察哈素煤礦31303工作面煤礦破碎煤柱高溫區(qū)域治理實(shí)踐

芮國(guó)相，張金山，席小斌

(1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙 包頭 014010；2. 國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司 察哈素煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

察哈素煤礦31303工作面煤礦破碎煤柱高溫區(qū)域治理實(shí)踐

芮國(guó)相1，張金山1，席小斌2

(1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙 包頭 014010；2. 國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司 察哈素煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

察哈素煤礦31303工作面回采期間，受相鄰工作面開(kāi)采礦山壓力的影響，輔助回風(fēng)順槽煤柱變形破碎、產(chǎn)生漏風(fēng)，輔助回風(fēng)順槽煤柱出現(xiàn)高溫氧化現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)自然發(fā)火隱患情況，加強(qiáng)了氣體及溫度變化監(jiān)測(cè)，對(duì)輔助回風(fēng)順槽隔離煤柱采取了滅火、降溫、惰化、漏風(fēng)通道封閉等措施，消除了火災(zāi)隱患。

破碎煤柱；高溫區(qū)；治理

0 引言

察哈素煤礦位于鄂爾多斯東勝煤田新街礦區(qū)，礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量1833.809 Mt，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10.0 Mt/a。31303工作面位于察哈素井田31采區(qū)南部，工作面走向長(zhǎng)度4228 m，傾斜長(zhǎng)度300 m。所采3煤層平均煤厚6.14 m，屬Ⅰ類(lèi)容易自燃煤層，最短自然發(fā)火期為39天。31303工作面回風(fēng)順槽分別于2013年12月21日及2014年1月16日發(fā)生兩次冒頂，冒頂區(qū)共計(jì)85 m。由于31303回風(fēng)順槽局部冒頂、底鼓等原因，巷道維護(hù)困難，人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，為保證礦井安全生產(chǎn)，在31303回風(fēng)順槽內(nèi)側(cè)新掘31303輔助回風(fēng)順槽，31303輔助回風(fēng)順槽與31303回風(fēng)順槽2014年5月6日貫通，巷道長(zhǎng)度共計(jì)1613.8 m。

1 煤柱自然發(fā)火情況

2014年8月14日1時(shí)，31303輔助回風(fēng)順槽650 m處煤柱上有3個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，經(jīng)檢測(cè)，煙流中CO濃度3200 ppm，在對(duì)煤壁進(jìn)行灌水滅火的同時(shí)，測(cè)試得出從煤壁流出的水溫較日常水溫高，隨后立即對(duì)冒煙區(qū)域?qū)嵭辛藝姖{封閉措施，并在2014年9月14日開(kāi)始對(duì)煤柱實(shí)行鉆孔注水、注漿。9月14日對(duì)650 m高溫點(diǎn)注水鉆孔的檢測(cè)數(shù)據(jù)為：孔內(nèi)CO濃度為20000 ppm，CO2濃度為4.6%，CH4濃度為1.06%，乙烷C2H6濃度為0.1%，乙烯C2H4濃度為0.02%，丙烯CH2濃度為0.006%，O2濃度為3.7%，未出現(xiàn)乙炔氣體C2H2，孔內(nèi)溫度為36.4℃。

圖1 31303輔助回風(fēng)順槽布置及氧化自熱位置示意圖

察哈素煤礦3號(hào)煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體研究結(jié)果表明[1]，CO和C2H4為3號(hào)煤層煤炭自燃氧化的標(biāo)志性氣體，C2H6、C2H4/C2H6值作為該煤層煤炭自燃輔助預(yù)警指標(biāo)。由于漏風(fēng)風(fēng)流對(duì)單一指標(biāo)氣體濃度具有一定影響，C2H4/C2H6在一定溫度下突增的規(guī)律性，可消除漏風(fēng)風(fēng)流對(duì)單一指標(biāo)氣體濃度的影響。為此，選擇采用C2H4/C2H6的比值來(lái)分析該處煤體的自燃狀態(tài)。根據(jù)9月14日和15日現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出C2H4/C2H6比值在0.1826～0.3297之間，由3煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體實(shí)驗(yàn)結(jié)果推知該處煤體的溫度在140℃左右，所以650m處的煤體已存在嚴(yán)重的發(fā)火隱患，應(yīng)及時(shí)處理。

