姚橋煤礦深部復(fù)雜地質(zhì)條件防滅火技術(shù)的應(yīng)用

[摘 要]本文通過(guò)在深部復(fù)雜地質(zhì)條件下回采期間的綜合防滅火的應(yīng)用，有效地預(yù)防和防治了煤炭自燃事故的發(fā)生，降低了煤炭自燃火災(zāi)事故的預(yù)防和防治成本，提高了安全生產(chǎn)系數(shù)，保障了安全生產(chǎn)和職工的生命健康。

[關(guān)鍵詞]煤礦深部 復(fù)雜地質(zhì)條件 煤炭自燃 防滅火

中圖分類號(hào)：TD75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）18-0390-02

1.礦井深部防滅火技術(shù)的現(xiàn)狀分析

1.1 深部多煤層聯(lián)合開采

多煤層聯(lián)合開采是根據(jù)礦井實(shí)際條件，從采煤工藝上入手，采用放頂煤形式一次性將兩層煤全部采出?；夭善陂g利用支架后面的刮板輸送機(jī)、插板反復(fù)動(dòng)作將所采煤層及上方的煤層全部放出，利用后溜將煤運(yùn)出。聯(lián)合回采的條件：①兩層煤的層間距不能太厚，應(yīng)在0-0.5m；②煤質(zhì)不宜太硬，應(yīng)有一定的松散性；回采工藝的優(yōu)越性不言而喻，但推進(jìn)速度、采空區(qū)遺煤、漏風(fēng)嚴(yán)重等一系列防滅火難題接踵而來(lái)。

1.2 礦井深部地?zé)釋?duì)防滅火的影響

在-650m以下的采掘工作面，夏季三個(gè)月份，回采工作面的風(fēng)流溫度突破30℃，煤巷掘進(jìn)工作面溫度高達(dá)32℃～33℃，綜合國(guó)內(nèi)外最新研究成果，以目前的氣候標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，氣溫每增加1℃，礦井生產(chǎn)效率則降低6～8%，而溫度對(duì)煤炭自燃起到關(guān)鍵性的作用。根據(jù)煤炭自燃危險(xiǎn)性復(fù)合指標(biāo)可得：當(dāng)溫度處于26～30℃時(shí)煤炭發(fā)火期外因值取5℃/min，當(dāng)溫度大于30℃時(shí)煤炭發(fā)火期外因值取10℃/min。

1.3 礦井深部地質(zhì)條件的影響

深部開采受地壓的影響造成煤層出現(xiàn)落差較大的斷層、傾角扭曲、褶曲構(gòu)筑發(fā)育等一系列現(xiàn)象。受煤層埋藏深度、高溫等因素的影響導(dǎo)致自然發(fā)火期減短，CO、O2等各項(xiàng)氣體指標(biāo)變化較快。

針對(duì)綜放無(wú)煤柱開采的特點(diǎn)，將現(xiàn)有防滅火技術(shù)完全融合并根據(jù)綜放面實(shí)際情況采取單一或多項(xiàng)措施。堅(jiān)持“防范勝于救災(zāi)”的信念，通過(guò)合理預(yù)埋管路、惰化采空區(qū)氣體、減少采空區(qū)漏風(fēng)、束管監(jiān)測(cè)等防治煤層自然發(fā)火技術(shù)。根據(jù)工作面地質(zhì)條件預(yù)埋管路，分別采用單趟定期布置、單趟交替布置、雙趟邁步布置、三趟邁步布置、特殊地點(diǎn)專項(xiàng)布置5種方法。

2.綜合防滅火技術(shù)應(yīng)用

目前煤礦井下常用的防滅火技術(shù)主要有：堵漏、均壓、惰氣、用水滅火、灌漿、膠體防滅火技術(shù)等，姚橋煤礦近年來(lái)采取的防滅火技術(shù)按其主要作用和功能可歸納為以下幾類：

2.1 預(yù)埋管路技術(shù)

采煤工作面采空區(qū)預(yù)埋措施管是我礦防滅火的一項(xiàng)基本工作，根據(jù)采煤工作面埋藏深度、走向（傾向）角度、自燃發(fā)火期等各項(xiàng)指標(biāo)在工作面上巷布置措施管，布置方式主要以下五種。

⑴單趟定期布置：主要用于埋藏深度淺、壓力小、仰采等防滅火壓力小的工作面，鋪設(shè)一趟注漿管路，定期在機(jī)尾斷開措施管，釋放口經(jīng)過(guò)工作面推進(jìn)自行埋入采空區(qū)，可在較短時(shí)間內(nèi)滿足注漿要求。如圖4-1

