多煤層聯(lián)合開采防火技術(shù)在紅陽二礦西三下部采區(qū)的應用

王慶國，王 洋，朱禮鋼

（沈陽焦煤股份有限公司紅陽二礦，遼寧 沈陽 110106）

0 引 言

在近距離煤層聯(lián)合開采的條件下，由于煤層間距較小，加之受采動影響上下煤層采空區(qū)易形成漏風通道，加大了采空區(qū)浮煤自然發(fā)火性與防治的技術(shù)難度[1-2]，煤自燃將成為煤的重大災害之一。我國有50%以上的煤礦具有煤自然發(fā)火危險，而且近幾年多采用綜采放頂煤開采工藝和瓦斯抽采技術(shù)，易造成采空區(qū)遺煤增多和漏風增大。據(jù)統(tǒng)計，我國煤的自燃火災占到了火災總數(shù)的90%以上[3]。在煤自然發(fā)火監(jiān)測方面，基于氣相色譜分析的火災束管監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了井下氣樣就地檢測、數(shù)據(jù)實時上傳、早期預警，此外光纖測溫技術(shù)在采空區(qū)溫度監(jiān)測方面也得到了應用[4]。在防滅火技術(shù)與裝備上，主要有均壓防滅火、注漿防滅火、惰性氣體防滅火以及阻化劑防滅火等。在近距離防滅火的研究應用主要集中在合理布置巷道與開采方法[5]；掌握復合采空區(qū)遺煤分布、自然發(fā)火規(guī)律、自燃危險區(qū)域劃分及自燃預測、自燃三帶的分布[6]，以及合理采取采空區(qū)防滅火措施等[7]。

本文系統(tǒng)研究了紅陽二礦12#煤層與13#煤層近距離自燃煤層聯(lián)合開采自然發(fā)火所采取的底板巷穿層鉆孔限量抽放、及時拆斷封堵抽放鉆孔、注白泥、灑阻化劑、注水泥漿等一系列綜合防火措施，并采用熱成像儀、紅外測溫儀、人工檢測、火情監(jiān)測系統(tǒng)、色譜儀分析多種監(jiān)測手段有效地消除了煤層自然發(fā)火隱患，為多煤層聯(lián)合開采易自燃煤層工作面防滅火提供了切實可行的技術(shù)經(jīng)驗。

1 礦井概況

紅陽二礦位于沈陽市蘇家屯區(qū)紅菱堡鎮(zhèn)南紅村，于1976 年3 月移交生產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力90 萬t/a。于1987 年起對礦井進行改擴建，設(shè)計生產(chǎn)能力150 萬t/a。該礦為煤與瓦斯突出礦井，瓦斯相對涌出量19.84m3/t，絕對瓦斯涌出量58.76m3/min。其西三下部采區(qū)的12#、13#煤層鑒定結(jié)果為Ⅰ級容易自燃煤層，12#煤層自然發(fā)火期為81-202 天，13#煤層自然發(fā)火期為92-230 天。12#煤層與13#煤層層間距平均1.3m，西區(qū)曾經(jīng)出現(xiàn)自燃發(fā)火隱患，至今未出現(xiàn)自然發(fā)火。

2 西翼采區(qū)自燃發(fā)火危險性分析

西翼采區(qū)雖然未發(fā)生過自燃發(fā)火，但西翼采區(qū)在采掘期間，存在自然發(fā)火誘發(fā)因素較多。如，煤層底板穿層鉆孔長期抽放，局部抽放管路支管存在高溫，煤體氧化。本煤層巷道底板溫度增高，局部地點伴隨一氧化碳顯現(xiàn)，采空區(qū)煤柱破碎存在發(fā)火隱患。煤層層間距小，存在上部采空區(qū)聯(lián)通，長期氧化蓄熱升溫，易出現(xiàn)采空區(qū)漏風造成采空區(qū)浮煤自然發(fā)火。西三下部采區(qū)采取底板穿層鉆孔預抽煤層瓦斯的區(qū)域防突措施后，底板穿層鉆孔與回采施工的本層鉆孔聯(lián)通，同時受回采期間動壓影響，煤體產(chǎn)生裂隙，形成供氧通道，易出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象。12 煤巷幫煤柱內(nèi)煤體松散，經(jīng)過預抽、水力措施后，更具有自然發(fā)火傾向。受礦山壓力的動態(tài)作用，井下煤柱體受壓破碎變形，形成一定漏風通道，造成遺煤區(qū)或圍巖煤體氧化自燃。此外，13 煤上層采空區(qū)，頂煤破碎，同時伴有黃鐵礦周圍自燃遺留。

