綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火防治

薛洪得

【摘 要】二井田煤礦1403綜放工作面所在4煤層具有自燃傾向性，工作面及上隅角發(fā)生瓦斯超限問(wèn)題，為避免形成自然發(fā)火事故，運(yùn)用注氮及噴灑阻化劑措施防滅火，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了1403綜放工作面的安全回采。

【關(guān)鍵詞】綜放工作面；采空區(qū)；自然發(fā)火；防滅火

1.概況

二井田煤礦現(xiàn)主要開采煤層為4煤，煤層有自燃傾向性，自然傾向性等級(jí)為Ⅱ類自然發(fā)火期為5～ 6個(gè)月?，F(xiàn)正在回采的1403工作面采用綜采放頂煤開采方式，煤層平均厚度為10.5m，平均傾斜長(zhǎng)度90m，平均走向長(zhǎng)度1130 m，容重為1.4 t/m3。

1403綜放工作面所在采區(qū)采用抽出式通風(fēng)方法，工作面采用“U”型通風(fēng)方式。礦井開采方式、放煤工藝以及煤層賦存條件的影響，放煤后采空區(qū)的遺煤量較大，且煤層本身具有自燃傾向性，使處于氧化自燃帶的遺煤氧化后產(chǎn)生CO；同時(shí)礦井采用負(fù)壓通風(fēng)，采空區(qū)漏風(fēng)造成CO涌出，使工作面CO與瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，對(duì)工作面的安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響[1，2]。

2.工作面煤層自然發(fā)火情況分析

1403綜放工作面采2.5m，采放比為1：3，采用單輪順序放頂煤。放煤未見(jiàn)矸石停放，致使采空區(qū)過(guò)多殘煤，同時(shí)煤體具有自然傾向性，為煤體自燃提供了可燃物。工作面兩端頭大多采用不放煤來(lái)提高端頭巷道圍巖的穩(wěn)定性，在采空區(qū)邊緣殘留較多殘煤，此時(shí)更容易產(chǎn)生熱量積聚，熱量不容易擴(kuò)散發(fā)生自燃現(xiàn)象。

該煤層自燃期自燃發(fā)火期較短，5 ～ 6個(gè)月，當(dāng)工作面發(fā)生漏風(fēng)時(shí)，新鮮風(fēng)流為煤體自燃提供了氧氣條件。

3.防滅火方案的確定

根據(jù)1403綜放工作面實(shí)際情況，采用向采空區(qū)注入氮?dú)夥椒▉?lái)防治采空區(qū)自然發(fā)火為主，同時(shí)采取減少工作面漏風(fēng)的措施保證工作面的安全回采[3，4]。

氮?dú)鉃槎栊詺怏w，向采空區(qū)內(nèi)注入的氮?dú)夂蠼档土搜鯕鉂舛?，溫度較低的氮?dú)馕樟嗣后w自然發(fā)熱的熱量，減緩了煤體升溫的速度。同時(shí)修建各種密封設(shè)施防治漏風(fēng)，減少漏風(fēng)量，增加工作面采空區(qū)空氣的滯留時(shí)間，減少采空區(qū)氧氣含量，尤其是容易產(chǎn)生瓦斯積聚的工作面上隅角的管理。

3.1 參數(shù)的確定

注氮量按噸煤注氮量計(jì)算：

QN=5AK/300×60×24

式中 QN——注氮流量 m3/min；

A—年產(chǎn)量，t；

K—工作面回采率，取97%。

QN=9.69（m3/min）

采用制氮機(jī)產(chǎn)氮量為300m3/h，為5m3/min，制氮機(jī)的壓力為6 MPa，管路輸出端的壓力為6 MPa，制氮機(jī)滿足要求。

輸?shù)苈钒惭b線路為，制氮機(jī)房、主平硐、運(yùn)輸石門、采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷，進(jìn)風(fēng)巷接到工作面下出口采空區(qū)，管路總長(zhǎng)度1482 m，管路直徑150 mm。

3.2 工作面注氮安全措施

（1）注氮方式采用開放式注氮方式，注氮方法采用不間斷注氮方法。

（2）注氮機(jī)及1403工作面進(jìn)風(fēng)巷及以外的注氮管路由機(jī)電工區(qū)維護(hù)，注氮機(jī)及注氮管路必須保持完好，保證注氮機(jī)及注氮管路能隨時(shí)投入使用，同時(shí)并保證回采過(guò)程中保證管路的完好。

