復(fù)采礦井復(fù)雜采空區(qū)自然發(fā)火治理研究

蘇科舜

(開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司,河北省唐山市,063018)

?

復(fù)采礦井復(fù)雜采空區(qū)自然發(fā)火治理研究

蘇科舜

(開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司,河北省唐山市,063018)

受9s煤層2390復(fù)采工作面采動(dòng)的影響，荊各莊礦12s煤層2320采空區(qū)出現(xiàn)了煤炭自燃現(xiàn)象。針對(duì)復(fù)雜的采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，首先在回風(fēng)側(cè)進(jìn)行了漏風(fēng)封堵，同時(shí)分析了采空區(qū)自然發(fā)火的原因，確定了3個(gè)可能的漏風(fēng)通道。通過(guò)采取封堵漏風(fēng)、注漿加固、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)等措施，2320采空區(qū)自然發(fā)火得到了有效治理。

采空區(qū) 漏風(fēng) 自然發(fā)火 封堵漏風(fēng) 注漿加固 調(diào)整通風(fēng)

1 2320采區(qū)概況

荊各莊礦2320采區(qū)位于礦井東翼二水平12s煤層，該區(qū)域在12-1s、12-2s煤層共布置6個(gè)工作面，其中2323B、2325B工作面開(kāi)采12-1s煤層，2323D、2325D、2321D和2322D工作面開(kāi)采12-2s煤層，回采時(shí)間為2004-2007年，回采期間工作面均無(wú)自然發(fā)火。2320采區(qū)回采結(jié)束后進(jìn)行了永久封閉，目前其采區(qū)兩條上山一條用作輔助運(yùn)輸巷，一條作為候車行人巷。

由于近幾年荊各莊礦對(duì)邊角余煤進(jìn)行挖潛開(kāi)采，致使該區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，采空區(qū)與采空區(qū)、東翼與南翼、巷道與采空區(qū)之間相互連通，存在多處漏風(fēng)通道。挖潛工作主要集中在9s煤層，12s煤層與9s煤層層間距為50 m。2320采區(qū)煤柱受到了9s煤層2390工作面回采壓力影響，采區(qū)兩條上山變形較大。

荊各莊礦12s煤層屬于自然發(fā)火煤層，自然發(fā)火期為8～11個(gè)月。日常生產(chǎn)過(guò)程中每7 d對(duì)密閉檢查一次，異常重點(diǎn)密閉每周檢查兩次，進(jìn)行氣體分析。根據(jù)需要及時(shí)測(cè)定密閉內(nèi)外壓差變化，調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，降低區(qū)域之間壓差，達(dá)到減少漏風(fēng)的目的，該區(qū)域無(wú)自然發(fā)火記錄。

2 2320采區(qū)自然發(fā)火發(fā)現(xiàn)及治理

2320采區(qū)由于受到上覆2390工作面的采動(dòng)影響，2013年10月7日，2323B、2323D回風(fēng)巷道密閉外抬棚兩側(cè)均發(fā)生了不同程度的冒頂，冒頂高度8～10 m，隨后對(duì)該處進(jìn)行架設(shè)木垛接頂、噴漿及充填處理。

2013年11月15日，2323D密閉前抬棚對(duì)側(cè)出現(xiàn)CO，上探1.3 m CO濃度為0.02%～0.03%，回風(fēng)流內(nèi)CO濃度為0.0002%，無(wú)異味。隨后對(duì)該抬棚另一側(cè)，2323D回風(fēng)巷道、運(yùn)輸巷道，2323B回風(fēng)巷道、運(yùn)輸巷道密閉內(nèi)進(jìn)行了摸查，均未發(fā)現(xiàn)CO。2323區(qū)域發(fā)火地點(diǎn)如圖1所示。