3 防火監(jiān)測措施

3.1 人工檢測與儀器檢測進行對比分析

采取人工檢測取樣，由防火人員定點檢查對采掘工作面利用紅外測溫儀對巷道頂、底板、兩幫、抽放管內(nèi)進行檢查，取樣化驗分析，并將檢查結(jié)果與色譜儀進行分析對比，減小誤差。

3.2 火情監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測采空區(qū)變化情況

圖1 西三下部采區(qū)1204 工作面束管監(jiān)測布置圖

采用KJ428 型分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測采煤工作面采空區(qū)氣體濃度情況，氣體監(jiān)測主機安裝在-680 二號變電所內(nèi)，在工作面采空區(qū)鋪設(shè)一路束管，束管監(jiān)測采空區(qū)CH4、CO、C2H2、C2H4、CO2、O2等氣體濃度情況。同時，總結(jié)出了我礦西三下部采區(qū)12 煤層、13 煤層的自燃“三帶”劃分依據(jù)，為采空區(qū)防火工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。圖1 為西三下部采區(qū)1204 工作面束管監(jiān)測布置圖。

3.3 熱成像儀監(jiān)測

2017 年我礦首次利用YRH300 紅外熱像儀，對采、掘工作面頂?shù)装逑飵图跋锏栏呙皡^(qū)、采空區(qū)、進行準確全面探測，采用整體實時成像技術(shù)，能將所觀測物體的熱分布情況完美地顯現(xiàn)出來，從而能較好地區(qū)分出溫度過高區(qū)域找出隱患點，及時發(fā)現(xiàn)存在溫度過熱的區(qū)域，從而采取有效措施，避免自燃的發(fā)生，大大提高了防火工作效率，實現(xiàn)了早發(fā)現(xiàn)、早預防，同時減少了誤判的幾率。為今后的煤礦安全防火起到一定的幫助。

4 防火措施

4.1 煤巷掘進期間的防火

1）巷道掘進期間，主要采取噴漿的方法來隔絕氧氣與煤體的接觸，降低煤體的氧化速度，若巷道出現(xiàn)空頂高度超過0.5m，由施工單位打木垛接頂，并注充填材料或白泥。

2）由施工單位負責和安排人員配合防火檢查，自順槽拉口開始，每隔20m 在兩幫底板各挖一個檢查坑,規(guī)格不小于300mm×300mm，深度挖至硬底，防火員用紅外測溫儀和溫度計檢查坑內(nèi)溫度及是否存在漏氣現(xiàn)象，如溫度達到35℃時，由施工單位立即向高溫點注水降溫。

泌尿外科患者主要感染部位在于尿路,具有極高的發(fā)病率,而引起尿路感染因素如下:①年齡偏大,可隨著年齡的增加促使免疫機能發(fā)生退行性改變,繼而增加感染風險,加上我國空氣質(zhì)量的下降,易引起呼吸道疾病,發(fā)生肺部感染癥狀;②長期留置導尿管,且在執(zhí)行操作過程中未遵守無菌原則;③合并前列腺增生、神經(jīng)源性膀胱、尿路狹窄等多種疾病,易發(fā)生尿潴留現(xiàn)象,且滋生細菌,增加感染風險;尤其是手術(shù)治療后患者,存在免疫力低下現(xiàn)象,可受多種病原菌侵襲;④住院期間大量應用抗生素可進一步提高病原菌耐藥性,從而對疾病治療效果造成影響;為此在臨床上實施有效干預措施尤為重要,有利于減少感染風險,且進一步降低醫(yī)療糾紛發(fā)生率[3]。

