高分子膠體滅火劑在易復(fù)燃火區(qū)的應(yīng)用

文/許洪亮

針對徐礦集團(tuán)三河尖煤礦7441工作面火區(qū)易復(fù)燃的特點(diǎn)，通過分析現(xiàn)場條件以及火區(qū)治理難點(diǎn)，施工高位滅火鉆孔灌注高分子膠體滅火劑對火區(qū)進(jìn)行滅火，并輔以其他防滅火措施，實(shí)現(xiàn)火區(qū)安全啟封，消除啟封后復(fù)燃隱患，保證設(shè)備按計(jì)劃拆除。

一、7441工作面概況

三河尖煤礦7441工作面軌道巷走向長340m，運(yùn)輸巷走向長240m，煤層傾角10°～20°、厚度2.4～5.4m，采高3.1m。工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤工藝，選用MG400/930-WD型雙滾筒采煤機(jī)，共安裝支架119架，其中ZF7200/17/35型液壓支架113架，ZFG7200/20/32型液壓支架6架。工作面所采的7層煤屬于易自燃煤層，采用U型下行通風(fēng)方式，即軌道巷進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸巷回風(fēng)。工作面92～94號支架處揭露一條貫穿工作面走向的火成巖，并伴生一條落差2.1m的正斷層。工作面布置如圖1所示。

2012年9月21日工作面開始生產(chǎn)，受火成巖侵入以及斷層影響，回采期間工作面92號支架向上全巖，70號支架向上頂板破碎，推進(jìn)速度非常慢，回采75天下部僅推進(jìn)14m。由于采空區(qū)漏風(fēng)供氧充分，長期暴露的切眼處煤體及采空區(qū)遺煤一直處于良好的漏風(fēng)供氧狀態(tài)，導(dǎo)致采空區(qū)遺煤均不同程度的氧化，其間雖采取了防滅火措施，但工作面仍然發(fā)生自燃，于2012年12月8日封閉。

圖1 7441工作面布置圖

二、7441工作面啟封過程及通風(fēng)情況

1. 啟封過程

為啟封工作面，在7441工作面后部施工一條消火道，在7441工作面前部施工拆除巷道和聯(lián)絡(luò)巷，以便向7441采空區(qū)打鉆灌注防滅火材料和工作面設(shè)備拆除。前期利用高水材料充填7441工作面發(fā)火空間，共計(jì)施工95個鉆孔，終孔分別布置到13～56號支架尾部、架后5m、架后10m以及老切眼的頂煤中，壓注高水材料充填空間約3988m3，未完全覆蓋采空區(qū)。另外向采空區(qū)灌注泡沫凝膠7噸、MEA防滅火劑混合溶液47噸。

7441工作面火區(qū)分別于2014年10月17日、2015年1月8日、2016年3月10日先后進(jìn)行3次啟封，正常通風(fēng)時間最短只有7天，因CO持續(xù)升高而重新封閉。3次啟封僅回收1～18#支架及部分刮板輸送機(jī)部件。

2. 啟封后維持正常通風(fēng)時間短的原因分析

（1）高水材料凝固時間較長，壓注的高水材料覆蓋終孔位置范圍不理想，流動性大，大量高水材料自上而下流走，難以覆蓋高位遺煤。

（2）高水材料容易堵孔，造成鉆孔壓注高水材料不均衡，有的鉆孔壓注高水材料量大，有的鉆孔由于壓力過大而只能少量壓注。

（3）因工作面回采平均只有24.5m，而且未放頂，采空區(qū)內(nèi)有大量遺煤，采空區(qū)內(nèi)未冒落或冒落較少，冒落不實(shí)，工作面一旦恢復(fù)供風(fēng)，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)嚴(yán)重，遺煤迅速氧化。

（4）煤具有貧氧氧化放熱的特點(diǎn)，通常情況下，較低的氧濃度與煤反應(yīng)放出的熱量就可維持高溫煤體溫度不下降。因此，煤層自燃時采用封閉滅火，火區(qū)啟封后易于復(fù)燃。

三、7441工作面火區(qū)治理難點(diǎn)分析

根據(jù)7441工作面現(xiàn)場實(shí)際情況和火區(qū)處理過程，結(jié)合煤自燃特點(diǎn)，初步分析該工作面火區(qū)治理存在以下難點(diǎn)。

