淺談2152綜采工作面綜合防火技術(shù)

[摘 要]隨著開采深度的增加，火災(zāi)始終是威脅礦井安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一。恒大公司開采的孫家灣煤層、太上煤層、太下煤層經(jīng)鑒定均屬于一類容易自然煤層，防治自然發(fā)火是擺在我們面前的主要課題。因此，為有效防治自然發(fā)火，杜絕火災(zāi)事故，現(xiàn)以2152綜采面為例，介紹一下恒大煤業(yè)公司綜采面開采自燃煤層的綜合防火技術(shù)。

中圖分類號：TD75 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）20-0055-02

第一節(jié) 防治自然發(fā)火系統(tǒng)說明

一、灌漿系統(tǒng)

1、125材料道2#新立眼→125材料道→2152回順。2、125材料道2#新立眼→125材料道→2152運順。

二、注氮系統(tǒng)：

1、地面柱區(qū)氮機站DM-500制氮機（8臺）→注區(qū)Φ159mm立眼→北翼皮帶大巷→2132總回風(fēng)道→-650材料大巷→125材料道→2152運順尾巷

2、地面柱區(qū)氮機站DM-500制氮機（8臺）→注區(qū)Φ159mm立眼→北翼皮帶大巷→2132總回風(fēng)道→-650材料大巷→125材料道→2152回順非常門。

三、清水系統(tǒng)：

1、地面選煤廠水源通過副井Φ273清水管路→-650大巷→-650南翼大巷→125材料道→2152運順→2152工作面。

2、地面選煤廠水源通過副井Φ273清水管路→-650大巷→125材料道→2152回順→2152工作面。

四、防火非常門設(shè)置：

1、在2152回順（回風(fēng)道岔口以上5～15米處），設(shè)置永久防火非常門兩道（間距不小于5米）。

2、在2152運順（125采區(qū)皮帶道岔口以里5～15米處），設(shè)置永久防火非常門兩道（間距不小于5米）。

五、束管監(jiān)測系統(tǒng)：

1、管路為12芯（16芯備用）束管，管路由地面化驗室→副井井筒→-650井底大巷→北翼皮帶大巷→125采區(qū)皮帶道→125采區(qū)材料道→2152回順→2152工作面及瓦斯道束管采樣器。（束管采樣器位置為：自工作面由上而下的順序為：上隅角、120號支架、80號支架、40號支架、下隅角，共計5束）。

2、地面設(shè)有泵房和化驗室，利用泵房內(nèi)的真空泵作為動力，通過束管管路將采煤工作面老塘內(nèi)氣體抽出，送入到A4085、A5085色譜儀化驗，分析各種氣體濃度變化情況。

3、根據(jù)老塘內(nèi) “氧化帶”分布步距和范圍，及時埋設(shè)注氮高頂管，對氧化帶注氮防火。

“三帶”劃分標準

（1）“三帶”的劃分：

冷卻帶：氧氣含量為17-20%、氧化帶：氧氣含量為7-17%、窒息帶：氧氣含量為7%以下

（2）根據(jù)老塘內(nèi) “氧化帶”分布步距和范圍，及時埋設(shè)運順尾巷注氮高頂管，對氧化帶注氮防火。

4、一氧化碳傳感器和溫度傳感器：在2151回順（非常門口里側(cè)5米處）設(shè)一臺溫度傳感器和一臺一氧化碳傳感器。

第二節(jié) 采煤工作面防治自然發(fā)火

一、防火管理

2152綜采工作面采空區(qū)防火采用以注氮和工作面上、下尾巷壘絲袋閉為主，尾巷注砂段堵漏，老塘預(yù)埋管灌漿為輔的防火方法。注氮可添加三項泡沫，兩順煤體松動圈打鉆注水、噴灑阻化劑，工作面合理配風(fēng)，調(diào)控瓦斯抽采量等綜合防治自然發(fā)火方法。

（一）、工作面初期防火

由生產(chǎn)科負責(zé)安排隊伍在2152開切眼副幫、頂板施工防火鉆孔，鉆孔深度5米，呈“三花眼”布置，通風(fēng)隊設(shè)置專人負責(zé)使用6分乙烯管和馬麗散封孔；防沖隊負責(zé)向鉆孔注阻化劑和水，在工作面開采前，將切眼副幫及頂板鉆孔注透，達到飽和，底板噴灑阻化劑。

（二）、開采期間的防火管理

2152綜采工作面采用以注氮防火為主，工作面上、下尾巷壘絲袋閉，由于工作面為俯采面，且落差較大給尾巷注砂段堵漏和老塘預(yù)防性防火灌漿帶來一定困難，所以尾巷壘絲袋閉時應(yīng)夾彩條布并注意施工質(zhì)量。兩順煤體松動圈打鉆連續(xù)注水、注阻化劑，工作面合理配風(fēng)，調(diào)控瓦斯抽采量等綜合防治自然發(fā)火的措施。

