官地礦29406工作面拆架期間防滅火技術(shù)措施

趙 璇

(西山煤電集團(tuán)公司 官地礦， 山西 太原 030053)

礦井綜放工作面在回采結(jié)束后的撤架期間，往往由于停采周期長，煤體破碎范圍大，以及工作面機(jī)械設(shè)備的拆卸運(yùn)輸、頂板垮落，使得撤架期間通風(fēng)不穩(wěn)定，漏風(fēng)復(fù)雜，大幅增加了撤架工作面的煤炭自燃危險(xiǎn)性[1-3]. 此外，隨著井下機(jī)械化采掘設(shè)備的普及，拆架過程持續(xù)時(shí)間較長，對于易自燃煤層，多數(shù)拆架工作持續(xù)時(shí)間超過了自燃煤層的自然發(fā)火期，造成了煤層自燃危險(xiǎn)增大[4-6]. 西山煤電集團(tuán)官地礦29406工作面拆架期間出現(xiàn)了溫度異常區(qū)域(部分測點(diǎn)最高溫度達(dá)到45 ℃)及CO涌出異?，F(xiàn)象，為了保證設(shè)備安全回撤以及人員在設(shè)備回撤期間的安全，制定了“人機(jī)協(xié)調(diào)、多措并舉，重點(diǎn)監(jiān)控”的綜合防滅火措施，取得了良好效果。

1 工作面概況

29406工作面井下位于中四采區(qū)東南部，主采8#煤和9#煤，層間距約為1.25 m，以“采9#放8#”的方式進(jìn)行開采。29406工作面設(shè)計(jì)可采走向長492 m，正巷設(shè)計(jì)長度為655 m，副巷設(shè)計(jì)長度為597 m，采長216 m，支架數(shù)量為138臺，8#煤層平均厚度3.95 m(可采)，9#煤層平均厚度3.18 m，可采儲量共計(jì)915 869 t. 工作面回采結(jié)束后，擴(kuò)循環(huán)時(shí)間持續(xù)了9天，在拆除采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)后，由于頂板壓力大，支架老化等原因，拆架進(jìn)程緩慢，拆架工作進(jìn)行到3號支架時(shí)發(fā)現(xiàn)了溫度異常區(qū)域和CO涌出異?，F(xiàn)象，表明采空區(qū)存在著火危險(xiǎn)，對拆架工作和現(xiàn)場工作人員有著較大安全隱患，為此，特制定注氮-注漿聯(lián)合噴注、人員-傳感器聯(lián)合監(jiān)測、進(jìn)風(fēng)隅角及附近支架噴灑阻化劑的綜合防滅火措施。

2 拆架期間的通風(fēng)安全

2.1 拆架期間的風(fēng)量控制

由于拆架準(zhǔn)備時(shí)間過長，頂板壓力大造成拆架進(jìn)程慢，CO涌出異?，F(xiàn)象及溫度異常區(qū)域的出現(xiàn)表明拆架空間煤體均有自燃發(fā)火危險(xiǎn)。煤炭的自熱以及自燃都需要氧氣的參加，因此，在拆架期間，將風(fēng)量調(diào)控在合理范圍內(nèi)，保證人員呼吸并減少采空區(qū)的漏風(fēng)，進(jìn)而抑制煤體自熱或燃燒加劇成為防火重點(diǎn)。具體措施如下：

1) 控制拆架工作面的人員數(shù)量，該工作由現(xiàn)場安全員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)入拆架工作面的安拆人員、安全員、瓦斯員、打鉆人員、注漿及各工種值班帶班管理人員人數(shù)不得超過30人，每班人員數(shù)量報(bào)至調(diào)度并在兩巷巷道口設(shè)置警戒控制人員隨意進(jìn)入。按照人數(shù)確定拆架工作面的最低配風(fēng)量，由人員數(shù)量、富余系數(shù)、支架運(yùn)輸影響供風(fēng)斷面及采空區(qū)漏風(fēng)等因素確定該拆架面配風(fēng)量為300 m3/min.

