綜采工作面采空區(qū)與防滅火技術(shù)研究

張瑜良

摘要：綜放工作面采空區(qū)遺煤自燃綜合防治是一項系統(tǒng)工程，涉及采煤、瓦斯與火耦合、通風(fēng)管理、監(jiān)測監(jiān)控等諸多領(lǐng)域，是“一通三防”重要工作 內(nèi)容之一。通過對綜放工作面采空區(qū)各個時期煤自燃必備因素分析。針對性地給出各項防治技術(shù)及實施方法。常規(guī)技術(shù)與先進(jìn)技術(shù)合理搭配、優(yōu)勢互補。該項技術(shù)指導(dǎo)理論和技術(shù)實施方案已在眾多礦井得到了成功實踐，并在實現(xiàn)工作面順利回采的同時確保了礦井較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

關(guān)鍵詞：綜放工作面;回采;遺煤自燃;綜合防滅火技術(shù)

近年來國內(nèi)外在原有常規(guī)技術(shù)（均壓、堵漏風(fēng)、灌漿、注情氣、噴灑 阻化劑等）基礎(chǔ)上不斷探索開創(chuàng)了許多新的防滅火技術(shù)，目前較為成熟的 技術(shù)有凝膠、高分子復(fù)合膠體、固化泡沫、三相泡沫等。但這些防滅火技 術(shù)都不完全具有普適性，各有優(yōu)缺點，存在時空上的局限性。在工作面回 采過程中，采空區(qū)遺煤自燃危險形勢是動態(tài)變化的，應(yīng)根據(jù)不同時期的特 點，結(jié)合各項技術(shù)的適用條件，優(yōu)勢互補、主次分明，針對性地采取綜合 防滅火技術(shù)，從而確保工作面的順利回采。

1、煤自燃理論

煤自燃是煤氧化蓄熱，煤溫達(dá)到著火點后著火的一種燃燒現(xiàn)象，其發(fā) 生過程是煤氧化蓄熱和環(huán)境散熱矛盾運動的過程。煤炭自然發(fā)火過程是煤 氣復(fù)合、自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的過程，大體可分為潛伏期、自熱期和燃燒期 3 個階段。煤自燃是多因素共同作用的結(jié)果，必須同時具備 4 個條件：具有 自燃傾向性的煤呈破碎狀態(tài)堆積、連續(xù)供復(fù)、蓄熱環(huán)境、時間。采空區(qū)遺 煤自燃與浮煤厚度、含氧量、漏風(fēng)孔隙率和浮煤溫度等因素密切相關(guān)。

2、現(xiàn)有采空區(qū)遺煤自燃防治技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的先進(jìn)防滅火技術(shù)在煤礦開采過 程中得以應(yīng)用，對保證礦井安全生產(chǎn)起到了不可或缺的作用。各項防滅火 技術(shù)的作用機(jī)理不近相同，并且都存在各自的優(yōu)缺點。在綜放工作面回采 的不同時期，根據(jù)采空區(qū)的客觀形勢，辯證分析各項防治技術(shù)的適用條件，有的放矢地選擇實施，保證工作面在高效生產(chǎn)的同時滿足技術(shù)先進(jìn)、安全 可靠、經(jīng)濟(jì)合理的要求。

3、綜放工作面不同回采時期的防滅火技術(shù)

3.1 初采階段

初采階段頂板懸露較完整，變形較小，移架后僅少部分頂煤垮落，大 部分懸空不垮，工作面開采初期難以放頂煤，從而使得開切眼處遺煤多;綜放工作面開切眼斷面大，受礦壓影響煤體易壓裂破碎，形成漏風(fēng)供氧和?蓄熱環(huán)境;綜放支架設(shè)備安裝時間相對較長，初采階段系統(tǒng)還處于磨合期，工作面推進(jìn)速度遲緩。

由于初采階段形成的采空區(qū)范圍比較小且壓實程度低，灌漿難以在采 空區(qū)積存而是沿阻力較小的通道流向工作面，注惰氣易隨風(fēng)流散失。此階 段切眼處煤的自燃主要由漏風(fēng)供氧決定，因此防治技術(shù)應(yīng)以堵漏為主。膠 體防滅火技術(shù)具有堵漏、降溫和固結(jié)水性能.能夠解決獎液流失問題。在工 作面上下端頭堆砌沙袋墻，然后通過插管、預(yù)埋管或鉆孔向切眼兩巷灌注 膠體，形成兩道密實的膠體隔離帶，從而有效地起到堵漏風(fēng)的作用。

3.2 順利回采期間

經(jīng)過一段時間的人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)磨合之后，工作面向前推進(jìn)速度加 快，采放工藝各環(huán)節(jié)銜接合理，遺留在采空區(qū)的浮煤會相應(yīng)減少，采空區(qū) 自燃帶寬度縮小。工作面順利回采期間，在做好規(guī)律性指標(biāo)氣體檢測工作 的同時，利用廢棄的壓風(fēng)、靜壓水管預(yù)埋在采空區(qū)作為注氮、灌漿管路，有規(guī)律地向采空區(qū)注氮惰化、灌漿覆蓋降溫。