二、采空區(qū)注氮氣量計算

1、采空區(qū)合理防火注氮流量

（1）按產(chǎn)量計算

其實質(zhì)就是向采空區(qū)注入一定流量的氮氣，惰化采煤所形成的空間，使氧氣濃度降低到防火惰化指標以下，所需要的注氮流量按下式計算：

QN=〔（A×K）÷（24×р×N1×N2×t）〕×（C1÷C2-1）

=〔（2325.6×1.3）÷（24×1.36×0.9×0.7×1）〕×（0.208÷0.07-1）

=〔3023÷20.6〕×1.97

=289（m3/h）

式中 QN--注氮流量m3/h。

A --平均日產(chǎn)量， 2325.6噸/天；

ρ--煤的密度。t/m3，取1.36t/m3；

N1 --管路輸?shù)?.9；

N2 --采空區(qū)注氮效率，一般為0.3-0.7。取0.7；

C1 --空氣中氧含量，取為20.8%；

C2--采空區(qū)防火惰化指標，規(guī)程定為7%；

K--備用系數(shù)，一般1.3～1.5，取1.3。

t--工作日。取1；

（2）按噸煤注氮量計算

根據(jù)國內(nèi)外氮氣防火經(jīng)驗，噸煤需5m3注氮量計算：

Qr =5Ak÷24=（5×2325.6×0.95）÷24=460（m3/h）

式中：QN--注氮流量 m3/h；

A--工作面最大產(chǎn)量，2325.6噸/天；

k--工作面回采率，95%

5--根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，每產(chǎn)1t煤，所需防火注氮流量為5m3；

（3）按采空區(qū)氧化帶內(nèi)的氧氣濃度計算

將采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧濃度降到防滅火惰化指標以下。

QN=60×QV×k×【（C1-C2）/（CN+C2-1） 】

=60×980/100×1.2×【（12%-7%）/（97%+7%-1） 】

=882（m3/h）

式中：QN--注氮氣流量m3/h；

QV--采空區(qū)氧化帶的漏風(fēng)量m3/min，Q/100，現(xiàn)取9.8m3/min；

C1--采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧濃度，7%～17%，取12% ；

C2--氮氣防火惰化指標，可取7%；

CN--注入氮氣中的氮氣濃度，97%；

K--備用系數(shù)，取1.2

取三種計算的最大值，工作面防火所需注氮量為882m3/h。

地面氮氣站共有DM-500制氮機8臺，額定制氮量4000m3/h。實際制氮量2500m3/h，注氮能力滿足生產(chǎn)要求。

2、采空區(qū)注氮方式

采空區(qū)注氮防火采用下隅角老塘開式埋管注氮防火，每間隔15米埋設(shè)一趟Ф108mm鋼管，鋼管接設(shè)好頂帽，用彎頭及短管挑到下隅角高頂處或頂板最高處，每一趟氮氣高頂埋入老塘10米后開始對該趟高頂注氮，并重新預(yù)埋下一趟高頂，注氮高頂管及注氮工作如此循環(huán)進行，保證高頂管注氮氣距離在10m～30m之間。抽采隊負責(zé)每天對管路進行檢查及每周進行流量測量。

三、采空區(qū)堵漏

采空區(qū)的主要漏風(fēng)通道有兩條，分別為運順尾巷和回順尾巷。所以兩順尾巷堵漏對采空區(qū)防火至關(guān)重要，根據(jù)各采面防火經(jīng)驗，加強兩順尾巷的堵漏能夠切實降低采空區(qū)氧含量，堵漏方法為：

1、兩順尾巷強制放頂

加強兩順尾巷強制放頂工作，在工作面移架前，提前將錨網(wǎng)支護處的網(wǎng)剪斷，將錨桿的螺帽及金屬梁卸掉，讓頂部碎煤掉下，堵塞兩順尾巷漏風(fēng)通道，當兩順尾巷頂板不能冒下來時，預(yù)裂法強制放頂。

2、兩順尾巷砌筑絲袋閉

兩順尾巷每推進2.4m各砌絲袋閉一道，砌絲袋閉時使用彩條布折疊壘砌，巷道周邊必須破網(wǎng)，將絲袋閉砌好后塞嚴塞實。如絲袋閉出現(xiàn)破損立即重新砌好。

