復采工作面煤炭自燃的綜合防滅火技術

朱榮譽，杜家友，馬云鵬

(霍州煤電集團有限責任公司 技術研究院，山西 霍州 031400)

·技術經(jīng)驗·

復采工作面煤炭自燃的綜合防滅火技術

朱榮譽，杜家友，馬云鵬

(霍州煤電集團有限責任公司 技術研究院，山西 霍州 031400)

針對薛虎溝煤業(yè)2-103工作面煤層上分層煤早期受小窯破壞開采較為嚴重，小窯資料不明，復采火災隱患嚴重等問題，結合工作面實際揭露情況，分析了復采工作面煤層自燃危險因素，通過采取堵漏風、預測預報、預防性注氮、噴灑阻化劑等綜合防滅火措施，有效保障了2-103復采工作面的安全回采，并為今后其他同類復采工作面煤炭自燃的防治工作提供了借鑒。

小煤窯；復采；綜放工作面；綜合防滅火

薛虎溝煤業(yè)為資源整合礦井，井田范圍內(nèi)2#煤上分層煤早期受小窯破壞開采較為嚴重，且缺乏小煤窯相關資料，小窯巷道與采空區(qū)的準確位置不能確定。由于這些小窯巷道錯綜復雜，位置不明，漏風通道多，在其破壞的不規(guī)則區(qū)域內(nèi)布置復采綜放工作面，在回采過程中將會遇到較多安全隱患，自燃火災便是一個重要的威脅安全的問題，由于復采采空區(qū)遺煤具有自燃、自然發(fā)火難滅火的特點，因此，在煤層復采過程中防滅火工作成為安全管理工作的重點。

1 2-103復采工作面概況

薛虎溝2-103復采綜放工作面位于薛虎溝煤業(yè)621水平一采區(qū)，井田北部小窯破壞的區(qū)域內(nèi)，其西北部及東北部靠近井田邊界線，西南為3條盤區(qū)巷道，東南為2-102回采工作面。工作面煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，自然發(fā)火期3～6個月，煤層厚度2.5～5.5 m，平均厚度為4 m，屬于厚煤層開采。煤層賦存平緩，傾角2°～5°，平均3°. 工作面走向設計長度790 m，傾向長200 m，工作面形狀呈矩形，標高+595～+615 m，埋深86～113 m. 工作面可采儲量91 000 t. 工作面絕對瓦斯涌出量1.3 m3/min，相對瓦斯涌出量0.8 m3/t，采用綜合機械化一次采全高放頂煤采煤法，全部跨落法管理頂板，工作面支護采用U型棚支護，U型通風方式。

2 復采工作面自然發(fā)火危險因素分析

根據(jù)復采區(qū)工作面自身特點，結合工作實踐，分析2-103復采綜放工作面自然發(fā)火因素有以下幾點：

1) 采煤工作面回收率低。工作面開采屬于厚煤層開采，采用放頂煤工藝，放頂后殘留浮煤量大，頂板冒落下的矸石雖較破碎，但未壓實，采空區(qū)有漏風滲入會增加遺煤與氧接觸氧化機會。

2) 復采工作面漏風隱患點多。2-103整個工作面位于小窯破壞的區(qū)域內(nèi)，其在掘進期間，進風巷共揭露小窯巷道及采空區(qū)破壞區(qū)11處，回風巷共揭露小窯巷道及采空區(qū)共26處，且揭露巷道交錯復雜無規(guī)律，漏風通道為松散煤體自然發(fā)火提供良好環(huán)境，增加煤自然發(fā)火風險。

3) 復采工作面煤質及頂板較松散破碎。復采工作面煤體松散，頂板破碎，導致回采速度相對較慢，使得遺煤與漏風氧接觸氧化時間延長，易引發(fā)煤自然發(fā)火。

4) 上分層正在開采過程中，上分層遺煤已經(jīng)經(jīng)過一次氧化，煤體活化能增強，耗氧速率及放熱強度等均增加，著火點溫度降低，復采時，與氧再次接觸更容易自然發(fā)火。

