容易自燃煤層綜放工作面回收期間防滅火技術(shù)研究

王軍

摘 要：針對自然發(fā)火期最為22天的容易自燃煤層綜放工作面，通過采取液態(tài)氮和液態(tài)二氧化碳的灌注、注膠技術(shù)有效治理了回收期間工作面自然發(fā)火。

關(guān)鍵詞：容易自燃煤層；防滅火

1 神寧公司防滅火概況

神寧集團(tuán)現(xiàn)有15個生產(chǎn)、建設(shè)礦井。開拓方式主要為斜井開拓和斜井、立井聯(lián)合開拓，采煤方法為長臂式，采煤工藝為綜采或綜采放頂煤工藝。目前煤礦采用大采高留煤皮作假頂和綜采放頂煤開采工藝，煤層自然發(fā)火期短、礦井通風(fēng)系統(tǒng)較復(fù)雜，采空區(qū)遺留大量浮煤，自然發(fā)火災(zāi)害嚴(yán)重。

2 礦井自然發(fā)火規(guī)律分析

2.1 自然發(fā)火因素分析

寧東礦區(qū)侏羅紀(jì)煤層自然發(fā)火周期短，易自燃發(fā)火，呈現(xiàn)常（低）溫氧化特性；煤層賦存條件復(fù)雜，主采煤層頂板較為破碎，為保障頂板管理安全，開采過程中留設(shè)煤皮假頂護(hù)頂；礦井主采煤層上部附近賦存不可采的煤線；采用綜放工藝開采；采空區(qū)均留有大量遺煤，具備遺煤氧化自燃的條件。

2.2 自然發(fā)火規(guī)律及發(fā)展趨勢

自燃特性參數(shù)測試結(jié)果表明：煤溫小于臨界溫度時，煤自燃指標(biāo)氣體濃度增加緩慢，當(dāng)煤體溫度達(dá)到為50-70℃時CO氣體出現(xiàn)突變，增速加快；超過裂解溫度后，開始釋放乙烷、乙烯等有機(jī)氣體，93℃出現(xiàn)C2H6、110℃出現(xiàn)C2H4、211℃出現(xiàn)C2H2。

確定了不同開采條件下采空區(qū)“三帶”范圍和工作面防火最小安全推進(jìn)速度；確定了采煤工作面CO來源及產(chǎn)生機(jī)理；確定了工作面編制防滅火專項措施，采取以灌漿、注氮為主，注液氮、液態(tài)CO2、注膠、堵漏及加快回撤速度相結(jié)合的綜合防滅火預(yù)防技術(shù)。

3 工作面回收期間防滅火技術(shù)

3.1 采場及通風(fēng)管理

一是抓超前設(shè)計，合理確定工作面停采位置。二是綜放工作面在距停采線50米控制頂煤厚度不超過2m；三是合理工作面配風(fēng)量，有效減少采空區(qū)漏風(fēng)供氧。

3.2 工作面注水、注膠

開采容易自燃煤層的大采高、綜放工作面每兩個支架尾梁處施工一組注水、注膠鉆孔，實施注水降溫及注防滅火膠體，起到堵漏及阻止浮煤氧化的雙重作用，防止松散煤體蓄熱自燃。有效消除煤炭初期氧化升溫。

3.3 預(yù)防性封閉工作面防火技術(shù)

對環(huán)境溫度高、自然發(fā)火期短的大采高、綜放工作面，為防止煤炭自燃，采取主動臨時封閉工作面10天左右，強(qiáng)力實施注氮、液氮或液態(tài)CO2，消除煤炭初期升溫氧化征兆。

3.4 提高工作面回撤效率

3.5 改進(jìn)回撤工藝

（1）對于膠輪車運輸線路較長工作面，采用接力搬運的方式。（2）頂板破碎、采高大于2.0m的工作面回撤掛網(wǎng)時，采用整體柔性樹脂纖維網(wǎng)。（3）工作面推進(jìn)到回撤通道位置后，根據(jù)不同地質(zhì)、礦壓條件，對頂板條件好的工作面采用采煤機(jī)施工回撤通道。（4）回撤通道采用錨網(wǎng)或錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)頂板，增強(qiáng)頂板支護(hù)強(qiáng)度提高回撤效率。（5）改變勞動組織。（6）收尾期間提前在下一采面風(fēng)巷施工后溜回撤通道，利用后溜回收通道快速回收后部刮板輸送機(jī)，縮短回收工期。（7）大傾角工作面回撤亦采用成套機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行回撤。