圖1 2323區(qū)域發(fā)火地點(diǎn)示意圖

2.1 現(xiàn)場(chǎng)排查與分析

由于2323D回風(fēng)巷道密閉抬棚對(duì)側(cè)發(fā)現(xiàn)CO處有一廢棄擋風(fēng)墻，而抬棚其他地點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)CO，拆除擋風(fēng)墻后，發(fā)現(xiàn)此處頂板均為巖層，不存在自然發(fā)火的可能。由于該巷道歷經(jīng)多次受壓變形、套修，抬棚上頂存在與2323B采空區(qū)、2323D采空區(qū)、上覆9s煤層連通漏風(fēng)的可能，因此不能準(zhǔn)確判斷自然發(fā)火點(diǎn)位置。

由于該區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)系復(fù)雜，通過(guò)對(duì)采掘工程圖分析，判斷存在3處可能的漏風(fēng)通道，即2390采空區(qū)、2390泄水巷和2323D采空區(qū)。

2.2 治理原則

該區(qū)域是系統(tǒng)復(fù)雜的老空區(qū)，不易找出發(fā)火根源。為了避免隱患進(jìn)一步擴(kuò)大、影響生產(chǎn)，首先在回風(fēng)側(cè)封堵漏風(fēng)，控制隱患發(fā)展，同時(shí)分析隱患原因，采取措施進(jìn)行治理。為了盡快消滅隱患，分兩步同時(shí)進(jìn)行治理：一是在回風(fēng)側(cè)(2323D回風(fēng)巷道密閉所在巷道)封堵漏風(fēng)，減小或杜絕漏風(fēng)通道，達(dá)到控制消除隱患的目的；二是對(duì)3處疑似發(fā)火點(diǎn)采取措施逐一排查確認(rèn)。

2.3 治理措施

(1)現(xiàn)場(chǎng)專人盯守檢查。每班都安排火檢工現(xiàn)場(chǎng)專盯，負(fù)責(zé)檢查2323B回風(fēng)巷道、運(yùn)輸巷道、2323D回風(fēng)巷道、運(yùn)輸巷道、2323B回風(fēng)巷道抬棚、2323D回風(fēng)巷道抬棚等10個(gè)地點(diǎn)，每班取氣樣3個(gè)，指定專人統(tǒng)計(jì)分析，繪制氣體變化曲線圖。同時(shí)安排人員對(duì)與2320區(qū)域相關(guān)聯(lián)的巷道、密閉進(jìn)行一次全面排查，確認(rèn)無(wú)其他隱患。

(2)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。為了能實(shí)時(shí)監(jiān)控2320候車行人巷CO氣體濃度，保證該區(qū)域施工、行人安全，在2323D回風(fēng)巷道密閉下風(fēng)側(cè)10 m安裝CO傳感器，并與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

(3)制定應(yīng)急預(yù)案。針對(duì)在治理自燃過(guò)程中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，制定了《2320區(qū)域自然發(fā)火應(yīng)急預(yù)案》，并對(duì)檢查監(jiān)控、區(qū)域封閉、材料備件等內(nèi)容進(jìn)行了明確規(guī)定。

(4)由于2323D回風(fēng)巷道密閉抬棚處是最初發(fā)現(xiàn)CO氣體的地點(diǎn)，此處發(fā)生過(guò)冒頂，上頂均為巖層，不存在抬棚上頂煤層自燃的可能性，因此，判斷此處CO應(yīng)是隨漏風(fēng)竄過(guò)來(lái)的。為了封堵漏風(fēng)通道，在2323B、2323D回風(fēng)巷道兩個(gè)抬棚埋設(shè)4分管3個(gè)，每個(gè)深7 m，累計(jì)灌注羅克休12 t。

在灌注羅克休期間，距灌注點(diǎn)7 m遠(yuǎn)的2323D回風(fēng)巷道密閉上頂涌出了羅克休，說(shuō)明抬棚與密閉內(nèi)已冒通。同時(shí)抬棚處CO濃度逐漸減小至0.005%以下，而2323D回風(fēng)巷道密閉內(nèi)CO濃度逐漸增大至0.03%。