3）若底板有漏氣現(xiàn)象，立即查明與瓦斯巷對應鉆孔，將下部瓦斯巷抽放鉆孔斷開，順槽前掘期間，控制巷道左幫輪廓線外5m 至右?guī)洼喞€外10m 范圍內(nèi)的穿層鉆孔，待工作面掘過后立即全部封堵永久停抽，每天對各瓦斯巷主抽放管路取樣并進行氣體成分化驗分析。

4）加強再生頂及巷幫煤柱的防火管理。西三下部采區(qū)1302 運輸順槽，巷幫煤柱內(nèi)。經(jīng)過瓦斯預抽，水力沖孔等措施后，受壓變形煤柱產(chǎn)生裂隙，長期抽放后，造成煤巖體漏風因此必須對1302 運輸順槽加強堵漏，對煤柱進行密封使其與氧氣隔絕，防止出現(xiàn)自然發(fā)火隱患。圖2 為西三下部采區(qū)1302 運輸順槽防火方法圖。①主要是對1302 運輸順槽加強支護，同時加強幫頂，巷道圍巖封閉，對巷道進行噴漿防止煤柱破碎漏風。②在1302 運輸順槽向12 煤再生頂浮煤處打眼注白泥。③對12 煤柱破碎處進行注水泥漿加固，防止煤柱破碎漏風。④加強鉆孔的密封管理與檢查。

圖2 西三下部采區(qū)1302 運輸順槽防火方法

4.2 回采過程中的防火

1）加強開采初期的防火管理。采煤工作面開切眼形成后，及時對架間灑阻化劑，工作面上隅順槽抹白泥漿，支架安裝完成后在架后埋設(shè)2 組束管探頭，監(jiān)測采空區(qū)“三帶”，便于根據(jù)煤層自然發(fā)火期確定開采進度。將注氮管路接至工作面下尾巷，每隔20-25m交替埋設(shè)，并隨工作面推進。同時，防火注漿管路接至工作面超前支護處，做好預防性灌漿準備。注氮管路埋設(shè)位置及防火墻位置，如圖3 所示。

圖3 注氮管路埋設(shè)位置及防火墻位置

2）回采初期，加強上尾巷的管理，減少采空區(qū)漏風。由于受超前壓力影響，上尾巷冒落不充分，空洞較大，漏風嚴重，對自然發(fā)火有一定影響。為減少漏風，我們采取以下措施：①加快推進進度；②及時對上尾巷打切頂眼，強制放頂；③及時對上尾巷托盤卸下，確保充份冒落；④加強火情況監(jiān)測，對采空區(qū)溫度，瓦斯、一氧化碳連續(xù)監(jiān)測；⑤對架間、架后、回風、上隅角進行檢測取樣化驗分析；⑥對工作面上下尾巷采用設(shè)置風障的方法，減少向采空區(qū)漏風。

3）嚴格控制穿層鉆孔預抽范圍和超前工作面距離。首先控制順槽上幫以里20m 范圍內(nèi)的穿層鉆孔全部封堵停抽，剩余鉆孔超前于工作面200m 范圍內(nèi)的對接抽放。200m 范圍以外的鉆孔臨時拆斷停抽，利用膠皮管封孔，隨工作面回采進度情況及時拆斷位于工作面前方5m 范圍內(nèi)的穿層鉆孔，并使用合成樹脂（每孔兩袋）和麻袋片封堵鉆孔，合成樹脂塞入封孔管內(nèi)的深度不少于3m，確保鉆孔封堵嚴密。