3 2-103復采綜放工作面綜合防滅火技術

通過復采煤層自然發(fā)火因素分析，針對復采煤層生產(chǎn)條件的特殊性及工作面自然發(fā)火點位置難以確定的特點，筆者認為有效地減少煤與氧的結合，才能做到科學防火，達到安全回采的目的。復采時，要盡可能地減少與氧結合的機會。為此，該礦結合工作面實際，采取了堵漏風、束管監(jiān)測、人工監(jiān)測、注氮、噴灑阻化劑等綜合防火措施，有效杜絕了自然發(fā)火，實現(xiàn)了工作面的安全復采。

3.1 監(jiān)測預測預報

綜合防滅火技術中重要的一個環(huán)節(jié)就是對所有可能自燃地點進行可靠的監(jiān)測監(jiān)控、取樣化驗，以此進行煤自燃的預測預報。為對工作面進行可靠監(jiān)測，采用人工檢測、束管監(jiān)測相結合的監(jiān)測預報手段。

1) 人工檢測。

由于掘進期間兩巷揭露的舊巷及采空區(qū)較多，隱患點、不易監(jiān)測點多，因此在礦井井下檢測系統(tǒng)的基礎上，增設專職火檢員巡檢，加強對重點隱蔽防火區(qū)進行取樣檢測檢查，采用便攜式溫度計、氧氣、CO、瓦斯氣體檢測儀，利用加長金屬桿對架間風流溫度、氣體成分的監(jiān)測以及重點冒落漏風隱患區(qū)的溫度、氣體成分的監(jiān)測，正常每班巡檢1次，每周取樣化驗分析1次，任何一處有異常，應及時分析處理，并增加觀測檢查次數(shù)。

2) 束管監(jiān)測。

沿工作面進風巷采空區(qū)預埋三路d8 mm的束管監(jiān)測探頭，探頭間隔20 m，并在上隅角鋪設一路，為了避免束管被砸壞，束管外采用d25 mm的高壓膠管保護，并隨工作面推進埋入采空區(qū)。利用地面JSG-8型礦井火災束管監(jiān)測系統(tǒng)對工作面采空區(qū)和上隅角監(jiān)測點氣體進行監(jiān)測，并取樣分析監(jiān)測點處CO、H2、CH4、C2H2等指標氣體的種類及濃度變化，及時掌握采空區(qū)氣體變化情況，為采取防滅火措施提供第一手資料。

3.2 堵漏風措施

1) 對掘進期間揭露的老巷道及采空區(qū)進行分析，分析揭露的巷道間及巷道與采空區(qū)間的連通關系，并針對有連通的漏風巷道及采空區(qū)，采用灌漿、噴漿進行封堵，并加強對工作面漏風隱患的巡查、檢測，及時發(fā)現(xiàn)及時堵漏。

2) 回采期間，在上、下隅角進行掛風簾堵風，減小采空區(qū)漏風。

3.3 預防性注氮技術

1) 注氮系統(tǒng)。

井下安設一臺DMJ-1000/1型井下移動式制氮裝置，配套空壓機功率2×185 kW，額定工作電壓1 140 V，50 HZ，制氮能力1 000 m3/h，制氮純度不低于97%，制氮機氮氣出口壓力不小于0.85 MPa. 考慮到氮氣比空氣略輕，故將4英寸專用無縫注氮鋼管沿工作面進風側埋入采空區(qū)內(nèi)。采用替步埋管的注氮工藝向采空區(qū)注氮，采空區(qū)內(nèi)埋管注氮距離20～40 m，注氮管口前3 m打花眼，當管路埋入采空區(qū)20 m后開始注氮。注氮方式采用開放式連續(xù)性注氮，以稀釋采空區(qū)內(nèi)氣體的氧氣濃度，惰化采空區(qū)氣體環(huán)境，防止浮煤氧化自燃。

