淺析綜采工作面的防滅火安全措施

王 龍

（山西焦煤集團(tuán)西山煤電屯蘭煤礦，山西 太原 030052）

煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互交織，且危險(xiǎn)源分布較多，因此綜采工作面是各種災(zāi)害危險(xiǎn)程度較高的區(qū)域。 其中，火災(zāi)是危害較大、影響較廣的重點(diǎn)災(zāi)害之一，是煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命安全的重要影響因素。

工作面回采過程中，受工藝條件限制，采空區(qū)等位置存在大量遺煤，而當(dāng)采空區(qū)存在漏風(fēng)、溫升等發(fā)火條件時(shí)， 在漏入風(fēng)流中氧氣的助燃作用下，遺煤可能發(fā)生自燃。 另一方面，采空區(qū)瓦斯在漏風(fēng)作用下向回風(fēng)上隅角擴(kuò)散，從而引起回風(fēng)隅角瓦斯超限，在遇到靜電火花或電氣明火時(shí)，引發(fā)瓦斯燃燒或爆炸等事故。 井下火災(zāi)后果嚴(yán)重，輕則造成礦井設(shè)施和設(shè)備損壞，重則造成重大人員傷亡，甚至礦井停產(chǎn)、封閉[1-3]。因此，應(yīng)通過施行合理的防滅火安全措施，保障井下生產(chǎn)安全。

1 工作面及通風(fēng)概況

屯蘭礦22301 工作面位于北三盤區(qū)右翼，主采1#、2#、3#煤層， 巷道主要包括膠帶順槽、 工作面巷道、軌道順槽和瓦斯治理巷等，工作面走向平均長度2 650 m，傾向?qū)挾?05 m。工作面整體呈向斜構(gòu)造，軸部位于切眼向外1 500 m 處，沿回采方向東翼整體呈下山趨勢(shì)，傾角2°～8°，西翼沿回采方向整體呈上山趨勢(shì)，傾角2°。

22301 工作面采用“U”型通風(fēng)方式，即軌道順槽進(jìn)風(fēng)，膠帶順槽回風(fēng)。 瓦斯預(yù)測(cè)分析可知，22301 工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為37 m3/min， 風(fēng)排瓦斯量為6 m3/min，屬Ⅱ類自燃煤層，瓦斯來源主要為本煤層及上、下鄰近層瓦斯。 另外，在向斜軸部附近可能存在瓦斯富集區(qū)，回采至該段時(shí)需重點(diǎn)加強(qiáng)瓦斯日常管理工作。 工作面順槽掘進(jìn)期間共揭露兩條正斷層，其中F1斷層延伸進(jìn)入工作面，在工作面回采過揭露斷層時(shí)，可能出現(xiàn)瓦斯涌出量增大。

2 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

表1 22301 工作面的防滅火安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

對(duì)于22301 工作面，分析可知，火災(zāi)危險(xiǎn)主要包括采空區(qū)遺煤自燃（內(nèi)因火災(zāi)）和工作面外因火災(zāi)兩項(xiàng)。 利用作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法（LEC 法)可對(duì)以上危險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，從而為安全治理措施的制定提供基礎(chǔ)依據(jù)[4-6]。 22301 工作面的防滅火風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果見表1， 各項(xiàng)危險(xiǎn)源的安全風(fēng)險(xiǎn)值D 均為90，屬于一般風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3 防滅火系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)措施

3.1 工作面防滅火系統(tǒng)組成

22301 工作面防滅火系統(tǒng)主要由氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、防滅火膠體系統(tǒng)、注氮系統(tǒng)、阻化劑系統(tǒng)、滅火器和沙箱等組成，見圖1。不同系統(tǒng)可對(duì)采空區(qū)遺煤自燃和工作面外因火災(zāi)等進(jìn)行針對(duì)性防治。

圖1 22301 工作面防滅火系統(tǒng)組成

3.2 工作面內(nèi)因火災(zāi)防治措施

（1）加強(qiáng)氣體監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)