4）采取限量抽放降低抽放負壓。每天對主抽放管路取樣進行氣體成分化驗分析，如發(fā)現(xiàn)主管路CO 濃度超過0.0005%，瓦斯巷內(nèi)進行分段排查，即在該區(qū)段進行單孔CO 檢查，如果檢查單孔瓦斯抽放濃度低于10%或CO 濃度超過0.005%時，則對該孔進行臨時拆斷停抽。

4.3 回撤期間防火措施

1）工作面回撤前，在上、下尾巷各打一道防火墻，厚度不小于1m，與端頭支架封嚴，向工作面方向延伸10 組支架，高度要實底接頂，同時，對防火墻抹面，保證防火墻嚴密且不漏風。

2）工作面回撤期間，對下尾巷及運順上幫噴灑白泥，作業(yè)時保證白泥噴灑均勻，如白泥脫落，及時補噴白泥。在運輸順槽、回風順槽分別放一臺白泥泵。當監(jiān)測到一氧化碳時，對架前打眼，打眼角度向采空區(qū)方向斜上45°，并注白泥。

3）工作面回撤期間，在工作面、架間、上下尾巷、運回順端頭支架及采空區(qū)噴灑阻化劑，噴灑時確保均勻、無盲點。

4）對于開采易自燃煤層，采取在采煤工作面回風側(cè)設(shè)置調(diào)風設(shè)施，適當降低工作面風量，減少向采空區(qū)及煤體裂隙漏風。

5）采煤工作面停采線嚴禁在地質(zhì)構(gòu)造帶停采。

4.4 綜采封閉防火措施

1）綜采封閉期間及時封閉與采空區(qū)連通的巷道及各類廢棄鉆孔，采煤工作面回采結(jié)束45 天內(nèi)進行永久性封閉。

2）每個采煤工作面的封閉都要根據(jù)現(xiàn)場實際情況來制定專門的封閉措施，對運回順槽進行灌漿封閉。

3）沙門子外建兩道厚度不小于1.2m 的料石閉，兩道閉間留0.2m 的間距，下管注白泥。

（4）如果密閉附近圍巖破碎，封閉后，封閉前5m范圍內(nèi)幫頂及時進行噴漿處理。

4.5 噴灑阻化劑防火

1）阻化劑種類很多，我礦采用氯化鎂作為阻化劑，采用人工向采空區(qū)噴灑阻化劑，阻化劑溶液濃度在15%～20%之間。

2）阻化劑噴灑地點主要為采空區(qū)遺煤、巷道高冒區(qū)及石門揭穿自燃煤層時，對煤壁進行噴灑。

3）采空區(qū)噴灑阻化劑主要為工作面上隅角噴灑、煤壁噴灑、下尾巷向采空區(qū)噴灑、綜采支架架間空隙向采空區(qū)噴灑。

4.6 注白泥防火

1）當運輸順槽、回風順槽出現(xiàn)高溫點，必須及時噴漿封閉幫頂、采用注白泥方法進行處理，并設(shè)好觀測管、措施管，消除自然發(fā)火隱患。

2）工作面停采回收期間，為防止自然發(fā)火，對上、下尾巷封堵，下2 寸白泥管注白泥。

3）利用高壓白泥泵對工作面架后浮煤進行注白泥。由施工單位負責向架間斜上方，根據(jù)具體情況，采用6 分鐵管打入浮煤頂板處，接入高壓泵繩進行注白泥，防止自然發(fā)火。圖4 為高壓白泥泵對工作面架后浮煤進行注白泥的方式圖。

圖4 高壓白泥泵對工作面架后浮煤注白泥

5 結(jié) 論

通過采取以上綜合防火措施，紅陽二礦在西三下部采區(qū)多煤層聯(lián)合開采防火方面取得了較大成績，不僅有效防范和遏制了采掘工作面自然發(fā)火現(xiàn)象的發(fā)生，更是為采煤工作面實現(xiàn)高效安全回采創(chuàng)造了有利條件，確保了礦井安全生產(chǎn)，為我礦其它工作面的防火工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。