2) 注氮效果。

衡量注氮防火是否達到效果，往往通過采空區(qū)預埋束管，抽氣樣分析。如果注入流量為1 000 m3/h，濃度97%以上的氮氣后，采空區(qū)氧濃度降到7%以下，表明采空區(qū)氣體環(huán)境已被惰化。

3.4 阻化劑防滅火系統(tǒng)

薛虎溝煤業(yè)BH-40/2.5型井下移動式阻化劑防滅火系統(tǒng)主要由阻化劑溶液箱、BH-40/2.5型噴射泵、過濾器、高壓軟管及噴槍組成，該系統(tǒng)體積小，重量輕，運輸攜帶方便，安設在2-103工作面的進風巷道中。阻化劑材料采用氯化鈣，其水溶液的濃度為15%，噴灑重點為工作面上下隅角、開切眼、停采線等重點危險區(qū)域。噴灑阻化劑時，一臺泵配一支噴槍，由專人手持噴槍向采空區(qū)一側浮煤進行噴灑，噴灑工作在采煤班移架放頂前進行，從后溜機頭向機尾沿支架間隙向采空區(qū)噴灑，一次噴灑寬度為工作面一個循環(huán)進尺0.8 m，噴灑要保證全面濕潤煤體，以達到延長自然發(fā)火期防火的作用。

3.5 其他措施

加強通風管理，定期對2-103工作面進行測風，保證巷道有效通風斷面，減小工作面通風阻力，保持工作面風量的穩(wěn)定。

4 效果分析

1) 通過在掘進回采期間采取堵漏風措施，有效減少了漏風通道，在回采期間自上下隅角吊掛擋風簾，有效減少了采空區(qū)漏風量，降低了煤的自然發(fā)火。

2) 采用人工循環(huán)監(jiān)測與束管監(jiān)測相結合的方法，實現(xiàn)了對難以進行氣體檢測的重點隱患區(qū)進行監(jiān)測，為早期發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火危險提供基礎。

3) 通過采取預防性注氮、噴灑阻化劑等防滅火措施，使采空區(qū)氧化帶范圍內(nèi)氧濃度保持在7%以下，有效預防了2-103工作面采空區(qū)遺煤的自燃。并在工作面回采期間取得工作面CO氣體濃度沒有一次超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的良好效果。

復采煤層防滅火工作體系是相對復雜的工程，必需采取預防為主，綜合治理的技術理念，才能保障礦井的安全生產(chǎn)。通過分析薛虎溝2-103復采綜放工作面煤層賦存特點及煤層自燃影響因素，采取上述綜合性的煤炭自燃火災預防措施，有效預防了工作面煤炭自然發(fā)火，確保了工作面的安全回采，為后序復采煤層回采防滅火工作積累了一定的經(jīng)驗。

[1] 鄧 軍，馬 威，張辛亥，等.復采工作面采空區(qū)浮煤自燃火災的治理[J].煤炭科學技術,2010,38(2):43-45.

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[3] 金江濤，譚啟明，丁福龍.復采工作面自然發(fā)火的防治技術[J].煤礦安全,2006,13(7):31-32.

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Comprehensive Fire Prevention and Control Technology of Coal Spontaneous Combustion in Remining Working Face

ZHU Rongyu, DU Jiayou, MA Yunpeng

Xuehugou coal mine used to be operated by some private entity, due to random mining and the lack of specific geological data, the current No.2-103 mining face which is just under the former mining area faces the hidden risk of fire and spontaneous combustion. The paper analyzes the factors of spontaneous combustion with combination of the emerged problems, comprehensive fire prevention measures are adopted, namely, air leaking stoppage, forecasting, preventive nitrogen injection and resistance agent spraying, so to guarantee the safety during remining in the No.2-103 work face, the experience is of reference for similar cases.

Small coal mine; Remining; Fully mechanized caving face; Comprehensive fire prevention

2016-12-21

朱榮譽(1989—),男,河南人,2014年畢業(yè)于河南理工大學,助理工程師,主要從事煤礦安全生產(chǎn)方面的技術工作

(E-mail)zhuryts@163.com

TD75

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1672-0652(2017)02-0044-03