綜合防滅火技術(shù)在綜放工作面的應(yīng)用研究

[摘 要]本文根據(jù)元堡煤礦1901綜放工作面火災(zāi)防治的特點(diǎn)，制定了以建立煤層自燃發(fā)火預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，易自燃發(fā)火區(qū)域注氮，預(yù)防性灌漿，MEA防滅火阻化泡沫防滅火等綜合防滅火技術(shù)措施。通過技術(shù)集成與示范，達(dá)到高起點(diǎn)、少投入、強(qiáng)效果，形成一套完整的火災(zāi)防治技術(shù)體系，保證礦井的安全生產(chǎn)。

[關(guān)鍵詞]綜放工作面；綜合防滅火；安全生產(chǎn)

中圖分類號：TU998.13+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0394-02

1 工作面概況

元堡煤礦現(xiàn)開采9號煤層，該煤層頂板底板以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定煤層平均厚度14.33m，采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤法。1901工作面為該煤層首采工作面，工作面兩條順槽均沿煤層底板布置在煤層中。工作面回采方向采用后退式，通風(fēng)時新鮮風(fēng)流經(jīng)運(yùn)輸順槽進(jìn)入到綜采放頂工作面，乏風(fēng)由回風(fēng)順槽排入到回風(fēng)大巷。

2 1901綜放工作面火災(zāi)防治特點(diǎn)

1901綜放工作面特點(diǎn)：（1）經(jīng)鑒定9號煤層吸氧量為0.74 cm3/g，自燃傾向性等級Ⅰ類，為易自燃煤層，最短自然發(fā)火期為64天；（2）煤層厚度大，平均煤厚14.33m，局部最厚達(dá)到20m，采放比為1：3；（3） 由于煤層厚，采放比大，工作面推進(jìn)速度較慢，易于造成采空區(qū)遺留浮煤的自然氧化；（4）采掘空間大，頂板冒落后形成的采空區(qū)空間較大，一旦出現(xiàn)大面積冒頂，采空區(qū)積聚大量的瓦斯容易被壓出，一旦有火源存在，極易發(fā)生瓦斯燃燒和爆炸；（5）1901工作面采空區(qū)遺煤在通風(fēng)的高負(fù)壓區(qū)段，漏風(fēng)很難杜絕，易導(dǎo)致遺煤自然發(fā)火。

3 綜合防滅火技術(shù)措施

1901綜放工作面開采煤層為9#煤，煤層自燃傾向性為容易自燃。該面煤層厚度4.49～20.20m，平均14.33m，回采3.5m，放煤高度10.8m，采放比平均達(dá)到1：3，工作面推進(jìn)速度較慢，采空區(qū)浮煤多，自燃發(fā)火危險性增大；開切眼、運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷成型時間長和停采期間因撤架完成封閉的時間長，同時“兩道兩線”的丟煤量大，也容易發(fā)生自然發(fā)火。因此，搞好首采面防滅火工作是元堡煤礦能否實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效的關(guān)鍵[1]。

擬采取的防滅火技術(shù)方案是：

1）采用自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)，建立自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報指標(biāo)體系；

2）確定采空區(qū)易于自燃發(fā)火區(qū)域及其范圍的自燃“三帶”的現(xiàn)場考察和計算機(jī)模擬，以確定工作面的最佳供風(fēng)量和工作面的最低推進(jìn)速度；

3）采空區(qū)易于自燃發(fā)火區(qū)域的注氮，主要起到惰化采空區(qū)，主要起到防火作用；

4）采空區(qū)及兩巷高冒和煤壁易于發(fā)火區(qū)域的密閉技術(shù)和灌漿防滅火技術(shù)，主要起到控制火勢以及滅火效果；

5）采空區(qū)及兩巷高冒和煤壁易于發(fā)火區(qū)域的注MEA防滅火技術(shù)，主要起到控制火勢以及滅火效果；

以上幾種防滅火技術(shù)的有機(jī)結(jié)合組成一套綜合防滅火措施，其中以采空區(qū)注氮和密閉技術(shù)以及堵漏風(fēng)技術(shù)主要起到防止自燃的防火作用，易于發(fā)火區(qū)域以及出現(xiàn)發(fā)火跡象后的區(qū)域以灌漿防滅火技術(shù)為主，注MEA防滅火技術(shù)以及密閉技術(shù)為輔的防滅火方法。通過技術(shù)集成，形成一套完整的火災(zāi)防治技術(shù)體系，保障1901綜放工作面的安全回采。

