雙馬煤礦I0104103首采工作面綜合防滅火技術(shù)與應(yīng)用

周東

摘 要：通過對(duì)雙馬煤礦目前開采形式及現(xiàn)狀進(jìn)行分析，闡述了注氮、注漿、堵漏等防滅火技術(shù)應(yīng)用條件、優(yōu)缺點(diǎn)、效果，為礦井防滅火提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：防滅火；注漿；注氮；堵漏

中圖分類號(hào)： TD76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）21-167-21 礦井及I0104103綜采工作面概述

雙馬煤礦井田南北長(zhǎng)13.7km，東西寬4.0-4.9km，井田面積為68.2km2。礦井采用斜井開拓方式，設(shè)置有主斜井、副斜井、回風(fēng)斜井3條井筒，工作面采用盤區(qū)布置方式，Ⅰ0104103首采工作面采煤工藝為綜合機(jī)械化一次采全高采煤工藝，采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板，首采煤層為4-1煤層。

2014年礦井瓦斯及二氧化碳鑒定結(jié)果：絕對(duì)瓦斯涌出量3.45m3/min、絕對(duì)二氧化碳涌出量5.17m3/min，屬瓦斯礦井。4-1煤煤塵爆炸指數(shù)為36.53%，火焰長(zhǎng)度80mm，自燃傾向性等級(jí)屬Ⅰ類，容易自燃，吸氧量為0.78cm3/g干煤，最短自然發(fā)火期為38天；4-3煤煤塵爆炸指數(shù)為36.15%，火焰長(zhǎng)度100mm，自燃傾向性等級(jí)屬Ⅱ類，自燃，吸氧量為0.70cm3/g干煤，最短自然發(fā)火期為52天。

Ⅰ0104103首采工作面為區(qū)內(nèi)后退式回采，回采長(zhǎng)度1700m，布置為“U” 通風(fēng)方式，工作面設(shè)計(jì)配風(fēng)量1100 m3/min，為上行通風(fēng)。

2 火災(zāi)綜合預(yù)防技術(shù)

雙馬煤礦通過合理分配風(fēng)量、在上、下隅角掛設(shè)風(fēng)簾、構(gòu)筑沙袋墻、構(gòu)筑密閉墻等方式，形成了一套井下采空區(qū)注氮、注漿、堵漏等預(yù)防火災(zāi)技術(shù)。

2.1 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

①通過安全監(jiān)控系統(tǒng)的CO、CH4、O2和溫度傳感器，連續(xù)監(jiān)測(cè)工作面、上隅角、回風(fēng)流的CO、CH4、O2和溫度變化情況。

②通過在工作面、上隅角、回風(fēng)流、采空區(qū)埋設(shè)束管，設(shè)置束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每班分析采空區(qū)、上隅角及回風(fēng)流的空氣組分，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)CO、O2、C2H2、C2H4、C2H6等氣體的濃度變化。

③通過人工（鑒定管、便攜式瓦斯氧氣兩用儀、便攜式一氧化碳報(bào)警儀、紅外測(cè)溫儀、多種氣體測(cè)定器等）檢測(cè)的方法對(duì)工作面、上隅角、回風(fēng)流、架間的CO、CH4、溫度、氧氣進(jìn)行檢測(cè)。

④通過人工定期采集工作面、采空區(qū)、上隅角、回風(fēng)流、架間的氣樣進(jìn)行氣相色譜分析標(biāo)志性發(fā)火氣體濃度的變化。2.2 管風(fēng)防火技術(shù)

①嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定控制I0104103綜采工作面風(fēng)量，防止風(fēng)量過大向采空區(qū)供氧，同時(shí)加強(qiáng)內(nèi)部漏風(fēng)管理，減小I0104103綜采工作面回風(fēng)、運(yùn)輸順槽兩巷的風(fēng)壓差。

②I0104103綜采工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量為1100m3/min，遵循“瓦斯礦井各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量不得高于設(shè)計(jì)風(fēng)量的20%”的原則，I0104103綜采工作面風(fēng)量應(yīng)控制在1100m3/min—1320m3/min。

③加快I0104103綜采工作面推進(jìn)速度，每天推進(jìn)速度不低于2.6m/d。

2.3 密閉堵漏預(yù)防技術(shù)