一是工作面推進(jìn)度少，采空區(qū)自燃“三帶”尚未形成，整個采空區(qū)的遺煤均處于氧化狀態(tài)，尤其是自貫穿以來一直暴露在空氣中切眼周圍的煤體。之前多次啟封，也不同程度地向采空區(qū)通入了新鮮風(fēng)流，遺煤氧化得到進(jìn)一步加劇，架頂?shù)任恢玫乃缮⒚后w也可能已處于氧化狀態(tài)。

二是工作面傾角較大，常規(guī)的滅火材料（如水、黃泥漿等）注入到采空區(qū)后會沿底板流失，不能滯留在所需位置，難以起到應(yīng)有的滅火作用，尤其是針對高位火源，效果更差。

三是工作面傾角大、頂板破碎，含有斷層帶，影響支架拆除的進(jìn)度，也會縮短松散煤體的自然發(fā)火期。若不能在火區(qū)封閉期間做好治理工作，很可能會在啟封后很短的時間內(nèi)再次復(fù)燃。

四、高分子膠體滅火劑的應(yīng)用

1. 火區(qū)治理思路

由于工作面是在生產(chǎn)期間緊急封閉，工作面未進(jìn)行刷擴(kuò)，支架回撤難度大、周期長。因此，采取分階段拆除設(shè)備，即第一階段回撤煤機(jī)以及剩余前部刮板運(yùn)輸機(jī)部件；第二階段刷擴(kuò)工作面，回撤支架。針對第一階段設(shè)備回撤計(jì)劃，以“膠體降溫堵漏和氮?dú)舛杌匮酢狈罍缁鸺夹g(shù)為主，在封堵漏風(fēng)通道進(jìn)行注氮的基礎(chǔ)上，向采空區(qū)灌注高分子膠體滅火劑，充填采空區(qū)松散煤體，大幅度降低采空區(qū)內(nèi)的高溫能量，控制采空區(qū)的漏風(fēng)供氧，有效控制采空區(qū)復(fù)燃。

2. 高分子膠體滅火劑性能

高分子滅火膠體具有的防滅火性能：（1）固水性；（2）吸熱降溫性；（3）滲透和堵漏性；（4）阻化性；（5）充填性能；（6）滅火安全性；（7）成膠時間可控性。

3. 高分子膠體防滅火工藝與設(shè)備

高分子膠體可通過專用設(shè)備（ZHJ-5/1.8G礦用移動式防滅火注漿裝置），將其按比例（水里的0.8%以上）與水混合后注入火區(qū)進(jìn)行滅火。

4. 防滅火鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)之前工作面采空區(qū)遺煤狀況、發(fā)火點(diǎn)以及注高水材料情況分析，本次注高分子膠體滅火劑控制氧化的區(qū)域?yàn)?9～60#支架范圍。在7441拆除巷道向7441采空區(qū)施工42個滅火鉆孔，每架一個滅火鉆孔，終孔分別位于19～60#支架尾部、架后3m、架后6m，交替布置。為防止灌注時鉆孔漏液，鉆孔避開第一、第二聯(lián)絡(luò)巷松動圈。1～10號孔為扇形布置，11～19號以及20～42號鉆孔平行布置。鉆孔施工采用ZDY1200S型鉆機(jī)，配套MZG50/38鉆桿，直接利用該鉆桿向采空區(qū)注膠體滅火劑。鉆孔布置見表1所示。

表1 滅火鉆孔布置

5. 治理效果

通過42個滅火鉆孔灌注高分子膠體滅火劑1045m3，由高向低灌注，充填采空區(qū)松散煤體，實(shí)現(xiàn)降溫隔氧。在灌注高分子膠體滅火劑的同時，輔以砌墻堵漏、注液態(tài)氮?dú)獾瓤匮醮胧?。采取上述措施后，通過采集氣樣進(jìn)行色譜分析，火區(qū)內(nèi)CO濃度由30ppm降為0，無乙烯、乙烷，氣體符合《煤礦安全規(guī)程》第279條規(guī)定的火區(qū)啟封條件。工作面火區(qū)啟封后，按計(jì)劃安全回撤了煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備。

五、結(jié) 語

高分子膠體滅火劑具有滲透性強(qiáng)、降溫速度快、阻化效果好的特點(diǎn)，通過合理布置滅火鉆孔，可以對采空區(qū)遺煤，特別是高位遺煤進(jìn)行有效阻化，對于放頂煤工作面采空區(qū)煤炭自燃具有良好的滅火效果。