東曲礦12514綜采工作面自然發(fā)火綜合防治技術(shù)實(shí)踐

譚亞軍

摘 要：針對(duì)東曲礦12514綜采工作面煤層易自燃的問(wèn)題，在對(duì)煤層自然發(fā)火特性進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，選擇以噴灑阻化劑為主，輔以束管監(jiān)測(cè)、注氮、構(gòu)筑防火門(mén)墻的綜合防滅火技術(shù)，制定并落實(shí)了現(xiàn)場(chǎng)安全管控措施。實(shí)踐表明：實(shí)施這一系列綜合防滅火技術(shù)措施后，杜絕煤層自燃，確保工作面的安全回采。

關(guān)鍵詞：自燃發(fā)火;阻化劑;綜合防滅火;安全回采

綜采技術(shù)是當(dāng)前井工煤礦開(kāi)采的主要方式，但由于工作面開(kāi)采過(guò)程中頂板冒落不嚴(yán)實(shí)、遺留浮煤多、漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題，大大增加了井下煤炭開(kāi)采過(guò)程中的自燃風(fēng)險(xiǎn)[1]。東曲煤礦12514綜采工作面所在的2#煤層屬于Ⅱ類(lèi)易自燃煤層，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，爆炸指數(shù)32.65%，煤層絕對(duì)瓦斯涌出量14m3/min，安全生產(chǎn)壓力巨大，尤以工作面回采過(guò)程中的防滅火工作為首。

1 工作面概況

12514工作面工作面走向長(zhǎng)度約1200m，傾斜長(zhǎng)為220m，北東部為2#煤輔助運(yùn)輸巷，南東部和南西部均為采區(qū)邊界，北西部為12512工作面，煤層厚度在0.79～1.62m之間，平均煤厚為1.31m，局部有夾矸，屬穩(wěn)定型煤層，回采方式選用綜合機(jī)械化一次性采全高，采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，軌道順槽進(jìn)風(fēng)，皮帶順槽回風(fēng)。

2 自然發(fā)火危險(xiǎn)性分析

①綜采設(shè)備笨重，安裝、移動(dòng)程序繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，加上工作面走向長(zhǎng)度較大，導(dǎo)致工作面回采速度較慢，采空區(qū)遺煤較多，導(dǎo)致自然發(fā)火各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)監(jiān)測(cè)困難，難以準(zhǔn)確判斷采空區(qū)自燃“三帶”分布區(qū)域，尤其是停采撤面時(shí)，難以保證采空區(qū)封閉的可靠性;②工作面兩側(cè)順槽頂板上的留煤受掘進(jìn)和回采擾動(dòng)的影響破裂變碎，棚網(wǎng)中堆積的碎煤處于長(zhǎng)期氧化蓄熱升溫狀態(tài)，且兩順槽端頭處煤炭回采率低，隨著工作面回采推進(jìn)，棚網(wǎng)的碎煤和端頭處未采的頂煤冒落進(jìn)行采空區(qū)，縮短了采空區(qū)遺煤自然發(fā)火期，漏風(fēng)環(huán)境下易引發(fā)自然發(fā)火。

鑒于該工作面開(kāi)采條件的復(fù)雜性，單一的措施難以保證預(yù)期的防滅火效果，因此，從可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面著手，采取以噴灑阻化劑為主，輔以束管監(jiān)測(cè)、注氮、構(gòu)筑防火門(mén)墻的綜合技術(shù)措施來(lái)防治該工作面自然發(fā)火[2]。

3 綜合防滅火技術(shù)措施

3.1 采空區(qū)埋設(shè)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

針對(duì)12514工作面實(shí)際情況，在采空區(qū)埋設(shè)移動(dòng)式束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由專(zhuān)人定期用球膽采集氣體帶至地面進(jìn)行化驗(yàn)，分析氣體組成及各組分含量，結(jié)合工作面回采進(jìn)度相關(guān)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行采空區(qū)遺煤自然發(fā)火早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置方式如下：沿工作面軌道順槽向采空區(qū)敷設(shè)布點(diǎn)，在巷道底靠外幫鋪設(shè)內(nèi)徑為2寸的鋼管作為保護(hù)管，管內(nèi)穿有三芯內(nèi)徑為8mm的束管，束管每隔30m設(shè)置一采樣器，每個(gè)采樣器連接一路束管，測(cè)點(diǎn)采樣器外加套管保護(hù);為防止束管因塵埃和冷凝水堵管，在井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)氣口處設(shè)置濾塵器和吸濕器，同時(shí)，束管與束管之間用10mm的銅管連接，所有接口均用環(huán)氧樹(shù)脂封閉，以確保束管連接處密封性良好。

如圖1所示，4#測(cè)點(diǎn)設(shè)置在工作面回風(fēng)上隅角，隨著工作面的推進(jìn)，1#、2#、3#束管采樣器依次進(jìn)入采空區(qū)，在4#測(cè)點(diǎn)用便攜式抽氣泵取樣，在采空區(qū)推移超過(guò)2#點(diǎn)約30m時(shí)，把1#點(diǎn)截開(kāi)，重新布點(diǎn)，依次循環(huán)，直至整個(gè)工作面采煤過(guò)程結(jié)束。