隨著采煤技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展，綜采工藝開采強(qiáng)度大，圍巖壓力較大，頂?shù)装逅绍洀?qiáng)度低且淋水較大，在采后的聯(lián)絡(luò)巷或風(fēng)、機(jī)兩巷采用普通的密閉封堵防滅火措施易出現(xiàn)閉墻變形裂縫、頂板破碎、措施管孔失效等問題，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)引起自燃發(fā)火或積水壓力沖垮密閉。

I0104103綜采工作面采后與其采空區(qū)相連通的巷道所有的密閉均設(shè)計(jì)采用雙墻充填密閉進(jìn)行永久封閉，充填材料選擇承壓力強(qiáng)、防水不燃、膨脹充填效果佳且具有一定強(qiáng)度的新型密閉充填材料。

2.4 注漿預(yù)防技術(shù)

灌漿防滅火技術(shù)在我國(guó)有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井中使用較為普遍，其作用主要是漿液充填煤巖裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴(kuò)散的阻力，減小煤與氧氣的接觸和反應(yīng)面；漿水浸潤(rùn)煤體，增加煤的外在水分，吸熱冷卻煤巖；黃泥灌漿的實(shí)質(zhì)是抑制煤在低溫時(shí)的氧化速度，延長(zhǎng)自然發(fā)火期。

I0104103綜采工作面預(yù)防性灌漿主要在工作面100m范圍內(nèi)，采空區(qū)分別間隔30m埋入1根埋管，共埋入三根埋管，黃泥灌漿主管路與第一根埋管連接。工作面推進(jìn)100m以內(nèi)采空區(qū)的埋管不進(jìn)行回收，回采超過100m后，在采空區(qū)上幫埋入1趟4寸地質(zhì)鉆桿，埋入采空區(qū)長(zhǎng)度不小于20m，地質(zhì)鉆桿與端頭支架固定，隨支架推動(dòng)前移?；仫L(fēng)順槽的灌漿支管路依次向后拆除（距工作面不大于40m）。

2.5 注氮預(yù)防技術(shù)

氮?dú)夥罍缁鸬淖饔檬牵旱獨(dú)庾⑷氩煽諈^(qū)具有降低氧氣濃度、冷卻降溫作用，還有抑爆的作用。我礦采取的注氮技術(shù)主要是利用液氮?dú)饣O(shè)備增壓升溫制取氮?dú)猓ㄟ^管路送入井下，注入采空區(qū)等煤炭可能自燃的區(qū)域。主要用于防治采空區(qū)自然發(fā)火和瓦斯爆炸，加快封閉并熄滅火區(qū)的過程模式。所使用的液態(tài)氮?dú)饩梦壹瘓F(tuán)公司煤化工附屬產(chǎn)品。注氮方式主要有以下兩種：

2.5.1 機(jī)巷預(yù)埋管注氮

正常開采情況下，從地面注氮站通過注氮管路將制好的氮?dú)廨斔偷焦ぷ髅娌煽諈^(qū)，在工作面機(jī)巷采取埋管注氮的方法向采空區(qū)連續(xù)壓注氮?dú)?。工作面注氮方式采用每間隔30m交替預(yù)埋Φ1080mm的管路，向采空區(qū)深部連續(xù)注氮的方式預(yù)防采空區(qū)發(fā)火。這樣泄氮出口處于切頂線后50m以外的采空區(qū)內(nèi)，漏風(fēng)相對(duì)小，且屬于“氧化自熱帶”，利于采空區(qū)內(nèi)空氣惰化和自燃發(fā)火的預(yù)防。

2.5.2 施工注氮孔注氮

I0104103綜采工作面在停采超過15天或者采空區(qū)有自然發(fā)火隱患，在輔助運(yùn)輸巷施工注氮鉆孔，通過輔運(yùn)巷向綜采工作面采空區(qū)進(jìn)行注氮。