2 煤柱自然發(fā)火原因分析

經(jīng)分析，31303輔助回風(fēng)順槽650m出現(xiàn)高溫點(diǎn)的原因在于：①由于礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，31303工作面回風(fēng)順槽和輔助回風(fēng)順槽之間所留20m煤柱已經(jīng)被壓碎，煤柱產(chǎn)生了變形和大量的裂隙。在風(fēng)流負(fù)壓的作用下，裂隙內(nèi)部產(chǎn)生漏風(fēng)[2]。②破碎煤體暴露在空氣中長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了3號(hào)煤層39天的自然發(fā)火期，逐步氧化產(chǎn)熱。③破碎煤體內(nèi)因氣體流動(dòng)性差無(wú)法帶走氧化產(chǎn)生熱量，具有良好的蓄熱環(huán)境，且漏風(fēng)不斷供給氧氣逐步發(fā)展為煤柱自燃[3],[4]。

3 治理措施及效果

3.1 煤幫噴漿、封堵漏風(fēng)裂隙

2014年8月14日5時(shí)對(duì)發(fā)生高溫氧化的煤幫實(shí)行了噴漿，噴漿區(qū)域延伸至650 m處前后各30 m范圍，噴漿長(zhǎng)度共計(jì)60 m，噴漿厚度為150 mm。噴漿后對(duì)于縫隙或錨桿周?chē)鷼埩粑⒖壮霈F(xiàn)外溢煙氣的現(xiàn)象，進(jìn)行了反復(fù)補(bǔ)噴，最終結(jié)果以煤幫不外溢煙氣為準(zhǔn)。

31303輔助回風(fēng)順槽內(nèi)自停采線至27L口處，均實(shí)行噴漿處理，除31303輔助回風(fēng)順槽650 m初期60 m噴漿區(qū)外，其余地點(diǎn)厚度不小于100 mm。2014年9月29日完成噴漿工作，共用噴漿料226車(chē)。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，在噴漿過(guò)程中高溫氧化點(diǎn)處巷道壁溫度為34～36℃，CO濃度為2～145 ppm，因巷道內(nèi)車(chē)輛運(yùn)行，尾氣干擾較大，因此單純從巷道壁溫度分析，溫度變化幅度較小，無(wú)明顯下降趨勢(shì)。

3.2 注氮惰化，置換裂隙內(nèi)氧氣

2014年8月27日將31303輔助回風(fēng)順槽內(nèi)其中一趟排水管路與原注氮管路形成對(duì)接，并在17L口設(shè)置閘閥，對(duì)31303回風(fēng)順槽已封閉區(qū)進(jìn)行了注氮，注氮方式為連續(xù)式，通過(guò)31303回風(fēng)順槽順槽27L、31303輔助回風(fēng)順槽21L措施孔觀測(cè)，注氮后31303回風(fēng)順槽已封閉區(qū)內(nèi)的O2度降至5%以下。

3.3 注水降溫、降低氧化煤體溫度[5]

2014年9月14日早班，開(kāi)始對(duì)31303輔助回風(fēng)順槽650 m處開(kāi)始了打孔作業(yè)，打孔形式為自溫度最高點(diǎn)向兩側(cè)延伸，孔口位置位于離底板2.2～2.5 m處的巷幫，鉆孔間距為2.5～3 m，孔深為4～6 m，鉆孔區(qū)域長(zhǎng)約30 m，鉆孔施工完成后，立即進(jìn)行注水工作，同時(shí)留出2個(gè)孔作氣體觀測(cè)用。在注水過(guò)程中，對(duì)于巷幫、巷道底腳出現(xiàn)溢水的情況，及時(shí)進(jìn)行了噴漿封閉，以全面存儲(chǔ)煤體內(nèi)積水降溫散熱。至22日中班所測(cè)得觀測(cè)孔內(nèi)數(shù)據(jù)為：CO濃度為20 ppm，CO2濃度為0.5%，溫度為25.6℃，此時(shí)高溫氧化點(diǎn)周邊巷幫溫度降至25～26.8℃。2014年9月30日高溫氧化點(diǎn)處停止注水，從巷道壁微量滲水情況觀測(cè)，注水結(jié)束時(shí)煤柱內(nèi)儲(chǔ)存水位至距底板2.5m處。