4.實例分析

4.1 綜合防滅火措施分析

為了有效遏制 1211 采空區(qū)煤層自燃，避免重大事故發(fā)生，司馬礦通風(fēng) 部通過技術(shù)研究，決定從減少采空區(qū)漏風(fēng)及遺煤量、采空區(qū)注氮以及安裝 高敏度監(jiān)測系統(tǒng)等幾方面入手，降低采空區(qū) CO 涌出。

1）降低采空區(qū)漏風(fēng)量;1211 工作面在回采過程中采空區(qū)漏風(fēng)主要來 自于機(jī)頭處上隅角以及間隔移架時支架間隙，司馬礦通風(fēng)部通過研究在 1211 運輸順槽距機(jī)頭 15m 處安裝“Z”型風(fēng)障，引導(dǎo)風(fēng)量直接進(jìn)入工作面;同時工作面在過斷層期間間隔移架時在相鄰支架間隙處安裝柔性可伸縮風(fēng)障，從而降低采空區(qū)漏風(fēng)量。

2）采空區(qū)注氮;1211 工作面采用 ZH-800-98 型地面固定碳分子篩制 氮機(jī)制氮，注氮管路埋放在工作面上隅角處，采用直徑為 108mm 的鋼管作 為注氮管路且伸入采空區(qū)內(nèi)長度為 50m，隨著工作面推進(jìn) 50m 后開始注氮，并埋設(shè)第二條注氮管路，當(dāng)?shù)诙l注氮管路埋入采空區(qū) 50m 后第一條注氨 管路停止注氮，并對第二條管路重新接管注氮;采空區(qū)注氮時管路出口壓 力為 0.6MPa，注氮量為 420m3/h，氮氣濃度不得低于 97%。

3）減少采空區(qū)遺煤;1211 工作面采空區(qū)遺煤主要來自于仰采過 f0 斷 層期間的底煤，所以為減少采空區(qū)遺煤已調(diào)整工作面過斷層回采方法，應(yīng) 采用偽斜回采法過 f0 斷層，即在過斷層前進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)面，使工作面方向與 斷層走向方向平行，然后偽斜回采至斷層帶時采用爆破法強(qiáng)行過斷層，工 作面過斷層后再次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)面，使工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)，采用該方法過 斷層可有效減少采空區(qū)遺煤量。

4）安裝高敏度采空區(qū)發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng);1211 工作面采空區(qū)原安裝的是 普通型發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng)，測量誤差大、監(jiān)測敏度低且監(jiān)測系統(tǒng)束管管路長等 確定，而且整個工作面僅在上隅角處安裝監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)量有限;所以通過 研究決定對 1211 采空區(qū)安裝 JSG5 型煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng) 采用的是光譜技術(shù)，具有氣體預(yù)處理功能、氣體流量控制及顯示功能等，且具有能夠及時就地取樣、實時分析、結(jié)果高速上傳、監(jiān)測及時敏度高等 優(yōu)點，工作面共安裝三臺 JSG5 型監(jiān)測系統(tǒng)，分別安裝在 55#支架、145#支 架以及上隅角處。

4 .2 應(yīng)用效果分析

1）通過采空區(qū)安裝的 JSG 型發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1211 工作面采取減少采空區(qū)漏風(fēng)量以及注氮措施后，采空區(qū)內(nèi) O，濃度由原來 的 16.28%減低至 5.5%，CO 平均濃度由原來的 0.0055%降低至 0.0017%，由此可見減少漏風(fēng)量可有效延長了采空區(qū)破碎煤體氧化時間，避免采空區(qū) 火災(zāi)事故發(fā)生;注氮措施后可稀釋采空區(qū)內(nèi)氣體，但具有一定滯后作用，可起到輔助防滅火作用。

2）通過偽斜回采法過斷層時，減少了采空區(qū)遺煤量達(dá) 3700t，有效阻 止了了采空區(qū)煤體自燃事故發(fā)生，同時與傳統(tǒng)仰斜法相比，偽斜回采法過 斷層提高了工作面回采速度，平均回采進(jìn)度達(dá) 5.0m/d，回采后采空區(qū)及時 垮落，縮短了采空區(qū)內(nèi)破碎煤體氧化時間，減小了氧氣與破碎煤體接觸面 積，降低了自燃發(fā)火隱患。同時在工作面三處安裝 JSG 型高敏度發(fā)火監(jiān)測 系統(tǒng)，可精準(zhǔn)對采空區(qū) CO 進(jìn)行監(jiān)測，為采空區(qū)及時采取滅火措施提供實 時依據(jù)。

結(jié)束語

總而言之，新時期的煤礦工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了規(guī)?；c智能化的發(fā)展時代，對于綜采工作的效率與安全需求相對較高，因而為了更好地滿足這種實際 生產(chǎn)需要，應(yīng)該積極的從安全風(fēng)險的構(gòu)成因素著手，積極的選取與其相對 應(yīng)的防滅火技術(shù)，并借助針對風(fēng)險的技術(shù)控制方案與預(yù)防性的管理控制方 案，強(qiáng)化綜采工作面的作業(yè)安全。結(jié)合以上分析可以認(rèn)識到，加強(qiáng)針對不 同防滅火技術(shù)的專題研究與應(yīng)用范疇界定，可以更好地促進(jìn)預(yù)防效果。

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