(5)翻修2323D回風(fēng)巷道密閉。2323D回風(fēng)巷道密閉內(nèi)出現(xiàn)CO后，對(duì)2323D回風(fēng)巷道密閉外上頂進(jìn)行了清理插背，并在原密閉外重新加修一道500 mm厚密閉。新密閉完成后，向2323D回風(fēng)巷道密閉內(nèi)注6 t發(fā)泡水泥，注完發(fā)泡水泥后，2323D回風(fēng)巷道密閉向外涌出的CO量減少，2323D運(yùn)輸巷道密閉出現(xiàn)濃度為0.01%的CO，2320回風(fēng)流CO濃度穩(wěn)定在0.0003%。

(6)加固治理2323D運(yùn)輸巷道密閉。對(duì)2323D運(yùn)輸巷道密閉外上頂進(jìn)行了清理插背，在原密閉外加修一道500 mm厚密閉，向2323D運(yùn)輸巷道密閉內(nèi)注發(fā)泡水泥11 t，兩道密閉間充填羅克休2 t。

采取上述措施后，2323D回風(fēng)巷道密閉抬棚處開(kāi)始多處涌出CO，密閉內(nèi)CO濃度開(kāi)始逐步增大至0.1%。說(shuō)明主要漏風(fēng)通道被封堵后，CO通過(guò)煤體裂隙開(kāi)始滲透。因此決定對(duì)2323D、2323B回風(fēng)巷道密閉附近50 m巷道噴漿，封堵漏風(fēng)。

經(jīng)過(guò)采取一系列措施治理后，自然發(fā)火基本得到控制，雖然2323D回風(fēng)巷道、運(yùn)輸巷道密閉內(nèi)CO濃度下降緩慢，但是2320候車行人巷回風(fēng)流CO消失，2323B回風(fēng)巷道、運(yùn)輸巷道密閉未發(fā)現(xiàn)CO。

3 自然發(fā)火點(diǎn)排查分析

隨著各種措施的實(shí)施以及相應(yīng)數(shù)據(jù)的變化，經(jīng)過(guò)不斷的分析排查，基本確定了3個(gè)可能的發(fā)火地點(diǎn)，即2390泄水巷、2390采空區(qū)和2323D停采線。

3.1 2390泄水巷

2390泄水巷可能存在的漏風(fēng)通道為：2390運(yùn)輸巷道180 m處→2390老泄水巷→1148泄水巷→2323D回風(fēng)巷道→2323D回風(fēng)巷道密閉。對(duì)該處可能的漏風(fēng)通道采取了如下措施：

(1)在2390運(yùn)輸巷道180 m處向2390老泄水巷施工鉆孔，直接查找發(fā)火點(diǎn)，鉆孔內(nèi)未發(fā)現(xiàn)CO及高溫點(diǎn)。

(2)1148泄水巷密閉注漿，封堵1148泄水巷與2323D回風(fēng)巷道的漏風(fēng)點(diǎn)。1148密閉注漿完成后，2323D回風(fēng)巷道密閉內(nèi)漏風(fēng)及CO無(wú)明顯變化。

3.2 2390切眼附近采空區(qū)

2390切眼附近采空區(qū)可能存在的漏風(fēng)通道：1148大巷→1134斜井→2390切眼附近采空區(qū)→2323D回風(fēng)巷道抬棚冒高點(diǎn)→2323D回風(fēng)巷道密閉。為判斷該通道是否漏風(fēng)，采取了如下措施：

(1)調(diào)整系統(tǒng)，修建Z型風(fēng)門，將1134密閉調(diào)整到2320回風(fēng)側(cè)，杜絕1134斜井向2390采空區(qū)漏風(fēng)的可能性。

(2)使用四氯化氟示蹤氣體測(cè)定漏風(fēng)通道。2323D回風(fēng)巷道密閉附近未接收到四氯化氟氣體，表明該處不存在漏風(fēng)通道。

3.3 2323D停采線上半部

排除了前兩個(gè)可能的漏風(fēng)通道后，剩下的漏風(fēng)通道為：2321邊眼密閉→2323B探巷→2323B回風(fēng)巷道→2323D回風(fēng)巷道→2323D回風(fēng)巷道密閉。對(duì)此漏風(fēng)通道采取了如下措施：