由于煤在氧化發(fā)熱過程中可釋放出碳?xì)洹⑻佳躅悮怏w，且釋放量可隨溫度升高而增加，因此可通過監(jiān)測(cè)氣體濃度變化， 對(duì)遺煤自燃進(jìn)行預(yù)報(bào)和防治。

①井下傳感器監(jiān)測(cè)

工作面回采期間，在回風(fēng)上隅角和回風(fēng)巷中安裝CH4、CO 和溫度檢測(cè)儀， 每班對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并分析有無自然發(fā)火的征兆；掌握采空區(qū)內(nèi)氣體變化情況，對(duì)一氧化碳升高的地點(diǎn)（10 ppm），每天觀測(cè)一次，做好超前防范工作；每周對(duì)采空區(qū)等發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域進(jìn)行一次全面觀測(cè)，包括現(xiàn)場氣體成分和含量、氣溫及壓差等。

②束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

22301 工作面使用KSS-200 型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在兩側(cè)巷道對(duì)應(yīng)采空區(qū)內(nèi)部150 m 范圍內(nèi)，單側(cè)等間隔布置3 處采樣點(diǎn)，束管可將采空區(qū)內(nèi)的氣體不間斷地輸送至地面監(jiān)測(cè)站，然后通過氣相色譜儀對(duì)標(biāo)志性氣體成分進(jìn)行分析， 由此預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)區(qū)溫度，并對(duì)煤的氧化情況進(jìn)行分析。

（2）噴灑防滅火膠體

以防火阻燃硅膠為原料， 與水按濃度0.5%配制， 然后用井下移動(dòng)注漿機(jī)將其噴灑至采空區(qū)內(nèi)，由此可在采空區(qū)遺煤、 矸石表面形成一層含水量高、可隔絕氧氣的覆膜，從而阻斷遺煤自燃的發(fā)生條件。 另一方面，所噴灑液體在形成膠體和水分揮發(fā)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生吸熱現(xiàn)象，從而降低易發(fā)熱區(qū)域的溫度，形成條帶狀阻燃區(qū)。

隨著回采工作面推進(jìn)， 在采空區(qū)內(nèi)每隔10 m噴灑一次，每次覆蓋寬度1 m，膠層厚度0.02 m，則一次噴灑體積V膠計(jì)算如下：

式中：L 為工作面傾向長度；B 為噴灑寬度；h 為膠層厚度。

（3）采空區(qū)注氮

通過盤區(qū)內(nèi)的注氮泵和注氮管路等設(shè)施，間歇性地將高濃度的氮?dú)廨斎氩煽諈^(qū)后部， 一方面，可將采空區(qū)易氧化區(qū)域內(nèi)的含氧空氣替換為惰性氮?dú)?，降低遺煤氧化速率；另一方面，注氮過程提高了采空區(qū)壓力， 從而減少了工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量。

注氮管路采用3 根3 寸管，從回風(fēng)上隅角伸入采空區(qū)內(nèi)部，伸入長度分別為30 m、60 m、90 m，每日注氮量Qn計(jì)算如下：

式中：b 為工作面每日推進(jìn)深度；H 為采高；K1 為采空區(qū)氣體置換系數(shù)， 取K1=2-3；K2為采空區(qū)冒落巖石的松散系數(shù)， 取K2=0.75-0.85；K3為工作面推進(jìn)速度校正系數(shù)，取K3=0.6。

（4）噴灑阻化劑

阻化劑由高分子材料組成， 與水配比濃度為15%，可在煤表面形成抗氧化保護(hù)膜，從而阻斷煤的自燃。

在22301 軌道巷內(nèi)布置阻化泵和阻化劑管道，每班工作人員向采空區(qū)噴灑阻化劑，每次的噴灑量V阻計(jì)算如下：

式中：K′為阻化劑富裕系數(shù)， 取K′=1.2；γc為采空區(qū)遺煤容重；B′為阻化劑噴灑寬度；h′為遺煤厚度；A為遺煤吸收阻化劑量；γ 為阻化劑的容重。

3.3 工作面外因火災(zāi)防治措施

除由遺煤自燃產(chǎn)生的內(nèi)因火災(zāi)外，在工作面發(fā)生的外因性火災(zāi)也將對(duì)安全生產(chǎn)造成重大影響，因此必須制定針對(duì)性防治措施，具體如下：