砌筑絲袋閉的方法：

1）上尾巷在工作面上端頭支架至回順上幫之間砌絲袋閉，下尾巷在工作面下端頭支架至運順下幫之間砌絲袋閉。絲袋閉緊貼尾梁設(shè)置，底板要將浮貨出凈、找平，絲袋閉厚度不得小于0.8m，要砌平、砌直。

2）裝入絲袋內(nèi)的煤粉及矸粉要盡量為碎貨，塊的直徑不得大于20mm，裝貨量不得超過絲袋裝貨量1/2（根據(jù)現(xiàn)場實際情況可適量減?。?。

3）砌絲袋閉時，運、回順尾巷幫、頂錨桿的托盤全部卸下，將砌閉位置幫頂金屬網(wǎng)剪開、摘除，在絲袋閉砌至接頂處，要用草袋子等將頂板及上幫的縫隙塞嚴、塞實，保證絲袋閉的施工質(zhì)量。

四、工作面上、下隅角插針注水、灑水

工作面上、下隅角破碎煤體、頂板浮煤要經(jīng)常灑水保持濕潤，絲袋子閉內(nèi)及上三角處架間破碎煤體根據(jù)現(xiàn)場情況循環(huán)插針注水。

五、兩順松動圈防火

1、對兩順巷道頂板及兩幫打注水孔，頂眼每隔5米打一排，每排兩個，孔深5米；幫眼呈三花眼布置，孔深3米，上排距頂板往下0.8米，與煤幫打仰角呈70°，下排孔距底板往上1.5米，垂直于煤幫布孔，重點觀測溫度及一氧化碳情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時對該孔及附近觀測孔加強檢查及時注水。

2、對兩順各注水孔注水工作循環(huán)進行，每班必須有專人進行注水，每孔注水達到周邊煤體濕潤無高溫，如觀測孔出現(xiàn)異常，加強對該孔及附近觀測孔注水。

3、對兩順壓力顯現(xiàn)區(qū)域及頂板松動圈注水工作列為重點，確保超巷道兩幫及頂板煤體全部濕潤，如有空白區(qū)立即向礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)反映，及時補打注水孔進行注水。

4、如因巷道壓力大進行翻棚工作時，對翻棚段必須補打觀測孔，補打觀測孔要求與打注水孔要求相同，打孔后及時進行注水及檢查。

六、老塘埋管灌漿

隨著工作面推進，每隔15米，在上下隅角各下一個高頂管，高頂管下好后，由采煤一隊打好保護木垛。兩順老塘始終保持2～3趟埋管，定期對埋入老塘高頂管進行預(yù)防性灌漿，高頂管埋入45米后報廢。根據(jù)工作面老塘溫度和一氧化碳濃度的變化情況，調(diào)整灌漿量，灌漿量及灌漿時間要根據(jù)現(xiàn)場情況定，必要時應(yīng)進行尾巷注砂封閉。

1、灌漿倍線的計算：N=L÷H

N------輸送倍線；

L------進漿管口至灌漿地點的距離，米（L=2555米）；

H------進漿管口至灌漿地點的垂高，米（H=850米）。

則，N=L÷H=2555÷850=3.0<7，符合規(guī)定。

2、按采空區(qū)灌漿計算所需砂量和所需水量：

（1）灌漿所需土量

Q=KMLHC=0.003×2.0×200×15×95%=17.1m3

式中：Q-灌漿所需土量（m3）；

L-灌漿區(qū)走向長度200（m），

H1-灌漿區(qū)走向長度15m；

M-煤層采高（m），2.0m；

C-采煤回收率（%），95%；

K-灌漿系數(shù)，為灌漿材料的固體體積與所需灌漿的采空區(qū)容積之比，該系數(shù)取3‰。

每管灌漿的實際開土量：Q2=aQ1=1.1×17.1=18.81m3

式中：Q2-每管灌漿所需實際開土量（m3）；a-取土系數(shù)，一般取1.1。

總計下高頂數(shù)

可采走向500m，埋管距離15m，總計下高頂數(shù)500÷15=33.3個，取34個：總計用土量34×18.81=639.54m3

（2）制泥漿用水量

每管制泥漿用水量：Q水=K水Q土S=1.1×18.81×4=82.76m3

式中：Q水-每管灌漿用水量（m3）；

K水-用于沖洗管路防止堵塞的水量備用系數(shù)，一般取1.1；

S-泥水比的倒數(shù)，泥水比根據(jù)所要求的泥漿濃度選取，一般1：4。

總計灌漿用水量82.76×34=2831.9m3。

（3）注漿時間計算

按地面消火泵每小時供水90m3計算，總計灌漿時間2831.9÷90=31.2小時。

2152采煤工作面為俯采面，運順需要設(shè)置一條排水溝至125材料道水窩子，在水窩子安設(shè)4臺大功率排水泵（兩使兩備），單臺水泵每小時排水量100m3，排水能力200m3/h>90m3/h，排水能力滿足要求。