3.4 注水泥漿、固化松散煤體

31303輔助回風(fēng)順槽打孔形式為自650 m處向兩側(cè)延伸，鉆孔布置方式為并排設(shè)置，并與底板夾角為10°(斜向下)，與聯(lián)巷平行，鉆孔間距1 m，孔深2 m。鉆孔共計(jì)2排，孔口分別布置于距底板1 m位置及距頂板1 m位置，上下兩排鉆孔以三花眼形式布置。隨即開(kāi)始灌注水泥漿，封堵漏風(fēng)通道，固化松散的煤體。打孔及注漿過(guò)程中每班均對(duì)650 m處觀測(cè)孔實(shí)行取樣檢測(cè)，孔內(nèi)CO濃度為10 ppm～30 ppm，CO2濃度為0.09%～0.41%，烯烴、烷烴逐步消失，C2H4/C2H6值逐步降為0，此時(shí)高溫氧化點(diǎn)周邊巷幫溫度降至23.2～26.3℃。至2014年10月24日中班，共注入水泥172.55 t，注漿區(qū)域?yàn)?00～800 m范圍，注漿作業(yè)也由此停止。

3.5 治理結(jié)果

經(jīng)采取上述噴漿封閉、注氮惰化、鉆孔注水、注水泥漿等措施后，31303輔助回風(fēng)順槽原氧化高溫點(diǎn)范圍檢測(cè)不到CO和烯烴、烷烴類(lèi)氣體，煤壁溫度恢復(fù)正常，煤柱火災(zāi)隱患消除。

4 結(jié)論

(1) 在礦山壓力作用下，31303工作面輔助回風(fēng)順槽煤柱產(chǎn)生變形及大量裂隙進(jìn)而產(chǎn)生漏風(fēng)，由于3煤層為易自燃煤層，煤柱裂隙中的長(zhǎng)時(shí)間氧化蓄熱，最終出現(xiàn)了高溫氧化。

(2) 煤柱出現(xiàn)自然發(fā)火趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)立即采取治理措施消除高溫點(diǎn)，包括煤柱噴漿、封堵漏風(fēng)通道；注氮惰化火區(qū)；同時(shí)采取注水降溫、注漿固化煤體的措施，治理完成后續(xù)施工密集鉆孔灌注水泥漿，固化松散煤體，防止復(fù)燃。

[1] 芮國(guó)相，王玉懷，任建軍，等. 察哈素煤礦3號(hào)煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體研究及其應(yīng)用[J]. 華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，12(2)：20-24.

[2] 李建龍. 護(hù)巷煤柱綜合防滅火技術(shù)研究與其應(yīng)用[J]. 煤炭工程， 2012，1(8)：60-62.

[3] 鹿凡玉， 劉來(lái)軍. 易燃煤層大斷面巷道防滅火[J]. 煤礦安全，1999，30(9)：17-18.

[4] 兀帥東. 易自燃煤層巷道防滅火技術(shù)措施[J]. 煤炭工程，2007 (12)：64-65.

[5] 李層林. 自燃煤層窄煤柱綜采工作面綜合防滅火技術(shù)[J]. 淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，9(1)：7-9.

Treatmentpracticeofhightemperatureareaofbrokencoalpillarincoalmineat31303workingfaceofChahasucoalmine

RUI Guo-xiang1, ZHANG Jin-shan1, XI Xiao-bin2

(1.MiningResearchInstitute,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou, 014010,China；2.ChahasuCoalMine,InnerMongoliaEnergyofGDConstructionandInvestmentCo.Ltd.,Ordos，017209，China)

During the extraction of 31303 working face in Chahasu coal mine, the coal pillar of the auxiliary air return lane deformed and air leakage occurred due to the mining pressure of the adjacent working face. The oxidation phenomenon was found in the coal pillar of the auxiliary air return lane.The monitoring of gas and temperature changes were reinforced. The measures of fire extinguishing, cooling, inerting, sealing air leakage passage and so on were adopted to eliminate the fire hazard.

broken coal pillar; high temperature zone; control

2017-06-03

芮國(guó)相(1987-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，助理工程師，內(nèi)蒙古科技大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：礦業(yè)工程。E-mail：499676809@qq.com

TD752.2

A

1672-7169(2017)04-0039-03