假期期間工作面防滅火技術(shù)的應(yīng)用

劉寶振

(陜西華彬煤業(yè)股份有限公司)

目前，煤層自燃火災(zāi)多發(fā)生在井下隱蔽空間，如采空區(qū)、高冒區(qū)以及受壓破碎的煤柱等位置。由于廣泛采用綜采放頂煤開(kāi)采工藝和瓦斯抽采技術(shù)，造成了采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)大，綜放采空區(qū)成為自然發(fā)火的主要區(qū)域[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外廣泛采用注漿、膠體泥漿、泡沫樹(shù)脂、噴灑鹽類(lèi)阻化劑、注惰氣等技術(shù)[2-3]。隨著制惰技術(shù)的提高，以惰氣代替空氣提高泡沫惰化滅火效果，出現(xiàn)CO2和氮?dú)鉁缁鹋菽璠4-6]。這些技術(shù)對(duì)保證礦井安全生產(chǎn)起到了重要作用。

下溝煤礦屬高瓦斯礦井，主采4#煤層為Ⅱ類(lèi)自燃煤層。礦井臨近春節(jié)放假，受工作面推進(jìn)度影響，風(fēng)流滲流進(jìn)入采空區(qū)散熱帶與氧化升溫帶，造成采空區(qū)遺煤持續(xù)氧化，并有升高趨勢(shì)。根據(jù)采區(qū)相鄰ZF1801工作面假期期間防滅火工作經(jīng)驗(yàn)，決定對(duì)ZF1803工作面采取多措并行的方式開(kāi)展防滅火工作。

1 工作面概況

ZF1803工作面位于401采區(qū)西翼南部，西為404采區(qū)3條下山，南為軌道大巷，東為401采區(qū)3條下山，北為ZF1802工作面采空區(qū)。工作面開(kāi)采4#煤層，具有自然發(fā)火傾向性，自然發(fā)火期為3～5個(gè)月。工作面運(yùn)輸順槽斷面為矩形，寬4.6 m，高3.1 m，斷面積為14.26 m2；回風(fēng)順槽巷道寬3.8 m，高3.1 m，斷面積為11.78 m2。工作面位置見(jiàn)圖1。

圖1 工作面位置

2 假期防滅火方案

2.1 密閉前準(zhǔn)備工作

2.1.1 風(fēng)機(jī)安設(shè)

在運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽各安設(shè)一臺(tái)2×22 kW風(fēng)機(jī)。運(yùn)輸順槽風(fēng)機(jī)安設(shè)在運(yùn)輸順槽三岔口處，φ800 mm風(fēng)筒沿運(yùn)輸順槽南幫頂部掛設(shè)，風(fēng)筒口距密閉墻砌設(shè)位置5 m?；仫L(fēng)順槽風(fēng)機(jī)安設(shè)在回順斜巷風(fēng)門(mén)以里三岔口處，φ800 mm風(fēng)筒沿回順南幫頂部掛設(shè)，風(fēng)筒口距密閉墻砌設(shè)位置5 m。

2.1.2 封堵材料準(zhǔn)備

在運(yùn)輸順槽準(zhǔn)備2 000塊磚，0.5 m3黃土，0.4 m3沙子，8袋水泥。在回風(fēng)順槽準(zhǔn)備1 600塊磚，0.5 m3黃土，0.4 m3沙子，8袋水泥，同時(shí)準(zhǔn)備2根φ50 mm×6 000 mm鋼管，2個(gè)帶φ25 mm球閥的φ50 mm堵頭，用作氣體檢測(cè)孔；1根φ50 mm×500 mm 鋼管，1個(gè)帶φ25 mm球閥的φ50 mm堵頭，用于氣體置換孔；1根φ133 mm反水管。

2.1.3 束管埋設(shè)

工作面停產(chǎn)時(shí)，在工作面回風(fēng)順槽埋設(shè)3趟束管，埋深分別為6,38,62 m；運(yùn)輸順槽埋設(shè)2趟，埋深分別為44.8,14.8 m；停采時(shí),兩隅角再各布設(shè)一條束管。要求束管口必須套上護(hù)管，防止堵塞，并引至密閉墻以外，保證能夠正常檢測(cè)采空區(qū)氣體。