⑵單趟交替布置：主要用于煤層埋藏在較深、平巷推進(jìn)、兩道壓力較小等工作面，先鋪設(shè)一趟注漿管路，然后每隔100米再鋪設(shè)第二趟長(zhǎng)度約40米的管路，當(dāng)40米管路即將埋入采空區(qū)時(shí)，斷開第一趟管路同時(shí)將40米管路與第一趟注漿管合通，保證采煤工作面采空區(qū)40-140米范圍內(nèi)能夠隨時(shí)采取措施。如圖4-2

⑶雙趟邁步布置：主要用于發(fā)滅火壓力較大的工作面，鋪設(shè)雙趟管路，利用閥門控制，每隔50米布置一個(gè)釋放口，保證采空區(qū)50--100米范圍內(nèi)始終有釋放口。

⑷三趟邁步布置：主要用于工作面拆除、長(zhǎng)期停產(chǎn)及防滅火壓力極大的工作面，鋪設(shè)三趟管路，每個(gè)釋放口間隔30米，并依次斷開，保證采空區(qū)內(nèi)30、60、90米處均有釋放口存在。如圖：4-3

⑸特殊地點(diǎn)專項(xiàng)布置：當(dāng)工作面出現(xiàn)大角度俯采、偽傾斜、多煤層聯(lián)采等特殊情況時(shí)，除上述措施外在開切眼內(nèi)、下順槽等地點(diǎn)安裝輔助措施管。如圖4-4

2.2 控制漏風(fēng)技術(shù)

主要目的：減少或杜絕松散煤體氧氣的供給。技術(shù)手段有：水泥噴漿；泡沫噴涂；納米改性彈性體材料涂抹；均壓。

水泥噴漿工作量大，回彈多，抗動(dòng)壓性差，堵漏效果不十分理想；泡沫堵漏性能好，抗動(dòng)壓性好，但其成本較高，高溫時(shí)分解，釋放出有害氣體；納米改性彈性體材料具有氣密性好、伸長(zhǎng)率大等性能，可刮、涂、抹在煤巖體、木材及閉墻漏風(fēng)處，操作簡(jiǎn)單，使用方便，可根據(jù)施工需要調(diào)整固化時(shí)間，固化后表面形成彈性體。

閉區(qū)均壓可減少向封閉區(qū)域內(nèi)的漏風(fēng)，開區(qū)均壓則可降低采空區(qū)周邊的壓差，減少向采空區(qū)浮煤漏風(fēng)，從而降低自燃危險(xiǎn)程度，但對(duì)于已經(jīng)或曾經(jīng)發(fā)生過(guò)自燃的火區(qū)，僅依靠均壓達(dá)到完全杜絕漏風(fēng)，防止自燃的目的是不現(xiàn)實(shí)的。

2.3 火區(qū)惰化技術(shù)

主要目的：降低火區(qū)O2濃度，窒息火區(qū)。技術(shù)手段有：注入N2和CO2等惰性氣體。

惰氣可充滿整個(gè)空間，既能迅速窒息明火，又能抑制煤層自燃高溫火區(qū)的發(fā)展，但對(duì)大熱容的煤體降溫效果不好，滅火周期長(zhǎng)，火區(qū)易復(fù)燃，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)堵漏風(fēng)工作要求較高。

惰泡和三相泡沫能起到固氮、降溫、減少漏風(fēng)、降低采空區(qū)氧濃度、包裹煤體等作用，但泡沫穩(wěn)定時(shí)間短，在碎煤中壓注，發(fā)泡性能差，起泡倍數(shù)低，若僅起阻化劑作用，則成本太高，效率低，對(duì)已形成高溫的浮煤，僅依靠惰泡隔氧滅火，需注惰泡量很大，且易復(fù)燃。

2.4 煤體阻化技術(shù)

主要目的：降低煤體的氧化活性，抑制煤氧結(jié)合。技術(shù)手段有：噴注MEA-1、MCA促凝劑等一些吸水性很強(qiáng)的有機(jī)材料；惰化阻化劑。

當(dāng)MEA-1、MCA促凝劑的水溶液附著在煤體表面時(shí)，形成一層含水液膜，阻止煤氧接觸，同時(shí)能使煤體長(zhǎng)期處于潮濕狀態(tài)，在低溫氧化時(shí)溫度不易升高，從而抑制了煤的自熱和自燃；阻化劑防火效果較好，但當(dāng)煤中水份蒸發(fā)，減小到一定程度時(shí)，阻化作用就會(huì)停止，轉(zhuǎn)而變?yōu)榇呋饔?，促進(jìn)煤的氧化與自燃。

