工作面正常回采期間防滅火技術(shù)的應(yīng)用

劉寶振，白永忠

(陜西華彬煤業(yè)股份有限公司，陜西 彬縣 713500)

0 引言

自燃煤層綜放開采工作面回采期間采空區(qū)及煤體緩慢氧化，容易產(chǎn)生CO，所以工作面回采期間防滅火工作十分重要，常常需要采取黃泥灌漿、注惰性氣體、監(jiān)測監(jiān)控等綜合防滅火措施，以保證工作面安全回采。

1 工作面概況及綜合防滅火方案

1.1 工作面概況

ZF2809工作面位于402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402采區(qū)3條下山，北為ZF2802工作面采空區(qū)。工作面開采的4#煤層，屬Ⅱ類自燃煤層，自然發(fā)火期為3～5個月。該工作面設(shè)計長度1 060 m，可采長度845 m，傾向90 m，煤層平均厚度12 m。ZF2809工作面回采40 m后，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)和工作面實煤體內(nèi)CO含量升高現(xiàn)象。

1.2 綜合防滅火方案

為保證ZF2809工作面順利安全回采，在采空區(qū)采取以黃泥灌漿、注惰性氣體、灌注三相泡沫和噴灑阻化劑等綜合防滅火方法；同時在工作面兩順槽內(nèi)施工檢測鉆孔及措施孔，通過注水、注水玻璃、巷道噴漿等堵漏風(fēng)等措施減少煤體氧化。

2 實施過程

2.1 采空區(qū)防滅火

開采技術(shù)管理：①工作面回采期間減少生產(chǎn)影響，確保工作面推進度；②每班必須安排專人對工作面架間及架前浮煤認真清理；③兩順槽風(fēng)路暢通，順槽通風(fēng)斷面不小于設(shè)計斷面的2/3；④提高回采率，減少采空區(qū)碎煤堆積量。

通風(fēng)管理：根據(jù)工作面安全生產(chǎn)實際，對ZF2809工作面風(fēng)量進行及時調(diào)整，合理分配工作面風(fēng)量，將工作面風(fēng)量控制在900 m3/min，以減少工作面采空區(qū)漏風(fēng)。

黃泥灌漿：①利用地面固定式灌漿站，依照《ZF2809工作面防滅火設(shè)計》每班次向工作面采空區(qū)注漿不少于28 m3，每天注漿量不少于84 m3的泥漿，泥漿水土比不得小于1/3；灌漿管路采用φ159鋼管，管路從灌漿站通過行人斜井管路連接至井下回風(fēng)順槽灌漿管；②采用上隅角沿回風(fēng)順槽向采空區(qū)方向每50 m敷設(shè)灌漿管和沿工作面方向在架后每30 m敷設(shè)φ51灌漿篩管向采空區(qū)灌漿；架后灌漿篩管進入采空區(qū)30 m開始灌漿，上隅角灌漿管進入采空區(qū)50 m開始灌漿，當(dāng)篩管及上隅角灌漿管埋入采空區(qū)100 m后斷開，利用后續(xù)管路灌漿，保證工作面采空區(qū)進行全面覆蓋灌漿；③利用黃泥灌漿系統(tǒng)向ZF2809采空區(qū)壓注三相泡沫，每班壓注三相泡沫量不小于400 kg。

注惰性氣體：①在向ZF2809工作面注氮工作的同時，開啟401軌道下山注氮硐室內(nèi)一臺ZXJD-600型制氮機和ZF1801回順巷口注氮硐室內(nèi)1臺MJD-1000型制氮機，2套系統(tǒng)并聯(lián)向ZF2809工作面采空區(qū)進行注氮，注氮流量為1 500 m3/h，每班次注氮時間為8 h；氮氣管路采用2趟φ50鍍鋅鋼管從運輸順槽埋入采空區(qū)，兩管口相距20 m，埋入采空區(qū)后每隔40 m交替裁開；②每推進20 m時，在ZF2809工作面架后敷設(shè)一趟φ50 mm注氮篩管，注氮篩管與灌漿篩管錯開15 m埋設(shè)，保證工作面采空區(qū)進行全面覆蓋注氮。

檢測監(jiān)控：①束管監(jiān)測。ZF2809工作面運順埋設(shè)2趟束管，埋深分別為40 m、20 m，回順埋設(shè)3趟束管，埋深分別為60 m、40 m、20 m，要求束管口必須加設(shè)護管防止堵塞；②人工檢測。瓦檢員每班對自然發(fā)火觀測點的CH4、CO、CO2、O2含量及溫度情況進行3次檢查，并將檢測結(jié)果匯報監(jiān)測室；③人工采樣分析。每天對回上隅角(支架后部)和回風(fēng)流、采空區(qū)束管取樣一次，送至地面調(diào)度室，利用氣相色譜分析儀對氣樣中O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2成分進行分析；④實時監(jiān)測。調(diào)度室利用運順超前支護段、上隅角、回風(fēng)出口、回順超前支護風(fēng)流等地點的CH4、CO及溫度傳感器對工作面的CH4、CO及溫度進行實時監(jiān)測；⑤設(shè)置檢測站。在ZF2809運順超前支護段設(shè)置一個CO觀測站，調(diào)度室負責(zé)安裝一個CO傳感器進行實時監(jiān)測，同時工作面當(dāng)班瓦檢員進行人工檢測，如圖1所示。

圖1 ZF2809工作面注氮管、檢測監(jiān)控示意圖

工作面堵、漏風(fēng)：綜采隊負責(zé)，嚴格按以下幾點要求切實做好工作面堵、漏風(fēng)工作。在工作面兩端頭每天8點班各壘一道土袋墻，墻體厚度大于1 m，然后在土袋墻外掛鐵絲網(wǎng)用艾格勞尼進行噴封。