2) 用阻燃材料裝袋壓實(shí)構(gòu)筑隔離墻，堵實(shí)進(jìn)風(fēng)隅角，工作面上部地表裂隙由專人填埋，避免采空區(qū)漏風(fēng)加劇煤體氧化。

3) 兩巷由測風(fēng)員實(shí)時(shí)測風(fēng)，回風(fēng)巷道加設(shè)風(fēng)速傳感器，確保拆架空間區(qū)域內(nèi)新鮮風(fēng)流的配給。

4) 為防止拆架時(shí)頂板垮落，封閉堵塞回風(fēng)風(fēng)流，待拆支架前方至煤壁范圍內(nèi)用單體及木垛支護(hù)巷道。

5) 必須保證本采區(qū)其余采掘工作面風(fēng)流穩(wěn)定，避免相鄰巷道風(fēng)流的改變影響本拆架工作面的風(fēng)量供給。

2.2 拆架期間的供風(fēng)應(yīng)急措施

為防止拆架過程中頂板垮落封堵巷道，需在進(jìn)風(fēng)巷道口安裝2×30 kW的局部通風(fēng)機(jī)，風(fēng)筒(d800 mm)延至拆架范圍，并按拆架速度回收，風(fēng)機(jī)處于待開啟狀態(tài)，如遇巷道封堵，開啟局扇并關(guān)閉注氮泵，采取措施解除封堵后，關(guān)閉局扇(壓入式通風(fēng)會加劇采空區(qū)氧氣涌入)，通風(fēng)再次穩(wěn)定后開啟注氮泵。

3 拆架期間的綜合防滅火措施

3.1 綜合防滅火措施

29406工作面綜合防滅火措施見圖1，采取注氮-注漿聯(lián)合噴注、人員-傳感器聯(lián)合監(jiān)測、進(jìn)風(fēng)隅角附近支架后方噴灑阻化劑的綜合防滅火措施。

圖1 拆架期間的綜合防滅火示意圖

在進(jìn)風(fēng)隅角用阻燃材料裝袋壓實(shí)構(gòu)筑隔離墻堵實(shí)進(jìn)風(fēng)隅角，在該位置附近的10臺支架后方煤體噴灑阻化劑，減少氧氣與煤體表面的接觸，使得該區(qū)域范圍內(nèi)煤體自熱自燃的威脅性下降。

在支架間和支架上方進(jìn)行打鉆，支架間鉆孔深度為10 m，支架上方鉆孔傾角15°，打鉆深度15 m，打鉆注漿延后拆架10架。在注漿措施巷(措施巷深度小于6 m)進(jìn)行漿液配比和攪拌工作，前期注漿普遍以降溫為目的，按水8∶黃土1∶粉煤灰1(體積比)配漿，支架拆除至50架后，注漿以封堵煤體裂隙為目的，按水6∶黃土2∶粉煤灰2(體積比)配漿，每8 h注漿400 m3. 在施工時(shí)，注漿工應(yīng)注意在注漿前后應(yīng)用清水沖洗管路防止管路堵塞。

注氮管埋至進(jìn)風(fēng)巷迎頭至采空區(qū)25 m位置，24 h持續(xù)注氮，注氮量為1 000 m3/h，備用注氮泵保持待開啟狀態(tài)。

如在拆架過程中，發(fā)現(xiàn)個(gè)別支架后方溫度甚至達(dá)到了45 ℃，采用優(yōu)先拆除該區(qū)域支架，支架空間用單體及木垛支護(hù)，方便該特定區(qū)域內(nèi)煤體的降溫以及防滅火措施執(zhí)行，對該特定區(qū)域的煤體進(jìn)行表面灑水，內(nèi)部注漿的方法，使得溫度異常區(qū)范圍內(nèi)的溫度及時(shí)控制，防止煤體自熱或自燃進(jìn)一步蔓延。