圖1? ?采空區(qū)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置

3.2 噴灑阻化劑

將阻化劑MgCl2倒入儲(chǔ)液箱內(nèi)，利用井下供水官網(wǎng)加入清水配成濃度為20%的阻化液，用BH-40/2.5型阻化劑液壓泵將阻化液沿順槽鋪設(shè)（每20m安設(shè)一個(gè)三通截止閥）的φ25mm高壓膠管壓至工作面，與φ13mm的膠管和噴槍相連。一臺(tái)泵配一支噴槍?zhuān)瑱z修作業(yè)時(shí)，由專(zhuān)人手持噴槍?zhuān)瑥闹Ъ荛g隙向采空區(qū)噴灑，充分濕潤(rùn)架后浮煤，每間隔5組支架?chē)娨淮危看螄姙⒅辽?min，流量不小于35L/min，尤其是工作面兩側(cè)順槽端頭移架冒落后，存在大量蓄熱氧化的浮煤，加大噴灑量，以便浮煤全面被阻化液濕潤(rùn)。當(dāng)工作面月推進(jìn)至停采線(xiàn)80m時(shí)，也相應(yīng)增大噴灑量，每次噴灑至少8min，流量不小于45L/min，確保阻化效果。

3.3 采空區(qū)注氮

采空區(qū)注氮主要是通過(guò)稀釋采空區(qū)氧濃度、冷卻遺煤、給采空區(qū)增壓等作用來(lái)抑制漏風(fēng)來(lái)影響遺煤氧化帶的寬度，從而達(dá)到防滅火的效果。根據(jù)東曲礦的實(shí)際情況，建立靈活機(jī)動(dòng)的井下移動(dòng)式注氮防滅火系統(tǒng)，注氮硐室地點(diǎn)設(shè)在12509軌道聯(lián)絡(luò)巷中，沿著12509軌道聯(lián)絡(luò)巷→西翼回風(fēng)巷→聯(lián)絡(luò)巷→五采2#煤輔助運(yùn)輸巷→工作面→采空區(qū)，鋪設(shè)直徑為75mm無(wú)縫鋼管管路，采取開(kāi)放式注氮方式，注氮機(jī)選用DM-1000型。第一個(gè)氮?dú)忉尫趴谠O(shè)在開(kāi)切眼，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)釋放口埋入采空區(qū)30m后開(kāi)始注氮，同時(shí)埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移動(dòng)步距設(shè)定為30m，當(dāng)?shù)诙俗⒌芸诼袢氩煽諈^(qū)30m后向采空區(qū)注氮，同時(shí)斷開(kāi)第一條管路，如此循環(huán)，直至工作面采完為止。注氮量根據(jù)采空區(qū)氧化帶氧含量進(jìn)行計(jì)算，注氮時(shí)間不少于10h/d，具體如下式：

（1）

式中：QN-注氮流量，m3/min;C1-采空區(qū)氧化帶內(nèi)原始氧濃度，18%;C2-注氮防火惰化指標(biāo)，7%;QV-采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)量，4m3/min;CN-注入氮?dú)庵械牡獨(dú)鉂舛龋?7%。

計(jì)算得出QN為11m3/min，安全備用系數(shù)取1.3，采空區(qū)防滅火的最大注氮量為11×1.3=14.3m3/min=858m3/h。

3.4 構(gòu)筑防火門(mén)墻

12514工作面生產(chǎn)、通風(fēng)系統(tǒng)形成后，在工作面兩順槽端口處內(nèi)側(cè)（距聯(lián)絡(luò)巷口6m左右），每隔20～30m，采用磚、沙等不燃性材料構(gòu)筑設(shè)置一防火門(mén)墻，墻體厚度不小于500mm，可有效增大采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)阻，降低工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)量，縮小自燃氧化帶寬度，從而抑制遺煤自燃。

3.5 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管控

①?lài)?yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行回采，工作面回采到停采線(xiàn)時(shí)，盡快撤出支架，采取措施使頂板冒落嚴(yán)實(shí)，在45天內(nèi)對(duì)工作面進(jìn)行永久密閉;②根據(jù)工作面煤層厚度，合理選擇支架和采煤設(shè)備，一次采全高，不留頂煤、不留底煤，在回采過(guò)程中，及時(shí)清理干凈工作面的浮煤;③加強(qiáng)井下作業(yè)空間可燃物管理，嚴(yán)格按操作規(guī)程規(guī)范使用，存放在指定位置;機(jī)電設(shè)備硐室、檢修硐室、油脂庫(kù)、材料庫(kù)以及掘進(jìn)巷道皮帶機(jī)頭前后兩端20m范圍內(nèi)，均不燃性材料支護(hù);④加強(qiáng)對(duì)機(jī)電設(shè)備、供電線(xiàn)路以及皮帶保護(hù)裝置等設(shè)備的日常檢查和維護(hù)力度，使用靈敏、可靠，嚴(yán)防因電氣設(shè)備失爆、線(xiàn)路故障和皮帶摩擦引發(fā)火災(zāi)事故的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

①井工煤礦綜采工作面環(huán)境條件復(fù)雜，受煤層賦存情況、開(kāi)采工藝、現(xiàn)場(chǎng)安全管理等諸多因素影響，潛在的自然發(fā)火致因較多，安全風(fēng)險(xiǎn)高，防治難度大，需因地制宜采取措施，不可照搬照抄;②通過(guò)制定并實(shí)施以噴灑阻化劑為主，輔以束管監(jiān)測(cè)、注氮、構(gòu)筑防火門(mén)墻的綜合技術(shù)措施，有效遏制了煤炭自然發(fā)火，12514工作面按期采畢并實(shí)現(xiàn)永久封閉，未發(fā)生火災(zāi)事故，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。同時(shí)，該綜合防滅火技術(shù)實(shí)踐也為本礦其他工作面的防滅火工作提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]余明高，張耀峰，褚廷湘.易自燃特厚煤層綜放面防（滅）火技術(shù)探析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32（1）：6-11.

[2]丁永祿，董偉，郝軍.工作面回撤期間封閉和注液氮防滅火技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（2）：49-51.