綜采工作面過斷層期間防滅火技術研究

吳勝明

【摘 要】 為研究綜采工作面過斷層期間防滅火技術，本文選取典型礦井3110工作面作為工程背景，對其自然發(fā)火機理進行分析，發(fā)現(xiàn)受斷層影響，工作面推采速度放慢，使采空區(qū)煤體與氧氣能夠發(fā)生充分接觸;斷層帶附近煤巖體較為破碎，在推采后采空區(qū)遺煤量增加;同時受斷層及開采擾動影響導致采空區(qū)與工作面間存在多條漏風通道;發(fā)火監(jiān)測設備陳舊等因素導致其具備發(fā)火條件，存在發(fā)火傾向。根據發(fā)火機理分析，進一步設計了防滅火措施，主要包括了在上隅角及支架間隙處設置阻風設施、向采空區(qū)進行注氮處理、改良過斷層開采設計等，并對監(jiān)測系統(tǒng)進行升級改造。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內CO濃度由0.0077%降低到0.0015%，O2濃度由16.3%降低到4.7%，防控效果良好。

【關鍵詞】 斷層;綜采;防滅火;機理;措施

【中圖分類號】 TD75 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）06-0007-03

煤礦火災作為煤礦常見的五大災害之一，據不完全統(tǒng)計，我國具有自然發(fā)火傾向的煤礦超過80%，而其中發(fā)生的事故絕大多數又是由于采空區(qū)遺煤自燃引起的。因此受煤層自然發(fā)火影響，礦井的高效安全生產受到極大制約，我國科技工作者也就此針對煤礦自然發(fā)火的機理及防控技術進行了大量工作。張東坡、郝宇等針對綜放工作面煤層厚度大、易發(fā)火等特征提出采用注氮對采空區(qū)發(fā)火進行控制。文虎、徐精彩等針對厚煤層采空區(qū)遺煤發(fā)火問題，提出采用隔氧、降溫、堵漏效果更佳的凝膠加以控制。張丹等則對凝膠材料進行了改性，提出采用高分子凝膠進行防滅火控制，并在實踐中取得較好效果。翟小偉等針對綜放面推進速度慢，遺煤易發(fā)生自燃等問題，提出使用膠體隔離采空區(qū)并輔以注氮、阻化劑等措施來緩解控制煤層自燃。劉軍、陳貴、祝明亮等通過進一步分析煤層自然發(fā)火機理，針對性地提出了使用固、液、氣三相混合后的發(fā)泡防滅火技術，通過實踐該方法能夠較好地解決遺煤自燃問題。而在綜采工作面揭露斷層后，過斷層期間推采速度放慢，采空區(qū)遺煤與氧氣結合時間充分，煤層易發(fā)生火災事故。張兵等通過采取降低工作面準入風量、使用三相泡沫封堵采空區(qū)遺漏風通道及噴灑阻化劑等多維防滅火技術對金鳳煤礦過斷層期間易發(fā)火問題進行治理。陳鵬輝等通過注漿堵漏并進行注氮降氧濃度，輔以安裝自燃發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)等技術對過斷層期間采空區(qū)遺煤自燃問題進行預防與治理。馬奎綜合分析了在綜采工作面過斷層期間使用灌漿、注氮、注CO2、注凝膠等方法的適用性。現(xiàn)有技術在現(xiàn)場實踐中均取得了較好效果，但受限于使用條件，且未見對工作面隅角、支架連接處等遺漏失風量位置的處理，尚不能完全解決此類問題，因此本文以山西某礦3110工作面為工程背景，對其開采過斷層防滅火控制技術進行研究。

1工程背景

3110工作面位于3煤層1采區(qū)，走向長度1000m，傾向長200m，煤層厚5.8～6.9m，平均厚度6.35m。該煤層屬Ⅱ級自燃，發(fā)火傾向Ⅱ，發(fā)火期為34d。該工作面采用U型通風方式。工作面開切眼后能夠正常推采，推采至55m處揭露一條隱伏斷層F1，斷層落差5m，傾角55°，受F1影響，現(xiàn)推采位置巖體質量較差，頂板破碎、支護困難，難以快速推采過斷層，在開采時采用留底煤仰斜開采方式，傾角為7°，如圖1所示。在過斷層期間對工作面周圍監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，工作面上隅角處CO濃度由第三天的0.0054%達到第七天的0.0077%，并呈現(xiàn)上升趨勢。

2過斷層期間煤層發(fā)火機理

2.1推采速度慢，煤體與氧氣充分結合氧化

3110工作面在切眼形成后設備安裝到開采期間共計需要35d，此間煤層與氧氣充分接觸，在工作面正式回采后，推采至55m揭露隱伏斷層，對開采計劃進行調整，為保證安全生產，降低了推采速度，且受斷層影響，斷層帶周圍巖體較為破碎，煤體在時間與空間上進一步發(fā)生氧化，易發(fā)生煤層自燃現(xiàn)象。

