緩?fù)七M(jìn)大傾角綜放工作面綜合防滅火技術(shù)

何 驍

(山東濟(jì)礦魯能煤電股份有限公司陽(yáng)城煤電，山東 汶上 272502)

1 3306 工作面概況

3306 工作面位于三采區(qū)下山北翼，為陽(yáng)城煤礦三采區(qū)第五個(gè)綜采放頂煤工作面，上順鄰近3304采空區(qū)，采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤一次采全高全部垮落法。

3306 綜放工作面開(kāi)采煤層為山西組（P1s）的3 煤，亮煤為主，次為鏡煤，含少量暗煤及絲炭。階梯狀斷口，條帶結(jié)構(gòu)。中上部多為塊狀硬質(zhì)煤，下層為塊狀硬質(zhì)煤，局部含夾矸，夾矸為泥巖。煤層底板標(biāo)高位于-743～ -920m 之間，平均煤層厚度7.2m，屬于穩(wěn)定的厚煤層。3 煤層屬于Ⅱ類(lèi)自燃煤層，最短自然發(fā)火期為33d，煤塵爆炸系數(shù)為37.28%，火焰長(zhǎng)度＞400mm。工作面采用全風(fēng)壓上行通風(fēng)方式，皮帶順槽進(jìn)風(fēng)，軌道順槽回風(fēng)，風(fēng)量約1000m3/min 左右。

3306 綜放工作面走向長(zhǎng)度677m，傾斜長(zhǎng)度202m，共134 個(gè)支架，上下各3 個(gè)支架不放煤。該工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層煤體結(jié)構(gòu)整體主要呈條帶狀結(jié)構(gòu)，煤層傾角24°～32°，平均27°。工作面兩順槽及切眼掘進(jìn)期間，共計(jì)揭露斷層12 條，均為正斷層，其中落差3.0m 以上的斷層4 條。臨近斷層附近時(shí)，受構(gòu)造應(yīng)力作用，煤體結(jié)構(gòu)多呈現(xiàn)碎裂結(jié)構(gòu)、碎粒結(jié)構(gòu)、粉粒結(jié)構(gòu)等。

3306 綜放工作面2018 年9 月份推采31.1m，10 月份推采13.7m，11 月份推采41m，12 月推采49.2m，2019 年1 月推采26.5m?？梢?jiàn)3306 綜放工作面推采速度緩慢，存在較大自然發(fā)火隱患，預(yù)防自然發(fā)火工作十分艱巨。因此，根據(jù)工作面開(kāi)采實(shí)際，研究提出緩?fù)七M(jìn)大傾角綜放工作面綜合防滅火技術(shù)方法并組織實(shí)施，十分必要。

2 3306 綜放工作面防火問(wèn)題分析

2.1 3306 綜放工作面防火重點(diǎn)

（1）工作面遇斷層破碎帶、頂板離層區(qū)和破碎帶、地質(zhì)破壞區(qū)等特殊構(gòu)造。工作面聯(lián)網(wǎng)地點(diǎn)增多，工作面上工字鋼地點(diǎn)增多，工作量加大，推采速度減緩，導(dǎo)致自燃危險(xiǎn)性增大。因此，工作面過(guò)特殊構(gòu)造帶是工作面及采空區(qū)易發(fā)生自燃火災(zāi)的地點(diǎn)。

（2）鄰近停采線附近。工作面全面上網(wǎng)，后部采空區(qū)不再放煤，工作量加大，采空區(qū)遺煤增多，停采后不能及時(shí)撤面、封閉，自然發(fā)火危險(xiǎn)性加大。因此，鄰近停采線附近更易發(fā)生自燃火災(zāi)，是防火的重中之重。

（3）工作面初采期間。切眼從揭露煤體至開(kāi)始回采間隔時(shí)間長(zhǎng)（6 個(gè)月左右而且受沖擊地壓影響），煤體破碎致使破碎煤體同空氣接觸時(shí)間長(zhǎng)，自然發(fā)火隱患大。

2.2 3306 綜放工作面防火難點(diǎn)

（1）沖擊地壓威脅區(qū)域自然發(fā)火防治。

（2）工作面上、下順槽變形量大，無(wú)法確定后部采空區(qū)漏風(fēng)通道及漏風(fēng)規(guī)律。

（3）準(zhǔn)確判定自然發(fā)火危險(xiǎn)位置區(qū)域，預(yù)測(cè)采空區(qū)高溫地點(diǎn)。

（4）緩?fù)七M(jìn)綜放工作面過(guò)特殊構(gòu)造自燃火災(zāi)的防治。

3 3306 綜放工作面綜合防滅火技術(shù)