2.2 密閉方案及要求

2.2.1 封閉區(qū)域停電

檢查工作面供電線路，保證工作面封閉后，在巷內(nèi)其他設(shè)備能夠正常運(yùn)行的同時(shí)，封閉區(qū)域內(nèi)的所有電器設(shè)備均必須斷電。

2.2.2 管路敷設(shè)要求

所有埋入采空區(qū)的灌漿管、注氮管必須在密閉墻外安設(shè)閥門(mén)，能夠隨時(shí)開(kāi)停。所有埋入采空區(qū)的束管必須將檢測(cè)口設(shè)到密閉墻外。

2.2.3 浮煤清理

工作面停止生產(chǎn)后，清理工作面及架后浮煤，必須保證工作面和架后浮煤干凈。

2.2.4 密閉墻位置及結(jié)構(gòu)

運(yùn)輸順槽密閉墻位置在皮帶機(jī)尾以外，回順密閉墻位置在超前支護(hù)以外10 m處，用磚砌筑，墻體厚240 mm,黃土勾縫，水泥砂漿抹面，用艾格勞尼發(fā)泡劑進(jìn)行噴封。

砌墻前必須先掏槽，掏出的煤渣及時(shí)運(yùn)出，清理干凈巷道。掏槽應(yīng)按先上后下的原則進(jìn)行，幫槽深度以見(jiàn)實(shí)煤后0.5 m為準(zhǔn)，頂槽深度以見(jiàn)實(shí)煤后0.3 m 為準(zhǔn)，底槽實(shí)底深度以見(jiàn)實(shí)煤后0.2 m為準(zhǔn)，掏槽寬度大于墻厚0.3 m為準(zhǔn)。密閉墻要求墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定嚴(yán)密，墻基與巷壁緊密結(jié)合。

2.2.5 密閉墻附屬裝置

在運(yùn)、回順的2道密閉墻中間距頂板200 mm處均留設(shè)φ50 mm氣體檢測(cè)孔，并安設(shè)閥，用于檢測(cè)密閉墻內(nèi)氣體含量。

在運(yùn)輸順槽密閉墻南側(cè)底部緊貼地板、距南幫500 mm處，留設(shè)φ133 mm反水管，用于排放工作面積水。

在運(yùn)、回順密閉墻頂部距頂板200 mm、距南幫1 m處布置φ50 mm氣體置換孔，當(dāng)工作面密閉后，采空區(qū)內(nèi)持續(xù)注氮，將采空區(qū)其余氣體通過(guò)氣體置換孔排出。當(dāng)采空區(qū)被氮?dú)庾M時(shí)，用堵頭封堵置換孔。

在運(yùn)、回順密閉墻上均安設(shè)U型壓差計(jì)。壓差計(jì)固定到密閉墻外墻上，一頭連接一條束管壓入密閉墻內(nèi)，束管用φ50 mm鋼管做護(hù)管，一頭在密閉墻外，用于檢測(cè)密閉墻內(nèi)外氣壓變化情況。

2.3 密閉后的管理

2.3.1 局部通風(fēng)機(jī)管理

對(duì)于兩巷的局部通風(fēng)機(jī),必須實(shí)行“三專(zhuān)兩閉鎖”及雙回路供電，并能自動(dòng)切換。局部通風(fēng)機(jī)實(shí)行掛牌管理，由專(zhuān)人填寫(xiě)牌板內(nèi)容，確保數(shù)據(jù)屬實(shí)無(wú)誤，不得隨意停開(kāi)。每班由安檢員、瓦檢員及工作面值班人員檢查風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況和風(fēng)筒的完好情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改，防止無(wú)計(jì)劃停電停風(fēng)。

2.3.2 人工檢測(cè)

假期每班安排一名專(zhuān)職瓦檢員進(jìn)入兩巷內(nèi)檢測(cè)采空區(qū)束管及密閉墻內(nèi)外氣體含量及溫度，并每天采集一次氣樣，報(bào)送調(diào)度室進(jìn)行色譜分析。

2.4 灌漿管路埋設(shè)