(1)2321邊眼密閉外加修500 mm厚的密閉，密閉間注羅克休1 t，封堵密閉漏風(fēng)。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1148大巷巖體裂隙發(fā)育，存在向2321邊眼的漏風(fēng)。

(2)調(diào)整系統(tǒng)，改變1148大巷風(fēng)門位置，將2321邊眼密閉調(diào)整到回風(fēng)側(cè)。風(fēng)門調(diào)整前后示意圖如圖2所示。

(3)向疑似發(fā)火點(diǎn)施工2個(gè)直徑為108 mm的注漿鉆孔。隨后在2321邊眼施工鉆孔4個(gè)，向2321邊眼注漿，封堵向2323D采空區(qū)漏風(fēng)的通道。6個(gè)鉆孔長(zhǎng)度總和超過(guò)170 m，累計(jì)注漿2200 m3。為防止注漿過(guò)程中出現(xiàn)密閉潰漿事故，對(duì)附近密閉修建護(hù)坡。2323D采空區(qū)施工鉆孔注漿后，CO消失。

圖2 風(fēng)門調(diào)整前、后示意圖

4 結(jié)論

(1)2320老空區(qū)存在漏風(fēng)通道，受2390工作面復(fù)采采動(dòng)影響，采空區(qū)漏風(fēng)加大，導(dǎo)致2323D停采線上部存在自然發(fā)火隱患。通過(guò)采取多種措施，消除了火災(zāi)隱患，保證了礦井生產(chǎn)安全。

(2)隨著復(fù)采工作的進(jìn)行，礦井防滅火工作出現(xiàn)了新的特點(diǎn)：防滅火重點(diǎn)由原來(lái)的采空區(qū)、煤巷高冒區(qū)轉(zhuǎn)變到以老采空區(qū)、回撤封閉巷道為主；12s煤層采空區(qū)殘煤經(jīng)過(guò)多年的風(fēng)化變質(zhì)，自燃特性發(fā)生了明顯變化，這些變化在今后的生產(chǎn)中應(yīng)引起高度的重視。

[1] 王德明.礦井火災(zāi)學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008

[2] 余明高,魯來(lái)祥,常緒華等.煤巷高冒區(qū)遺煤自燃數(shù)值模擬分析[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2009(6)

[3] 王玉懷，索航，余博等.自燃厚煤層煤巷高冒區(qū)充填防滅火膠體研究及其應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭，2016(4)

[4] 姜進(jìn)軍，王偉，王剛等.補(bǔ)連塔煤礦22306工作面防滅火技術(shù)[J].煤礦安全，2014(5)

[5] 郭興明，惠世恩，阮國(guó)強(qiáng).運(yùn)用綜合防滅火技術(shù)撲滅煤層巷道火災(zāi)[J].煤礦安全，2000(10)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Study on spontaneous fire prevention of complex gob in re-exploited mines

Su Keshun

(Kailuan (Group) Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063018, China)

Affected by mining of 2390 re-exploited work face in 9s coal seam of Jinggezhuang Mine, spontaneous fire occurred at 2320 work face in 12s coal seam. Aiming at the complex ventilation system of mining panel, undertaking sealing and blocking for air leakage at air return side, this paper analyzed the causes of spontaneous fire at gob and determined three potential air leakage channels. The spontaneous fire in 2320 gob was effectively controlled by sealing and blocking, grouting reinforcement, adjusting ventilation system.

gob, air leakage, spontaneous fire, sealing and blocking, grouting reinforcement, ventilation adjustment

蘇科舜. 復(fù)采礦井復(fù)雜采空區(qū)自然發(fā)火治理研究[J].中國(guó)煤炭，2017,43(6)：120-122. Su Keshun. Study on spontaneous fire prevention of complex gob in re-exploited mines[J]. China Coal, 2017，43(6):120-122.

TD753

A

蘇科舜(1967-)，男，河北承德人，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)在開(kāi)灤( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司從事技術(shù)管理工作。