（3）由通風(fēng)工區(qū)每天安排人員對(duì)綜放工作面回風(fēng)巷一氧化碳濃度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)工作面回風(fēng)流中監(jiān)測(cè)出一氧化碳或有自燃征兆時(shí)，及時(shí)將進(jìn)風(fēng)巷注氮管路埋入采空區(qū)，當(dāng)埋管深度達(dá)到28m時(shí)，開始向采空區(qū)注入氮?dú)狻?/p>

（4）向采空區(qū)注入氮?dú)夂螅L(fēng)工區(qū)每天安排人員對(duì)輸?shù)苈返獨(dú)膺M(jìn)、出氣端的氮?dú)鉂舛?、流量及壓力進(jìn)行檢測(cè)，氮?dú)鉂舛炔坏玫陀?7%，氮?dú)獬隹诙藟毫Σ坏玫陀? MPa。

（5）注氮期間，由通風(fēng)工區(qū)安排人員每天對(duì)工作面回風(fēng)巷的氣體情況進(jìn)行檢查，檢查CH4、CO2、CO、空氣溫度、氧氣濃度及氮?dú)鉂舛??；仫L(fēng)流中的一氧化碳濃度不得大于24 ppm，回風(fēng)流中的溫度不得超過(guò)26℃，氧氣濃度不得低于20%。

3.3 輔助防滅火措施

在1403采空區(qū)、工作面上下出口、上隅角采用噴霧泵噴灑阻化劑（濃度為10%的氯化鈣）阻止采空區(qū)遺煤氧化，有利于預(yù)防自燃發(fā)火。

灑阻化劑量的計(jì)算：

V=K1K2dA/R

式中 V—日噴灑量，m3/d；

K1—加量系數(shù)，取1.2；

K2—每噸煤噴灑氣霧量，濃度為10%時(shí)，為0.02 m3/t；

D—工作面丟煤率，取3%；

R—煤的容重：1.40 t/m3；

A—日產(chǎn)量：3000噸；

R—轉(zhuǎn)化率，取90%。

V=2.40（m3/d）

在正常推采情況下，每天應(yīng)灑氯化鈣240Kg。工作面回風(fēng)巷需保證有3天的用量，即回風(fēng)巷附近有不少于0.72噸的氯化鈣，當(dāng)氯化鈣少于0.72噸時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，不得影響工作面正常推采。工作面灑氯化鈣時(shí)，灑在上隅角采空區(qū)及上隅角往下20m的工作面，每天噴灑量不少于0.24噸。氯化鈣溶液配好后，用噴霧泵噴灑于整過(guò)工作面支架之間及支架后尾梁。

3.4 實(shí)施效果

在工作面采用上述技術(shù)措施后，為了檢測(cè)該方案實(shí)施效果，對(duì)工作面瓦斯一氧化碳及瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了采樣分析，注氮?dú)夂螅ぷ髅嬉谎趸紳舛妊杆俳档颓矣芯S持穩(wěn)定的趨勢(shì)，如圖2所示。同時(shí)工作面上隅角未發(fā)生瓦斯積聚現(xiàn)象。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）綜采放頂煤采空區(qū)遺煤較多時(shí)，破碎煤體容易產(chǎn)生熱量積聚，且煤層具有沖擊傾向性時(shí)，采空區(qū)容易發(fā)生自然發(fā)火災(zāi)害，尤其是加強(qiáng)工作面兩端頭防滅火工作。

（2）注氮減少了采空區(qū)氮?dú)夂浚瑖姙⒆杌瘎p少了煤與氧氣的接觸面積，結(jié)合工作面生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)注氮量、阻化劑用量及工藝措施進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，上下隅角沒(méi)有出現(xiàn)一氧化碳超限現(xiàn)象，工作面沒(méi)有發(fā)生自然發(fā)火現(xiàn)象。

（3）針對(duì)二井田煤礦煤層地質(zhì)及開采條件，采取注氮、噴灑阻化劑措施，保證了1403綜放工作面的安全回采，取得了良好的防滅火效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王省身，張國(guó)樞. 礦井火災(zāi)防治[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[2] 劉永山，張德志. 馮記溝煤礦1415工作面均壓防滅火技術(shù)的應(yīng)用[J].煤礦安全，2010（3）：36-39.

[3] 孫忠強(qiáng)，艾琳琳，石巖. 采空區(qū)火災(zāi)預(yù)警及防治技術(shù)[J].煤炭工程，2010（3）： 53-55.

[4] 吳洪峰，王英明，孫書林. 和協(xié)煤礦14030采煤工作面防滅火治理技術(shù) [J].煤炭工程，2009（10）：72-73.