3.6 液氮、液態(tài)CO2防滅火技術(shù)

3.6.1液氮、液態(tài)CO2特性

液氮、液態(tài)CO2均具有惰性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，無腐蝕作用。汽化膨脹倍數(shù)較高，快速降低采空區(qū)或火區(qū)內(nèi)氧氣含量；吸收火區(qū)中的熱量，能夠降低采空區(qū)溫度，迅降低火區(qū)溫度，實現(xiàn)“制冷降溫”。液氮自身溫度為-195.8℃，濃度99.99%、汽化膨脹倍數(shù)約800倍，惰化采空區(qū)速度快，容易積聚在采空區(qū)上部空間，隨漏風(fēng)釋放較快。液態(tài)CO2溫度-30～-40℃，膨脹倍數(shù)為600倍，濃度99.9%），汽化后比空氣密度大，容易積聚在采空區(qū)下部空間，同時煤吸附CO2氣體的能力比其它惰性氣體大，隨漏風(fēng)釋放較慢。

3.6.2液氮、液態(tài)CO2防滅火技術(shù)適用范圍

液氮、液態(tài)CO2作為一種新型防滅火技術(shù)具有滅火迅速、效果顯著等優(yōu)點，可以通過地面鉆孔、井下鉆孔及埋管將液氮、液態(tài)CO2直接注入火區(qū)及采空區(qū)，利用地面汽化裝置將液氮汽化后注入井下，適用于煤礦任何條件下的火災(zāi)處理及自燃火災(zāi)的預(yù)防。

3.6.3液氮、液態(tài)CO2防滅火系統(tǒng)及工藝

（1）系統(tǒng)組成：主要由地表鉆孔、液氮儲罐車、DN50不銹鋼、煤柱鉆孔、參數(shù)監(jiān)測儀表、安全裝置等部分組成。

（2）工藝流程：液氮儲罐車→儲罐增壓裝置→耐低溫不銹鋼管→地面鉆孔套管→采空區(qū)。

（3）系統(tǒng)參數(shù)：地表鉆孔500-600m，水平輸送距離1500m，槽車壓力0.2Mp，管路最大壓力4Mp，流量5～20t/h。

4 綜合防滅火技術(shù)研究成果應(yīng)用

羊場灣煤礦120204工作面走向長3270m、傾斜長300m，設(shè)計采高5.6m，平均煤厚7.4m。2012年5月下旬工作面回采至停采線120m位置，從120205風(fēng)巷向120204采空區(qū)施工，5月23日至6月3日累計向120204采空區(qū)注液氮228噸。工作面采空區(qū)溫度平均可降低1℃左右，工作面上隅角CO濃度由80PPm降至24PPm以下，回風(fēng)流CO濃度始終低于10PPm，實現(xiàn)安全回收。

羊場灣煤礦130202綜采工作面2016年5月19日開采到達(dá)停采線時，為預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火，在工作面實施了開放式注氣態(tài)二氧化碳防滅火技術(shù)。采取預(yù)防性注氣態(tài)二氧化碳措施后，工作面的CO濃度由40PPm降至14PPm左右，回風(fēng)流CO濃度由28PPm降至20PPm左右。工作面于6月25日進(jìn)行了安全回收并封閉。

5 結(jié)語

寧東靈武、鴛鴦湖、馬家灘礦區(qū)13對礦井開采煤層主要為早中侏羅紀(jì)不粘結(jié)煤，容易自燃煤層，自然發(fā)火期最短22天。針對大采高留煤皮作假頂和綜采放頂煤開采工藝，煤層自然發(fā)火期短、礦井通風(fēng)系統(tǒng)較復(fù)雜，采空區(qū)遺留大量浮煤，自然發(fā)火災(zāi)害嚴(yán)重，通過采取液態(tài)氮和液態(tài)二氧化碳的灌注、注膠技術(shù)治理回收期間工作面自然發(fā)火是得到了成功應(yīng)用，實踐證明措施是有效的可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]煤礦安全規(guī)程.2016.

[2]淺談液氮防滅火技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用.煤礦技術(shù)，2013.