷道布置。隔:是使相鄰兩個(gè)工作面隔絕開。清:是清理浮煤和雜物。閉:是加快采空區(qū)、老巷、密閉。灌:實(shí)行采后預(yù)防灌漿。注:是建立注氮系隨采隨注。查:是嚴(yán)格執(zhí)行班檢、旬檢制度。風(fēng):是加強(qiáng)通風(fēng)管理。管:是科學(xué)的牌板管理及制度管理。

(二)采煤技術(shù)上采區(qū)下列防滅火方法。合理分層，精采細(xì)收，回采時(shí)不留頂煤，不留底煤，不留浮煤。一次采全層高，避免采錯(cuò)層位。合理確定下山煤柱，階段間煤柱尺寸，下山煤柱留的偏小，加之開輔助巷道較多，煤柱受切割擠壓大，松動(dòng)圈，裂隙發(fā)育，一是造成漏風(fēng)易發(fā)生自燃;二是一旦自燃處理困難，如戊90-16090 改造巷沿戊8 -16070 機(jī)巷布置，階段煤柱不足5 米，上隅角出現(xiàn)CO 很難處理。查清楚地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)配制機(jī)電設(shè)備合理布置采面和采長(zhǎng)。采煤工作面要避開斷層多、構(gòu)造多地段，如戊90 -16140 采面工有23 條斷層構(gòu)造，采面管理異常困難，冒頂采空區(qū)留煤較多，工作面較長(zhǎng)，推進(jìn)速度較慢，平均每月不足30 米，戊90 -16080 采面與戊90 -16140 基本相同，老唐出現(xiàn)CO 達(dá)47ppm。都是受采長(zhǎng)較長(zhǎng)遇地質(zhì)構(gòu)造較多所致。根據(jù)六礦二號(hào)井實(shí)際采面采長(zhǎng)不超120 米為易，月推進(jìn)速度應(yīng)大于66 米，否則應(yīng)采取專項(xiàng)措施防治結(jié)合。保證采面的正常接替，提高綜采面的安裝回收速度，凡是該安裝、拆除的綜采面，必須加強(qiáng)組織力量，加強(qiáng)培訓(xùn)，設(shè)備檢修要過硬，配件器具準(zhǔn)備要充分，一是要成立專項(xiàng)指揮部，按計(jì)劃步驟穩(wěn)步進(jìn)行。二是要組織一支經(jīng)過培訓(xùn)，長(zhǎng)期安裝回收的專業(yè)隊(duì)伍，保證在30天自燃發(fā)火期內(nèi)裝完，拆除完，原則不能超過40天，現(xiàn)六礦二井安準(zhǔn)隊(duì)安裝、拆除綜采支架，平均9 架/日。阻化劑防滅火法，阻化劑采用氧化物水溶液，均勻?yàn)⒃诩荛g采空區(qū)能封閉煤的外表面，隔絕氧氣吸收煤體水分，減少煤和空氣中氧氣接觸的機(jī)會(huì)，達(dá)到延長(zhǎng)煤的自燃目的，原理是煤被氧化后，生成物與氧化物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，能抑制煤和氧的結(jié)合，起到反催化劑的作用，該方法工藝簡(jiǎn)單、不用設(shè)備，成本低，目前凡是推進(jìn)速度慢，低于66m/月采面都在使用，效果明顯，另外對(duì)可疑發(fā)火地點(diǎn)，用打鉆、設(shè)管、用泵注防滅火劑、MEA 等也很有效。對(duì)高溫頂板破碎壓力大的密閉墻用快速密閉材料噴堵也是很有效防滅火材料和使用的手段。

五、通風(fēng)防滅火的方法

第一，采用均壓防滅火，以風(fēng)滅火，讓風(fēng)壓平衡，使漏進(jìn)采空區(qū)內(nèi)的壓力等于0，形成風(fēng)壓在兩巷之間密閉氣流，把風(fēng)隔在采空區(qū)外邊，把CO 等有害氣體堵在里邊，破壞兩個(gè)自燃條件，達(dá)到滅火目的，該方法是工作面總回風(fēng)量不增加，減壓不減風(fēng)，作用是克服礦井總負(fù)壓對(duì)采空區(qū)的拉力，能抑制自燃，控制風(fēng)量，控制火勢(shì)蔓延。此方法在戊90 -16070 回收時(shí)用過，在回撤支架中間眼上部上隅角CO 達(dá)到110ppm，局部供風(fēng)，在回風(fēng)巷用調(diào)節(jié)風(fēng)門減壓，堅(jiān)持使用了一周時(shí)間，安全回完封閉。

第二，穩(wěn)定風(fēng)流，自燃發(fā)火不要隨意改變通風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)壓、風(fēng)量大大小小最不好，流向自燃區(qū)的風(fēng)量越大越危險(xiǎn)，保持通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，控制流向火源的風(fēng)量至關(guān)重要。

第三，減少巷道失修率，經(jīng)常清修，增大斷面，減少礦井通風(fēng)阻力，對(duì)盲巷、舊巷廢巷、采空區(qū)即使封閉，封閉嚴(yán)密防止串風(fēng)，是最好的綜合防滅火方法。

六、關(guān)于防滅火的分析

第一，煤層自然發(fā)火，除了它本身有自燃傾向的內(nèi)因外，還有大量的外在因素，防滅火工作就是如何減弱或杜絕外因的影響，而延遲其發(fā)火期，保證礦井的安全生產(chǎn)是一個(gè)治本的原則。

第二，六礦二號(hào)井工作面采空區(qū)水平三帶的范圍為:進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面22 米以內(nèi)，回風(fēng)側(cè)18 米以內(nèi)為通風(fēng)散熱帶;進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面22～110 米，回風(fēng)側(cè)18～95 米間為氧化帶;進(jìn)風(fēng)側(cè)距工作面110 米以外，回風(fēng)側(cè)95 米以外為窒息帶，最短發(fā)火期為40天，工作面推進(jìn)速度只要小于66 米/月就有可能自燃。

第三，綜合防滅火的必要。在撒阻化劑、灌漿的同時(shí)，采用其它一些新技術(shù)、新裝備進(jìn)行綜合性防滅火是十分必要的。通過這幾年的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，認(rèn)識(shí)由淺入深，從局部到全面，改進(jìn)防滅火措施，建立了完善的黃泥灌漿系統(tǒng)，注氮防滅火系統(tǒng)，在防滅火方面取得了一些成績(jī)，但還沒有從根本上杜絕自燃隱患的發(fā)生，還需要更進(jìn)一步總結(jié)、探討、改進(jìn)、提高，為七礦的安全生產(chǎn)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

七、經(jīng)濟(jì)效益分析

六礦二號(hào)井各個(gè)工作面實(shí)施了綜合防滅火措施后，連續(xù)每年都安全出煤600 多萬噸，尤其是2014年的戊90 -16090、戊90 -16080、戊90 -16150 綜采面綜合防滅火技術(shù)的成功運(yùn)用，能使六礦二號(hào)井安全出煤近90萬噸，創(chuàng)造總效益超過20，000萬元，且有很好的推廣應(yīng)用前景。