在回風(fēng)巷口附近吊掛甲烷、溫度、風(fēng)速、CO傳感器，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控機(jī)房，準(zhǔn)確掌握各參數(shù)變化情況，如遇緊急情況，人工干預(yù)及時(shí)反應(yīng)。同時(shí)，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，進(jìn)行相應(yīng)取值作為防滅火工程數(shù)據(jù)分析的有效值。

瓦檢員通過紅外測溫儀及紅外熱成像儀測量拆架空間內(nèi)煤體溫度并做記錄，測溫重點(diǎn)在煤壁、支架上方及支架后方，選取空間范圍最高溫度記錄并明確高溫點(diǎn)位置，同時(shí)，用光學(xué)瓦斯監(jiān)測儀及CO便攜儀測定區(qū)域內(nèi)瓦斯?jié)舛群虲O濃度，選最大值記錄，每8 h一次，地面工作人員按原始記錄整理確定溫度分布范圍及異常區(qū)域并將CO濃度、高溫點(diǎn)生成曲線圖。

3.2 數(shù)據(jù)分析與治理效果

由于紅外測溫儀精度低，加之點(diǎn)測無法客觀表現(xiàn)拆架空間內(nèi)的溫度分布，故在本次防滅火工程中大量使用測量范圍廣、精度高的紅外成像儀，成像結(jié)果見圖2.

采用回風(fēng)流CO濃度變化和拆架空間內(nèi)的溫度變化來檢驗(yàn)防滅火措施的有效性，樣本數(shù)據(jù)為每日人機(jī)檢測數(shù)據(jù)的最高值，經(jīng)過28天的拆架，每日對溫度分布和CO濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成圖表，溫度及CO濃度變化見圖3，圖4.

由圖3可知，拆架空間內(nèi)煤體高溫點(diǎn)整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在拆架初期，注水注漿不直接接觸煤體表面，無法直接抑制熱量在破碎煤體中的傳遞，隨著綜合防滅火措施的執(zhí)行，注漿注氮分別從降溫、稀釋氧氣，隔絕煤體裂隙等方面控制煤自熱自燃的進(jìn)程。優(yōu)先拆除明顯高溫點(diǎn)附近的支架，重點(diǎn)處理溫度異常區(qū)，使得拆架空間范圍內(nèi)煤體表面溫度逐漸降低，最終控制在25 ℃以下。

圖2 92#和93#支架中間某日紅外熱成像結(jié)果圖

圖3 拆架空間高溫點(diǎn)變化曲線圖

圖4 回風(fēng)流CO濃度變化曲線圖

由圖4可知，在拆架過程中回風(fēng)流CO濃度呈現(xiàn)先上升后下降狀態(tài)，初期對溫度異常區(qū)域灌漿處理時(shí)，一方面可能由于治理時(shí)間較短，漿液未明顯控制高溫區(qū)域，使得煤自燃趨勢依舊存在，另一方面，也可能是水和高溫煤體在缺氧環(huán)境中接觸，基于水煤氣原理，進(jìn)一步產(chǎn)生CO，增加了回風(fēng)流中的CO濃度[7-8]. 隨著綜合防滅火措施的執(zhí)行，煤氧接觸得到控制，煤體溫度下降，氧化反應(yīng)受到抑制，CO濃度逐漸降低，在防滅火工程及拆架進(jìn)程結(jié)束時(shí)，CO濃度已降低至11×10-6.

拆架工作進(jìn)行到中后期，回風(fēng)流CO濃度、溫度都控制在安全范圍內(nèi)，防滅火工程收到了極好的效果，并促使29406工作面在規(guī)程規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行了永久性封閉。

4 結(jié) 論

針對官地礦29406工作面在拆架期間出現(xiàn)的熱異常區(qū)域和CO涌出異?，F(xiàn)象。采用注氮-注漿聯(lián)合噴注、人員-傳感器聯(lián)合監(jiān)測、進(jìn)風(fēng)隅角附近支架后方噴灑阻化劑的防滅火措施后，發(fā)火指標(biāo)得到有效地控制，保證了拆架工作和采煤工作面封閉工作的安全進(jìn)行。