3 綜合防滅火技術(shù)在雙馬煤礦的工程實(shí)踐

通過應(yīng)用預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、封堵漏風(fēng)、注漿、注氮等防滅火技術(shù)，目前03綜采面及采空區(qū)氣體成分穩(wěn)定，工作面中部（80#支架處） 氧氣濃度20.3%，一氧化碳濃度0ppm，溫度22.4℃；采空區(qū)氧氣濃度10.2%，一氧化碳濃度45ppm，溫度19.8℃；上隅角氧氣濃度19.8%，一氧化碳濃度14ppm，溫度19.8℃；工作面氧氣濃度20.3%，一氧化碳濃度5ppm，溫度18.6℃；無自燃發(fā)火隱患。

3.1 火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)工程實(shí)踐

①人工檢測(cè)：03綜采面配備專職瓦斯檢查員實(shí)現(xiàn)專人定點(diǎn)檢測(cè)工作面中部、上隅角、工作面、回風(fēng)流瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體，測(cè)定每隔20個(gè)支架采空區(qū)溫度，并對(duì)上隅角、工作面、回風(fēng)流、密閉內(nèi)氣體取樣分析，為工作面防滅火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供第一手技術(shù)參數(shù)。

②安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)：礦井安裝KJ31N安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)03綜采面上隅角、工作面、回風(fēng)流一氧化碳、瓦斯、溫度等參數(shù)，每7天對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)校，確保上傳數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

③束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：礦井安裝北京東西電子SG-2003束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每班對(duì)工作面、上隅角、回風(fēng)流等地點(diǎn)抽取氣樣進(jìn)行色譜分析；沿工作面風(fēng)巷上墻幫敷設(shè)三根束管，錯(cuò)距為50m、100m、150m，循環(huán)交替埋設(shè)，每班抽取采空區(qū)氣樣分析；工作面推采過的運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷密閉墻體上預(yù)埋束管，抽取閉內(nèi)氣樣進(jìn)行分析，為工作面自燃發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 堵漏風(fēng)技術(shù)工程實(shí)踐

①在I0104103綜采工作面下隅角掛設(shè)擋風(fēng)簾，有效降低風(fēng)流直接經(jīng)過采空區(qū)的現(xiàn)象，提高工作面有效風(fēng)量；在I0104103綜采工作面上隅角掛設(shè)導(dǎo)風(fēng)簾，控制風(fēng)流經(jīng)過上隅角，稀釋了上隅角有害氣體濃度，使有害氣體濃度控制在安全濃度以內(nèi)，效果明顯。

②綜采工作面回采過程中，每隔10m在上隅角構(gòu)筑沙袋墻，降低采空區(qū)漏風(fēng)率，從而降低了采空區(qū)自然發(fā)火。

③在I0104103綜采工作面通過03回風(fēng)順槽5#聯(lián)絡(luò)巷時(shí)，在5#聯(lián)絡(luò)巷構(gòu)筑密閉，使用新型填充材料，先砌筑兩道墻體，在墻體中間填充混凝土，在最外面一道墻體頂部預(yù)留￠15mm鋼管，墻體中間充填新型材料，由于樹脂和催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，迅速膨脹，可以滲入密閉墻體和周邊煤體裂隙，且致密性較好，能夠很好的密封密閉墻體及周邊巷道的漏風(fēng)，有效降低了密閉漏風(fēng)現(xiàn)象。

④嚴(yán)格采空區(qū)地表裂隙填埋制度，實(shí)行定期人工填埋和機(jī)械填埋的制度，防止采空區(qū)地表裂隙漏風(fēng)導(dǎo)致上覆煤層或采空區(qū)浮煤自燃著火。

3.3 注氮惰化采空區(qū)技術(shù)工程實(shí)踐

在I0104103綜采工作面停采期間，為防止采空區(qū)遺留煤炭自燃氧化發(fā)火，利用礦井注液氮系統(tǒng)，對(duì)03綜采面采空區(qū)采空區(qū)注氮?dú)?3622m3惰化采空區(qū)， 采空區(qū)的氧氣濃度由18.6%降至10%，一氧化碳濃度由45ppm降至0ppm。

4 總結(jié)

I0104103綜采工作面采取管風(fēng)防火、人工檢測(cè)、人工采樣、束管監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)、黃泥灌漿、液氮、阻化劑、注膠、沙袋墻、上下隅角風(fēng)障、充填地表裂隙等綜合防滅火技術(shù)，保證了工作面無自然發(fā)火危險(xiǎn)安全回采，為礦井實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了技術(shù)保障。