第三節(jié) 外圍巷道防治自燃發(fā)火方法

瓦檢員使用紅外線溫度檢測儀、檢測束管等器具，每班對2151兩順及外圍煤巷、高頂、松動圈、防火孔、相關(guān)密閉內(nèi)CH4、CO、CO2、溫度進行檢測，觀測壓差計讀數(shù)。發(fā)現(xiàn)溫度升高的地點采用灑水降溫、打鉆孔連續(xù)注水、閉內(nèi)注氮等方法消除隱患。

第四節(jié) 防火非常門設(shè)置

1、兩道非常門間距要大于5米，永久非常門位置要位于距封閉后全負壓匯和處不大于15米。非常門要保證非常門從開采到撤除期間完好無損，如需翻設(shè)必須先增設(shè)臨時非常門后方準施工，并要保證永久非常門在三天內(nèi)完工。

2、非常門封閉所需的水泥、黃土等非常材料嚴禁缺失，非常門扇大小要合適，既能封閉全斷面又利于施工、方便操作。在有非常門扇基礎(chǔ)上，非常門門框上方增設(shè)防火簾，達到能快速封閉的目的。

3、非常門位置要合理，在采煤工作面設(shè)計中要考慮圍巖狀態(tài)，加強非常門位置支護；非常門位置要避開皮帶運輸機機頭、雙軌道及串車設(shè)備，運輸順槽非常門位置有皮帶等運輸設(shè)備無法避開時，要有快速拆解措施及裝置，非常門處備有切割皮帶工具。生產(chǎn)期間不得停放車輛等材料設(shè)備；即將采終的工作面串車不許影響封閉。

4、非常門垛要用料石或混凝土砌筑，厚度不小于1米，門垛通過管線要有保護措施，門口內(nèi)不準有管線通過。

5、非常門垛上除正常生產(chǎn)時期使用的管線外，還要增設(shè)為封閉工作面而使用的注氮管、束管等。注氮管路采用鋼管連接至在封閉后全負壓側(cè)，并通過閥門與主干管路連接；束管引到封閉后全負壓側(cè)，并具備與地面束管監(jiān)測系統(tǒng)快速連接的條件。注氮管路、監(jiān)測束管要有明顯標識，并在束管處備用壓差計。非常門垛外要安設(shè)專用電話，通風(fēng)員每班進行通話實驗，如發(fā)現(xiàn)問題及時匯報礦調(diào)度，通訊隊及時維修，確保通訊暢通

第五節(jié) 束管監(jiān)測系統(tǒng)管理

一、監(jiān)測束管的布置：

1、為及時準確地掌握老塘氣體成份變化情況，準確地劃分老塘三帶情況。開采前，在切眼埋設(shè)束管采樣器，經(jīng)2151回順引出，與125區(qū)材料道主干管路匯接，進行采樣化驗分析，進入窒息帶10米后報廢。隨工作面推進，工作面每推進40米重新埋設(shè)束管采樣器，銜接連續(xù)化驗，隨時掌握氣體變化情況。

2、埋設(shè)束管采樣器時采樣器要戴好保護罩，回順束管用2寸鐵管作為保護套皮，工作面束管采用Φ38mm或Φ32mm高壓膠管作為保護套皮，防止壓壞采樣器及束管。通風(fēng)隊派專人及時對束管管路巡檢，發(fā)現(xiàn)問題立即匯報并處理，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、可靠，每天監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果要及時上報相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審閱。

結(jié)束語

2152綜采工作面采用了高位瓦斯抽采道的方法處理瓦斯。這就對防火工作帶來了很大的壓力，防火工作異常的困難。尤其是停采前，工作面推進速度緩慢，防火工作的壓力可想而知。但是通過采取以上綜合防火措施，在此期間工作面并沒有出現(xiàn)嚴重的自燃發(fā)火現(xiàn)象，保證了工作面的安全生產(chǎn)，這就說明了上述的綜合防火措施是行之有效的保證防治自然發(fā)火的綜合技術(shù)手段。

作者簡介

段樹青（1969.02.13—），男，滿族，籍貫，遼寧省義縣，1991年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程系礦山通風(fēng)與安全專業(yè)?，F(xiàn)任阜新礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司恒大煤業(yè)有限責(zé)任公司副經(jīng)理，職稱：通風(fēng)高級工程師；研究方向：礦井通風(fēng)與安全。曾參與過集團公司多個礦井的通風(fēng)系統(tǒng)改造工作。