裴寶平
(山西汾西礦業(yè)集團正暉煤礦管理分公司,山西 隰縣 041300)
正暉煤礦當前主要開采己16-17煤層,開采工藝為炮采炮掘工藝,屬于殘采階段。礦井瓦斯絕對涌出量為1.83 m3/min,相對涌出量為2.82 m3/t;CO2絕對涌出量為2.29 m3/min,相對涌出量為3.53 m3/t,鑒定為低瓦斯礦井。該煤礦己16-17煤層煤塵具有爆炸性,爆炸指數(shù)為17.66%,該煤層多次發(fā)生自燃現(xiàn)象,自然發(fā)火期約為1~3個月,記錄顯示最短自然發(fā)火時間為20d,因此,做好己16-17煤層自然發(fā)火的預防措施,是保障該煤礦高效高產安全開采的基礎。
該煤礦因采掘接替的需要,在殘采階段從24092下工作面風巷外側重新設定24092外工作面。當24092下工作面推進至24092外機巷處工作面倒向到24092外工作面,此時必須先對24092外工作面進行開采,待完成后再搬回24092下工作面進行開采。因此即24092下工作面有2.5個月的停采時間,在該時間段里24092外工作面與采空區(qū)是相互連通的狀態(tài),非常容易發(fā)生自然發(fā)火現(xiàn)象,影響到24092下和24092外兩個工作面的開采安全,24092下工作面倒向前示意圖如圖1所示。因此制定該煤礦24092下工作面的自然發(fā)火防治措施,保障煤礦的開采安全。
圖1 24092下工作面倒向前示意圖
煤炭自然發(fā)火主要是指具有自燃傾向性的煤被氧化、升溫、燃燒的過程,從煤炭發(fā)生自燃的必要因素來進行分析。
(1)工作面的采煤方法對自然發(fā)火的影響。炮采工藝會給采空區(qū)留有相應的殘煤,為自然發(fā)火提供了基礎條件。
(2)工作面的回采工藝對自然發(fā)火的影響。炮采工藝使得煤體比較破碎,表面積增大,能增加與氧氣的接觸面,加速煤料的氧化,當散熱條件不好時就會造成升溫過快發(fā)生煤炭自然發(fā)火。
(3)工作面的風速、風量對自然發(fā)火的影響。24092下工作面停采階段,24092外工作面與采空區(qū)是相互連通的狀態(tài),外界風流經過會造成新鮮空氣在采空區(qū)的擴散,為煤的自燃提供了充足的氧氣。
(4)工作面推進速度對自然發(fā)火的影響。工作面的推進速度會造成浮煤的堆放時間和位置發(fā)生相應的變化,從而影響到浮煤的自燃。
通過對影響自然發(fā)火因素的分析,掌握了煤炭自然發(fā)火的基礎條件。正暉煤礦安全科基于影響自然發(fā)火的因素,針對24092下工作面的實際工況,制定了24092下工作面預防自然發(fā)火的技術措施。
(1)在24092下工作面的開采當中,距離停采線40 m時就必須從24092下工作面向采空區(qū)噴灑阻化劑溶液來達到預防自然發(fā)火的目的,阻化劑溶液為濃度20%的MgCl2飽和溶液。該工作面回采階段阻化劑溶液噴灑量達到了41.5t,實踐效果表明阻化劑溶液能有效地抑制采空區(qū)浮煤的自燃。
(2)在距離工作面停采線30m時,每間隔10m事先預鋪設注阻管路,停采期間能利用注阻管路及時地進行注阻和注水作業(yè)。
(3)設計安裝2臺制氮機組,注氮量1500m3/h,氮氣濃度97%,通過接設管路同時向采空區(qū)輸送氮氣。
(4)24092下工作面停采的2.5個月期間,在24092外工作面上隅角通過水槍進行注阻,防煤炭自燃。
24092下工作面采用炮采炮掘工藝,在推進期間應該及時組織對浮煤的清理作業(yè),保障采空區(qū)內不存在有浮煤,從而在源頭上切斷煤炭發(fā)生自燃的現(xiàn)象。在24092下工作面的推進實踐當中,經驗表明該工作面月推進速度大于72 m時,在采空區(qū)的停留時間將小于20 d的最短自然發(fā)火時間,滿足防火需要。
24092下工作面停采后,必須降低工作面風壓,減少風流擴散半徑。具體措施為:在下機巷口建臨時風門一組;拆除24112擋風墻刮板輸送機;對擋風墻進行維修、堵漏;對下機巷進行噴漿,厚度控制在50 mm左右,增加下機巷的支護效果,強化漏風封堵效果。
該工作面停采后,必須在工作面老塘方向懸掛風障起到阻隔氧氣的作用,如圖2所示。
圖2 工作面預防自然發(fā)火措施示意圖
(1)對24092下機巷的防塵設備的供水管路進行檢修,保障供水管路的供水壓力。(2)24092下工作面停采期間,風障需要覆蓋到降溫防止自燃。(3)臨時風門設定的位置需要安設刮板輸送機,調整風量在180 m3/min左右,降低向老塘的供風量。(4)采空區(qū)的注阻和注水必須分開作業(yè),前半月主要進行噴灑20%的MgCl2飽和溶液阻化劑的作業(yè),后半月進行注水作業(yè),作業(yè)時間控制在2.5h左右。(5)通風部需要安排專人每天對24092工作面區(qū)域的的通風情況及通風設備進行檢修,保障通風系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。(6)24092下工作面停采期間,每班安排救護隊員跟蹤檢測一氧化碳、二氧化碳、溫度、瓦斯等數(shù)據(jù)指標,并及時進行匯報。(7)成立施工部門,全面負責供水管路、鋪設注阻管路和風障的技術管理工作,同時配合通風部門及時完成相應的注阻、注水工作。
對預防技術措施實施前后的相關數(shù)據(jù)進行檢測,結果如表1所示。
從表1數(shù)據(jù)可以看到,預防技術措施實施后,CO、CO2和CH4濃度都明顯地降低了,工作面上隅角和采空區(qū)的溫度分別降到 25℃和24℃,可以有效地防止煤層自然發(fā)火情況的發(fā)生。
表1 預防技術措施實施前后對比表
正暉煤礦24092下工作面預防自然發(fā)火措施的成功實施及實踐效果表明,該技術措施能有效地預防自然發(fā)火。該預防發(fā)火技術措施的成功經驗為易自燃煤層工作面倒向后自然發(fā)火措施的制定提供了相應的經驗,為實現(xiàn)煤礦的安全開采,提高煤炭的回采率奠定了基礎。