惰化阻化劑在煤溫超過(guò)一定溫度時(shí)，開始吸熱氣化，產(chǎn)生惰性阻化氣體，阻礙火區(qū)的自由基鏈鎖反應(yīng)過(guò)程，高溫分解后的剩余物在煤表面生成一層薄膜，冷卻后成為脆性覆蓋物，使煤與空氣隔絕；但該材料不易均勻地分散到煤體內(nèi)，充分發(fā)揮其防滅火效能，如用其水溶液注入煤體則易流失。

2.5 吸熱降溫技術(shù)

主要目的是：降低高溫煤體溫度，徹底熄滅高溫火區(qū)，防止火區(qū)復(fù)燃。技術(shù)手段有：注水；灌漿；液態(tài)CO2。

熄滅煤層火區(qū)的關(guān)鍵是降低煤溫。水是最經(jīng)濟(jì)、來(lái)源最廣泛吸熱降溫材料，其熱容量大，1L水轉(zhuǎn)化成蒸汽時(shí)吸收2256.7kJ熱量，同時(shí)生成1.7m？水蒸汽，能很快降低煤溫，大量水蒸汽具有沖淡空氣中的氧濃度、包圍、隔離火源、窒息火源的作用；灌漿防滅火技術(shù)在我國(guó)有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井中用得較普遍，泥漿能夠吸熱降溫，對(duì)煤體還有包裹作用，達(dá)到隔氧的目的，對(duì)于采空區(qū)的防滅火效果顯著，已成為與井下內(nèi)因火災(zāi)斗爭(zhēng)的主要措施之一。

2.6 膠體防滅火技術(shù)

凝膠、膠體泥漿、稠化膠體和復(fù)合膠體等防滅火技術(shù)集堵漏、降溫、阻化、固結(jié)水等性能于一體，使易于流動(dòng)的水溶液在指定時(shí)間和部位發(fā)生膠凝，包裹高溫煤體，充分發(fā)揮水的吸熱降溫作用，較好地解決了灌漿和注水的泄漏流失問(wèn)題。且在近1000℃的明火中不會(huì)迅速汽化，僅因水份緩慢蒸發(fā)而逐漸萎縮，滅火安全性好，在井下濕度90%，溫度28℃的環(huán)境下，13個(gè)月后仍保持完好。

同時(shí)，在該技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)使用和推廣過(guò)程中，研制開發(fā)出了井下移動(dòng)式、管網(wǎng)式、地面移動(dòng)式和地面固定式多功能灌漿注膠防滅火系統(tǒng)等多種應(yīng)用工藝，可根據(jù)礦井實(shí)際條件進(jìn)行靈活地設(shè)計(jì)與使用。

高分子膠體滅火劑MCJ12使用工藝簡(jiǎn)單，工作量小，成本高，膠體強(qiáng)度大，耐壓性高，但滲透性不好。該材料主要用于小范圍內(nèi)煤層火災(zāi)的快速控制和熄滅，也可用于巷道頂部、采空區(qū)兩道等區(qū)域的防火、滅火。

3.總結(jié)

深部防滅火工作是建礦以來(lái)所面臨的新的挑戰(zhàn)，地溫的升高，更有利于煤炭蓄熱，對(duì)回采速度提出新的要求，而長(zhǎng)距離大角度俯采、多處高冒點(diǎn)、7、8#煤聯(lián)合回采等一系列復(fù)雜的地質(zhì)條件恰恰制約著回采的速度。因此要求防滅火管理人員要有防范勝于救災(zāi)的信念；防火要講究因地適宜、滅火要講究科學(xué)合理，要在長(zhǎng)期的滅火工作經(jīng)驗(yàn)中尋找最科學(xué)、實(shí)用的措施，當(dāng)發(fā)生自燃發(fā)火時(shí)要根據(jù)采煤工作面的現(xiàn)狀、預(yù)埋管路、各項(xiàng)氣體指標(biāo)等制定出科學(xué)合理的方案及措施，才能避免顧此失彼、亂作一團(tuán)的局面，才能有效的控制局面。通過(guò)對(duì)該技術(shù)的研究，成功的建立了礦井防滅火新技術(shù)，為深部復(fù)雜條件下防滅火工作提供了新的方法和經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介

姚宏章（1967.5.27），男，漢族，江蘇泰州人，大學(xué)文化，工程師，現(xiàn)從事大屯煤電公司礦山救護(hù)工作。