噴灑阻化劑：綜采隊負責(zé)在ZF2809工作面架后和兩隅角全面覆蓋噴灑阻化劑，阻化劑水溶液的濃度為20%。

2.2 工作面兩順槽防滅火

兩順槽施工氣體檢測孔及注水孔：①施工氣體檢測孔。在ZF2809工作面運、回順槽每100 m利用錨桿機向巷道頂板和煤壁施工氣體檢測孔，施工完畢后及時封孔并檢測鉆孔內(nèi)溫度和氣體含量，同時取樣進行色譜分析；②施工注水鉆孔。在ZF2809運順490 m、390 m、290 m處的巷道北幫用鏈條鉆機施工探測孔，與C2802灌漿巷打通，開口位置距頂板1 m，鉆孔深度20 m左右，注水孔角度分別為-8°、-9°，施工完畢后連接注水管并安裝球閥保證向C2802灌漿巷正常注水。并在ZF2809運順300 m至工作面段用鏈條鉆機施工注水孔，每組鉆孔間距10 m，包含南幫一個仰角45°及60°的鉆孔，孔深分別為18 m和13 m，仰角45°的鉆孔開孔位置距底板不大于2 m，仰角60°的鉆孔開孔位置距頂板不大于0.5 m，另外含一個頂板鉆孔，鉆孔仰角45°(順風(fēng)方向)，孔深以見矸為準。

檢測監(jiān)控：①兩順槽檢測孔。對兩順槽施工的檢測孔每2天在8點班進行一次檢測，取樣；②巷道溫度檢測。始終堅持每班次對兩順槽頂板及兩幫溫度進行檢測，8點班用熱成像儀測定，4點和零點班用紅外線測溫儀測定，溫度測定警戒值為30℃；③架后遺煤溫度檢測。工作面每割一刀煤，用紅外線測溫儀對工作面端頭架后1#、2#、3#、4#、46#架后及上隅角的遺煤溫度進行檢測；④周邊采空區(qū)檢測。對ZF2809工作面周邊的密閉墻內(nèi)的氣體含量和墻面溫度每天檢測一次；對西軌道大巷ZF2809采空區(qū)段溫度每天進行檢測；⑤在鉆孔施工期間利用熱電偶對鉆孔內(nèi)部溫度進行檢測，并做記錄。

運輸順槽噴漿：安排人員對ZF2809工作面運輸順槽350～550 m段噴漿，噴漿厚度50 mm，防止運輸順槽煤體裂隙漏風(fēng)、氧化。

鉆孔注水玻璃：利用ZF2809運順施工的措施孔配套雙液柱塞泵向鉆孔內(nèi)壓注水玻璃及尿素水溶液，對巷道松散的圍巖、裂縫進行堵漏風(fēng)。水玻璃溶液濃度為15%，尿素溶液濃度為3%，壓注時2種液體按照1∶1配比壓入。

2.3 其它防滅火措施

外因火災(zāi)預(yù)防：①加強電氣設(shè)備管理，嚴防電氣火災(zāi)發(fā)生；②工作面嚴禁使用電、氧氣焊；③加強采煤機、轉(zhuǎn)載機、刮板機、皮帶機等設(shè)備所使用的齒輪油等油類管理，工作面范圍內(nèi)不得存放1桶以上油類；④各設(shè)備點應(yīng)配備2臺以上干粉滅火器，皮帶機頭、泵站等設(shè)備集中點應(yīng)配備沙箱等滅火器材；⑤電氣設(shè)備入井前，應(yīng)檢查其“產(chǎn)品合格證”、“煤礦礦用產(chǎn)品安全標志”及安全性能；檢查合格并簽發(fā)合格證后，方準入井；⑥工作面所有電氣設(shè)備及接線都不得出現(xiàn)失爆；⑦嚴禁工作面由于任何形式出現(xiàn)電火花；⑧采煤機內(nèi)外噴霧齊全，割煤時噴霧必須正常開啟；⑨嚴禁用鐵錘敲擊設(shè)備；⑩工作面前后刮板機及轉(zhuǎn)載機必須運轉(zhuǎn)良好，不得摩檫產(chǎn)生火花。

應(yīng)急處理措施：①當(dāng)工作面發(fā)火氣體指標有上升趨勢時及時查找原因，利用注氮管路向采空區(qū)壓入液態(tài)CO2抑制采空區(qū)自燃的發(fā)展。主要壓注點為進風(fēng)巷20 m、40 m處注氮管及注氮篩管；②有下列情況之一者考慮進行工作面封閉—回風(fēng)隅角或其它地點測到CO濃度到500 ppm，工作面檢測到乙烯或乙炔，工作面CO氣體在2 h內(nèi)突然加倍；③當(dāng)工作面CO等指標氣體有急劇上升趨勢時及時撤人啟動工作面封閉程序。

2.4 應(yīng)用效果

采取綜合防滅火措施后，采空區(qū)及煤體內(nèi)CO含量變化如圖2所示。

a-上隅角CO含量變化/ppm;b-回風(fēng)巷口CO含量變化/ppm圖2 綜合防滅火措施應(yīng)用效果

3 結(jié)論

自燃煤層工作面回采期間必須高度重視采空區(qū)及煤體防滅火工作，通過采取黃泥灌漿、注惰性氣體、工作面堵漏風(fēng)、注三項泡沫，煤層注水及注阻化劑，工作面采空區(qū)及回風(fēng)流CO含量得到了有效控制，抑制了采空區(qū)及煤體自然發(fā)火跡象，確保了工作面安全回采。