（1）加強(qiáng)易燃物品管理

禁止在工作面及周邊區(qū)域儲(chǔ)存油料、棉紗等易燃物品。 另外，在設(shè)備維修、擦拭期間產(chǎn)生的廢布、棉紗等物，應(yīng)就近裝入回收裝置，帶回地面。

（2）使用阻燃性材料

首先， 皮帶輸送機(jī)應(yīng)采用具有阻燃性能的皮帶，防止皮帶跑偏或異常工況下摩擦起火；其次，對(duì)于皮帶輸送機(jī)頭部周邊及油料庫區(qū)域，應(yīng)采用阻燃性支護(hù)材料；最后，在兩側(cè)順槽內(nèi)應(yīng)施工防火門墻，同時(shí)保證有足夠數(shù)量的封門用防火板。

（3）布置區(qū)域滅火設(shè)施

在巷道內(nèi)每隔50 m 設(shè)置一個(gè)灑水 “三通”，每個(gè)支架底座處安設(shè)一道噴霧；在油料庫、皮帶輸送機(jī)、液壓支架旁，合理設(shè)置滅火器、沙箱等滅火裝置。

（4）電氣火災(zāi)防治

首先，做好電氣故障防護(hù)，防止電氣火災(zāi)發(fā)生；其次，在電氣火災(zāi)發(fā)生時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷電源，并使用不導(dǎo)電材料進(jìn)行滅火。

3.4 綜合防滅火措施

（1）減少采空區(qū)漏風(fēng)

為減小工作面向采空區(qū)漏風(fēng)，在工作面采取以下兩方面措施：第一，根據(jù)“U”型通風(fēng)方式流場特點(diǎn)，在回風(fēng)巷內(nèi)施工一處永久調(diào)節(jié)風(fēng)門，用于調(diào)節(jié)采空區(qū)與工作面的壓差，減小漏風(fēng)量，同時(shí)避免回風(fēng)隅角瓦斯涌出；第二，在進(jìn)風(fēng)隅角懸掛帆布風(fēng)障。

（2）合理安排生產(chǎn)，提高回采率

一方面，應(yīng)通過合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，加快工作面的回采速度，從而減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌出量；另一方面，通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，盡量一次采全高，避免留煤，同時(shí)注意清掃工作面端頭的浮煤，提高回采率。

（3）做好滅火預(yù)案

首先，當(dāng)在工作面發(fā)生火災(zāi)時(shí)，現(xiàn)場人員應(yīng)根據(jù)火災(zāi)性質(zhì)、通風(fēng)和瓦斯?fàn)顩r，立即采取相應(yīng)措施進(jìn)行滅火；其次，應(yīng)迅速向礦調(diào)度室匯報(bào)火災(zāi)情況，調(diào)度室組織相關(guān)人員按礦區(qū)滅火預(yù)案進(jìn)行人員施救和滅火作業(yè)；最后，在滅火過程中，必須指定專人對(duì)瓦斯、一氧化碳等有害氣體進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)甲烷濃度達(dá)到0.8%或一氧化碳濃度達(dá)到24 ppm 時(shí)，所有職工必須立即撤離現(xiàn)場， 由專業(yè)滅火人員進(jìn)行滅火。

4 結(jié)語

1）屯蘭礦22301 工作面所采煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，利用作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法可知，其發(fā)生采空區(qū)遺煤自燃和工作面外因火災(zāi)的危險(xiǎn)性等級(jí)均為一般風(fēng)險(xiǎn)。

2）工作面內(nèi)因火災(zāi)防治措施包括加強(qiáng)氣體監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)、噴灑防滅火膠體、采空區(qū)注氮和噴灑阻化劑等，可有效抑制采空區(qū)遺煤自燃。

3）工作面外因火災(zāi)防治措施包括加強(qiáng)易燃物品管理、使用阻燃性材料、布置區(qū)域滅火設(shè)施、做好電氣火災(zāi)防治等。

4）工作面綜合防滅火措施包括減少采空區(qū)漏風(fēng)、提高回采率、做好滅火預(yù)案等。