針對(duì)緩?fù)七M(jìn)大傾角綜放工作面實(shí)際情況及工作面防火重點(diǎn)和難點(diǎn)，采取預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防火擋風(fēng)墻封堵、阻化泡沫防火、高位鉆孔防火、惰性氣體防火、凝膠防火及穩(wěn)定通風(fēng)等綜合防滅火技術(shù)。

3.1 自然發(fā)火氣體指標(biāo)

根據(jù)2011 年11 月16 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室出具的《陽(yáng)城煤礦3 煤層自然發(fā)火指標(biāo)氣體測(cè)試報(bào)告》以及礦自然發(fā)火監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，確定CO、C2H6、C3H8、C2H4、C2H2作為3煤層自然發(fā)火指標(biāo)氣體。

CO 氣體在30℃時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)，但其生成量在低溫氧化階段較小，在該階段工作面回風(fēng)隅角內(nèi)CO濃度一般20ppm 以下，回風(fēng)流內(nèi)CO 濃度在10ppm以下，采空區(qū)遺煤處于常溫自然氧化階段。當(dāng)煤溫達(dá)到70℃左右CO 生成量迅速增加，工作面回風(fēng)隅角、回風(fēng)流內(nèi)CO 濃度上升，回風(fēng)隅角內(nèi)CO 濃度可達(dá)20ppm 以上，回風(fēng)流內(nèi)CO 濃度在10pm 以上。這說(shuō)明該溫度下煤已經(jīng)開(kāi)始迅速氧化，采空區(qū)遺煤進(jìn)入蓄熱氧化階段。當(dāng)回風(fēng)流或回風(fēng)隅角內(nèi)檢測(cè)出C2H6氣體時(shí)，采空區(qū)遺煤進(jìn)入加速氧化過(guò)程。C2H6氣體出現(xiàn)說(shuō)明煤溫已經(jīng)達(dá)到90℃，C3H8氣體出現(xiàn)說(shuō)明煤溫已經(jīng)達(dá)到117℃，C2H4的出現(xiàn)表明煤溫已經(jīng)達(dá)到130℃以上。當(dāng)回風(fēng)流或回風(fēng)隅角內(nèi)檢測(cè)出C2H2氣體時(shí)，采空區(qū)遺煤進(jìn)入激烈氧化階段，C2H2的出現(xiàn)已說(shuō)明煤溫至少已經(jīng)超過(guò)200℃，一般認(rèn)為出現(xiàn)明火。

3.2 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

采用人工檢測(cè)、束管監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控和人工采樣分析的方法對(duì)工作面煤層發(fā)火情況進(jìn)行檢測(cè)，主要?dú)怏w指標(biāo)有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4。監(jiān)測(cè)地點(diǎn)主要包括進(jìn)、回風(fēng)側(cè)老塘及回風(fēng)流，進(jìn)、回風(fēng)隅角支架后部，工作面支架架中、架后。

采取紅外線測(cè)溫儀對(duì)工作面架間、架后溫度進(jìn)行測(cè)定，并繪制工作面溫度變化曲線圖。根據(jù)工作面人工檢測(cè)CO 濃度及溫度變化曲線情況及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

3.3 隔離墻封堵技術(shù)

在工作面上、下端頭，建立防火擋風(fēng)墻，間距一般為10～15m。防火擋風(fēng)墻使用碎煤袋進(jìn)行砌筑，對(duì)墻內(nèi)壓注凝膠進(jìn)行密實(shí)，使用高分子材料對(duì)防火擋風(fēng)墻、隅角裸露煤體及金屬網(wǎng)進(jìn)行噴涂封堵，保證隅角封堵效果。上、下隅角懸掛擋風(fēng)簾，擋風(fēng)簾吊掛要靠幫、靠頂、靠底，減少采空區(qū)漏風(fēng)帶寬度。

3.4 凝膠防火技術(shù)

凝膠以隔離、堵漏、降溫作為防滅火措施，與惰性氣體配合使用。3306 工作面過(guò)特殊構(gòu)造帶期間、初采期間均采用凝膠防滅火技術(shù)，效果顯著。

凝膠基料采用液態(tài)水玻璃，促凝劑采用小蘇打。通過(guò)地面凝膠池、注膠管路將水玻璃運(yùn)輸至井下注膠地點(diǎn)，在井下注膠地點(diǎn)外約200～300m 處安設(shè)凝膠壓注系統(tǒng)。