工作面停產(chǎn)時(shí)，保證在工作面回順埋入2趟灌漿管路，埋深分別為121 m(1#)、73 m(2#)，并將2#灌漿管與架后采空區(qū)35，23，13 m處埋設(shè)的3趟灌漿篩管連接，灌漿篩管分別用φ51 mm球閥控制，保證2#灌漿管與3趟灌漿篩管既能同時(shí)向采空區(qū)灌漿又能分別單獨(dú)向采空區(qū)灌漿，2趟灌漿主管路和3趟灌漿篩管控制閥門(mén)均引至密閉墻外，至回風(fēng)順槽超前支護(hù)外15 m處。灌漿體由水土濃度3∶1比例配制，日注漿時(shí)間為16 h，注漿量為1 047 m3。

2.5 注氮管路埋設(shè)

工作面停產(chǎn)時(shí)，保證在工作面運(yùn)輸順槽埋入2趟注氮管路，埋深分別為51.4 m(1#)，77.9 m(2#)，并使之與架后采空區(qū)30，18，8 m埋設(shè)的篩管相連，將控制閥門(mén)引至運(yùn)輸順槽超前支護(hù)外15 m處。氮?dú)鉂舛葹?7.72%～98.91%，注氮流量為1 001 m3/h，日累計(jì)注氮量24 003 m3。將工作面采空區(qū)氧氣控制在8%以下。

2.6 阻化劑定期噴灑

在放假前一周每日檢修班從架間向架后噴灑阻化劑，阻化劑使用20%濃度MgCl2溶液制作，抑制架后區(qū)域氧化反應(yīng)發(fā)生。

ZF1803工作面密閉、灌漿、注氮埋管示意見(jiàn)圖2。

圖2 ZF1803工作面密閉、灌漿、注氮埋管示意

3 效果檢驗(yàn)

通過(guò)假期期間的觀測(cè)，ZF1803工作面防滅火工作水平較采區(qū)ZF1801工作面明顯提高。其中，密閉墻內(nèi)CO保持在(0～1)×10-5，同比降低80%；架后6 m束管監(jiān)測(cè)CO在(3～5)×10-5，同比降低50%；架后38 m束管監(jiān)測(cè)CO在(12～15)×10-5，同比降低36%；架后62 m束管監(jiān)測(cè)CO在(8～12)×10-5，同比降低50%。CO濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。ZF1803與ZF1801工作面CO濃度變化曲線對(duì)比見(jiàn)圖3。

假期后啟封該工作面，各種指標(biāo)正常，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)高效的工作面防滅火工作。

4 結(jié) 論

(1)由于假期期間工作面不生產(chǎn)，采空區(qū)遺煤充分氧化，采用傳統(tǒng)防滅火措施不能保證CO平穩(wěn)地保持在較低水平，從而影響假期結(jié)束工作面的正?；夭?，進(jìn)而產(chǎn)生發(fā)火危險(xiǎn)。

表1 放假期間ZF1803工作面CO濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) ×10-6

圖3 放假期間不同工作面CO濃度變化曲線對(duì)比

(2)對(duì)比相鄰ZF1801工作面只采用常規(guī)封堵與注漿的CO濃度變化情況，在ZF1803工作面采用砌筑密閉墻與常規(guī)防滅火措施相結(jié)合的方案，可以進(jìn)一步減少采空區(qū)漏風(fēng)，降低采空區(qū)內(nèi)O2濃度，在工作面與采空區(qū)三帶范圍內(nèi)形成一層穩(wěn)定的氮?dú)?、注漿帶，從而抑制煤的自然氧化反應(yīng)。

(3)工作面防滅火是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，只有做好日常CO及標(biāo)志性氣體監(jiān)測(cè)工作，定期封堵、灌漿、注氮及噴灑阻化劑，才能保證假期防滅火工作高質(zhì)高效進(jìn)行。

(4)下溝礦主采煤層屬于高瓦斯易自然煤層，結(jié)合本次假期期間防滅火工作開(kāi)展，總結(jié)出一套切實(shí)有效的假期防滅火措施，為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障，并為周邊礦井同類(lèi)自燃煤層提供參考依據(jù)。