3.1建立煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報指標(biāo)及其預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)

目前國內(nèi)用于監(jiān)測火災(zāi)的系統(tǒng)有兩種：一是井下型火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)；二是地面色譜束管火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)選用JSG6型礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)[2]。

JSG6礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)集實(shí)時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)發(fā)布功能于一體的礦山氣體發(fā)火和爆炸性全自動分析、預(yù)警、發(fā)布系統(tǒng)。系統(tǒng)具有的主要功能有：

1）能實(shí)現(xiàn)了對井下自燃標(biāo)志氣體的連續(xù)、在線分析，提供的指標(biāo)氣體報警設(shè)置功能，可以在實(shí)現(xiàn)井下火災(zāi)標(biāo)志氣體連續(xù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無人職守管理，只有在指標(biāo)氣體超限情況下，才需要進(jìn)行人工干預(yù)。

2）系統(tǒng)使用在線式紅外分析儀進(jìn)行日常在線監(jiān)測，儀器均為進(jìn)口產(chǎn)品，可靠性高；

3）系統(tǒng)采用先進(jìn)可靠的樣品采集裝置，裝置可靠性高，且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動監(jiān)測和控制；

3.2確定采空區(qū)易于自燃發(fā)火區(qū)域及其范圍的自燃“三帶”現(xiàn)場觀測

根據(jù)有關(guān)煤層自燃發(fā)生機(jī)理研究，將采空區(qū)劃分為三帶，由里往外依次為窒息帶、氧化帶和冷卻帶，冷卻帶深度一般為20m，氧化帶深度一般為20～70m。礦井建設(shè)時，應(yīng)委托有相關(guān)科研單位對三帶位置進(jìn)行專項(xiàng)論證，以確保安全生產(chǎn)。

根據(jù)以上束管觀測結(jié)果，結(jié)合采空區(qū)流場的計算機(jī)模擬，以確定工作面采空區(qū)自燃“三帶”，從而確定工作面的最佳供風(fēng)量和工作面的最低推進(jìn)速度[3]。

3.3 采空區(qū)易于自燃發(fā)火區(qū)域注氮，惰化采空區(qū)的防火技術(shù)

本措施針對1901工作面采空區(qū)、煤巷高冒區(qū)的防滅火，通常情況下在灌漿方法不適用或防滅火效果不顯著時采用，注氮系統(tǒng)采用地面固定式注氮系統(tǒng)。在正?；夭蛇^程中可不考慮對工作面采空區(qū)進(jìn)行預(yù)防性注氮，但是在遇到工作面地質(zhì)條件比較復(fù)雜或者其它原因工作面推移緩慢時應(yīng)采用預(yù)防性注氮措施。

注氮系統(tǒng)采用3臺KGZD-1500型地面固定制氮機(jī)，兩臺工作，一臺備用。每次注氮量應(yīng)根據(jù)采空區(qū)中氧氣的濃度確定，氧氣濃度大于7%時開始注氮，小于7%時，停止注氮。注氮同時必須加強(qiáng)均壓和堵漏，控制火區(qū)漏風(fēng)；并探明火源位置，向火源點(diǎn)范圍連續(xù)注入。一般情況下，防火注氮量為5m3/min，不得超過33m3/min；滅火注氮量為8.3～10m3/ min，回風(fēng)口敞開時取上限，全封閉取下限。

3.4 預(yù)防性灌漿防滅火

預(yù)防性灌漿是目前我國使用較廣泛的一種行之有效的預(yù)防煤炭自燃的方法， 1901工作面采用綜采放頂煤工藝，灌漿量大，因此選用地面集中灌漿系統(tǒng)。1901工作面設(shè)計采用埋管灌漿和灑漿相結(jié)合的方法，即在工作面上順槽布置灌漿管路，采用隨采隨灌工藝；在工作面傾斜方向布置灑漿管。對于局部煤層自燃地點(diǎn)也可采用打鉆灌漿的方法。