凝膠壓注系統(tǒng)由MNB-80/50T 型礦用移動(dòng)式凝膠泵、基料桶、配液箱以及混合器、高壓膠管組成。凝膠泵吸液通過(guò)混合器將基料、促凝劑溶液混合均勻后，通過(guò)預(yù)先埋設(shè)的花管壓入采空區(qū)，混合液可在10 ～60s 內(nèi)由液態(tài)形成固態(tài)膠體。凝膠防火工藝具有液體狀態(tài)下充分滲透、成膠時(shí)吸熱、成膠后包裹煤體并形成堆積堵漏的特點(diǎn)。

3306 工作面緩慢推采期間，利用MNB-80/50T型礦用移動(dòng)式凝膠泵對(duì)工作面采空區(qū)進(jìn)行打眼壓注凝膠，對(duì)工作面全面壓注凝膠，要求每臺(tái)支架必須保證兩個(gè)注膠孔，其中架中孔孔深6～7m，仰角45°～60°；架后孔孔深5～6m，仰角大于60°；架前孔孔深8～9m，仰角30°～45°，如圖1 所示。每孔注膠量保證在6～10 箱（10.2～17m3），當(dāng)注膠孔內(nèi)流水溫度超過(guò)34℃時(shí)，加大此處注膠眼注膠量，成膠時(shí)間控制在10～15s 內(nèi)。每組注膠孔保持一注、一備、一施工狀態(tài)，注膠孔施工完畢后管口及時(shí)封閉。

圖1 注膠孔布置圖

3.5 二氧化碳防滅火技術(shù)

采用二氧化碳高泡阻化綜合滅火技術(shù)，用現(xiàn)有的注二氧化碳系統(tǒng)和DPZ－1 阻化泡沫裝置在工作面將二氧化碳、泡沫劑和阻化劑進(jìn)行混合，然后通過(guò)鉆機(jī)施工的高位深部鉆孔，向采空區(qū)壓注二氧化碳阻化泡沫，利用泡沫高泡的隔絕、破泡后釋放的二氧化碳惰性氣體以及泡沫帶進(jìn)阻化劑覆蓋包裹煤體，對(duì)采空區(qū)及防滅火區(qū)域進(jìn)行惰化。

3.6 高位鉆孔防滅火技術(shù)

在兩順槽利用探水鉆機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)工作面134#架至90#架每隔5 個(gè)支架向采空區(qū)施工高位深部鉆孔（如圖2 所示），并做好鉆桿和孔壁之間的縫隙封堵。每施工一個(gè)鉆孔后進(jìn)行注膠，成膠時(shí)間控制在40～60s，確保采空區(qū)建立凝膠隔離帶。

3.7 惰性氣體防滅火技術(shù)

加大采空區(qū)灌注惰性氣體的強(qiáng)度。工作面上下順槽設(shè)置直徑不低于Φ108mm 的防滅火管路。通過(guò)工作面壓注凝膠后的高位深部鉆孔和在上、下隅角預(yù)埋的防火管路，向采空區(qū)內(nèi)壓注二氧化碳或氮?dú)舛杌煽諈^(qū)環(huán)境。

3.8 穩(wěn)定通風(fēng)

加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)管理，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。確保風(fēng)門(mén)、風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施嚴(yán)密不漏風(fēng)，對(duì)風(fēng)門(mén)安裝可靠的閉鎖裝置并安裝風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器，嚴(yán)禁兩道風(fēng)門(mén)同時(shí)打開(kāi)。測(cè)風(fēng)員每天對(duì)3306 工作面進(jìn)行測(cè)風(fēng)，對(duì)上、下順槽鼓幫、變形、底鼓段進(jìn)行擴(kuò)幫臥底，保證通風(fēng)斷面，避免因通風(fēng)阻力加大造成采空區(qū)漏風(fēng)系數(shù)加大，致使窒息帶向后移動(dòng)，減小自然發(fā)火幾率。

緩?fù)七M(jìn)大傾角綜放工作面自燃發(fā)火原因復(fù)雜，單一防火技術(shù)不能有效控制煤炭自然發(fā)火，綜合利用多種防滅火技術(shù)可以有效控制緩?fù)七M(jìn)大傾角綜放工作面自然發(fā)火。

圖2 高位鉆孔示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)緩?fù)七M(jìn)大傾角3306 綜放工作面開(kāi)采實(shí)際，采取預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、隔離墻封堵、凝膠防火、阻化泡沫防火、高位鉆孔防火、惰性氣體防火、穩(wěn)定通風(fēng)等綜合防滅火技術(shù)措施，避免了工作面自然發(fā)火事故的發(fā)生，確保了3306 工作面安全回采，形成了較為全面系統(tǒng)的、適合緩?fù)七M(jìn)大傾角綜放工作面的防滅火技術(shù)體系，為類(lèi)似條件下工作面開(kāi)采的自然發(fā)火防治提供有益借鑒。