2.2推采后采空區(qū)遺煤多

由于工作面在過斷層時采用了留底煤的仰斜開采方式，隨工作面推進，頂板破碎煤體及遺留底煤沿傾角向采空區(qū)滾落，導致采空區(qū)遺留松散煤體大大增加，且斷層附近巖體破碎，采空區(qū)遺漏風量較大，采空區(qū)內煤體能夠充分氧化，造成較為嚴重的安全隱患。

2.3采空區(qū)圍巖破碎，阻風設施不完備，漏風量較大

3110工作面在設計時選用了“U”型通風，其上隅角進風巷與采空區(qū)之間無阻風設施布置，新鮮風流通過該通道及破裂圍巖涌入采空區(qū)，同時支架間無阻風設施，造成新風遺漏，導致采空區(qū)內散落煤體能夠充分接觸氧氣，為煤層發(fā)生自燃提供了必備條件。

2.4發(fā)火監(jiān)測設備陳舊，監(jiān)測靈敏度低

該工作面安裝的監(jiān)測設備為普通埋管監(jiān)測設備，設備較為陳舊，且難以及時監(jiān)測記錄采空區(qū)內CO、O2準確濃度，當采空區(qū)內CO、O2濃度超標時不能及時報警，導致不能提前預知空區(qū)內煤層狀態(tài)及制定防控措施。

3綜采工作面過斷層期間采空區(qū)遺煤防滅火技術

通過對3110工作面布置及發(fā)火機理分析發(fā)現(xiàn)該工作面已具備發(fā)火條件，存在自燃的傾向，需對其從控制、監(jiān)測兩方面進行防滅火設計。

3.1綜采工作面過斷層期間采空區(qū)遺煤防滅火方法

3.1.1通過分析發(fā)現(xiàn)，3110工作面遺留失風主要原因是在工作面上隅角處進風巷與采空區(qū)交界處無阻風障礙物及移架過程中縫隙漏風。對此，在回采過程中在機頭距進風巷10m處安裝“Z”型阻風屏障，阻斷新風直接流入采空區(qū)通道。在兩支架間安裝阻風幕（柔性伸縮風幕），對兩支架間漏失風量進行控制，以此阻斷新風進入采空區(qū)的通道，減少采空區(qū)散落煤體與氧氣接觸量。

3.1.2采用采空區(qū)注氮的方式來減低采空區(qū)空氣含氧濃度，同時將斷層帶破碎圍巖中空氣進行置換，降低采空區(qū)煤體與氧氣接觸發(fā)生氧化的可能。

3.1.3調整開采方式來控制推采過斷層過程中采空區(qū)遺煤量較大的問題。將留底煤仰斜開采調整為偽斜回采方式，在推采至斷層后進行工作面回轉調整，平行斷層走向進行進一步回采，并在過斷層后進行調面，繼續(xù)按原設計進行開采工作，詳見圖2。

3.2綜采工作面過斷層期間采空區(qū)遺煤防滅火措施

3.2.1對原有發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng)進行升級改造，使其監(jiān)測靈敏度增加。由原有普通發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng)升級為JSG5型煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)能夠有效進行氣體分辨、預處理，能夠實現(xiàn)實時取樣、分析處理及上傳。當監(jiān)測氣體濃度超過設定閾值后，該系統(tǒng)在上傳的同時能夠發(fā)出警報對現(xiàn)場工人進行預警。改造后在工作面上隅角處、45#支架與46#支架間、125#與126#支架間進行安裝，如圖2所示。

3.2.2同時進行人工檢測分析預警。在過斷層期間，防火檢查由原1次/天改為1次/班，重點對巷道高冒區(qū)、工作面上隅角處、圍巖松散煤體處以及支架間進行CO濃度測定，并取樣上井進行進一步分析記錄直至過斷層推采活動結束。

4工程應用

通過發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數據發(fā)現(xiàn)，3110工作面在過斷層期間采取防滅火控制措施后，其漏風量及空區(qū)內CO、O2濃度均有下降，如圖3所示。

CO濃度由0.0077%降低到0.0015%，O2濃度由16.3%降低到4.7%，可知采用采空區(qū)遺煤防滅火技術有效控制了新風流入量，降低了采空區(qū)空氣含氧度，并減少了采空區(qū)遺煤量，避免了采空區(qū)火災的發(fā)生，實現(xiàn)了工作面過斷層的高效、安全生產。

5結論

文章分析了3110工作面自然發(fā)火機理，主要包括：推采速度慢，煤體能夠發(fā)生充分氧化;推采后采空區(qū)遺煤量大;采空區(qū)與工作面間存在多條漏風通道;發(fā)火監(jiān)測設備陳舊。通過分析發(fā)現(xiàn)煤層具備發(fā)火條件，存在發(fā)火傾向。

根據發(fā)火機理，進行針對性控制及監(jiān)測措施設計。主要通過對遺漏失風量較為嚴重的上隅角及支架間隙處設置阻風設施，并向采空區(qū)進行注氮處理使采空區(qū)煤體與氧氣隔絕，同時對過斷層設計進行更改，由仰斜留底煤開采改為回旋調面直接過斷層開采，大大減小了采空區(qū)遺煤量。通過新型發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)CO濃度由0.0077%降低到0.0015%，O2濃度由16.3%降低到4.7%，效果良好。

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