灌漿材料采用細(xì)?；蟮狞S土，土源來自地面取土場，灌漿用水的水源取自處理后的井下排水。泥漿制備方式采用機(jī)械攪拌，選用KYJB型行走式泥漿攪拌機(jī)，本設(shè)備在攪拌泥漿的同時，又能在軌道上行走、實(shí)現(xiàn)雙向作業(yè)。泥漿輸送時采用灌漿泵向管路中輸送泥漿泥漿輸送管路沿回風(fēng)斜井敷設(shè)。泥漿輸送管路系統(tǒng)為：地面黃泥灌漿站→回風(fēng)斜井→9號煤輔助運(yùn)輸大巷→一盤區(qū)輔助運(yùn)輸大巷→工作面順槽→1901工作面。注入采空區(qū)漿液中的水一部分會滯留在灌漿區(qū)的下部空間，在灌漿區(qū)應(yīng)根據(jù)情況建立完善的疏水系統(tǒng)。

3.5 MEA高分子阻化泡沫防滅火技術(shù)

MEA高分子阻化泡沫是由防滅火材料MEA-1、氮?dú)?、水以及發(fā)泡劑通過專用發(fā)泡裝置發(fā)泡而形成的。MEA高分子阻化泡沫兼有了泡沫技術(shù)、注氮、MEA-1高分子防滅火材料等防滅火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又充分克服了這些技術(shù)的不足。

在1901工作面回采過程中，遺留浮煤主要分布于上下煤壁兩側(cè)區(qū)域，因此，盡量減少上、下煤壁兩側(cè)區(qū)域的浮煤堆放是減少采空區(qū)自然發(fā)火的有效措施。。對于這些堆放的浮煤，尤其是上、下隅角的浮煤，最佳處理辦法就是用懸浮漿液灌入采空區(qū)，覆蓋、封堵、惰化這些遺留浮煤，使其失去自燃氧化性。工作面采空區(qū)壓注MEA阻化泡沫可以采用以下三種方式：（1）在支架處插管壓注MEA阻化泡沫；（2）工作面兩巷鉆孔壓注MEA漿液和泡沫處理采空區(qū)浮煤。

3.6 有針對性的防滅火措施

在工作面回采不同時期存在易發(fā)火時期，所以應(yīng)針對不同時期開展有針對性的防滅火措施。1901工作面開采煤層厚，1901工作面開采煤層厚，初采期采空區(qū)冒落不夠嚴(yán)實(shí)，采空區(qū)漏風(fēng)較明顯，因此降低漏風(fēng)是初采期防止采空區(qū)遺煤自燃的首要任務(wù)。工作面推過開切眼進(jìn)入氧化帶后，應(yīng)向開切眼區(qū)域注入氮?dú)?，使該區(qū)域得到惰化。當(dāng)工作面因故停采和推進(jìn)速度慢時，應(yīng)加強(qiáng)上、下隅角和支架上方自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報工作；如出現(xiàn)較長時間的停采，每天應(yīng)向采空區(qū)氧化帶進(jìn)行連續(xù)24h注氮。工作面停采撤架時，在保證工作面和回風(fēng)巷瓦斯不超標(biāo)的情況下，應(yīng)盡可能降低工作面通風(fēng)量，并進(jìn)行每班連續(xù)檢測，此時應(yīng)進(jìn)行采空區(qū)連續(xù)注氮和灌漿。

4 結(jié)語

該防滅火技術(shù)措施根據(jù)元堡煤礦1901綜放面的實(shí)際情況，通過現(xiàn)場調(diào)研并結(jié)合實(shí)測分析，提出采空區(qū)注氮和密閉技術(shù)以及堵漏風(fēng)技術(shù)等綜放工作面綜合防滅火技術(shù)。通過實(shí)施該技術(shù)，1901工作面已安全回采，工作面未發(fā)生煤層現(xiàn)象。通過防治煤層自燃發(fā)火實(shí)踐，基本摸索出晉北公司防治煤層自燃發(fā)火的技術(shù)途徑，積累了初步的實(shí)踐管理經(jīng)驗(yàn)，公司所屬煤礦在2014年度未發(fā)生煤層自燃和一氧化碳超限現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂錫田.綜放工作面開采綜合防滅火研究[J].煤礦安全，1996，（3）：9-11.

[2] 孫國清.綜放工作面采空區(qū)綜合防滅火技術(shù)[J].建井技術(shù)，2005，（10）：5-8.

[3] 王帥領(lǐng)，張煒.綜合防滅火技術(shù)在10414工作面的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2012，（10）：63-66.

作者簡介：

姓名：楊達(dá)明性別：男出生年月：1992年02月名族：漢族籍貫：河南省新鄉(xiāng)市學(xué)歷：碩士職稱：學(xué)生研究方向：資源開采技術(shù)