麻家梁礦綜放工作面防滅火技術(shù)工藝實(shí)踐

常 鑫

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司山西朔州038500）

1 工程概況

麻家梁井田位于山西省朔州市南部、朔南礦區(qū)東南部，初期開采4#煤層，全區(qū)穩(wěn)定可采，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為1.449 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為0.075 m3/t，屬于低瓦斯礦井，目前開采的4#煤層自燃發(fā)火等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬易自燃煤層，最短自燃發(fā)火期為88 d。14208綜放工作面位于井田二采區(qū)西部，走向長度為2 096.3 m，傾向長度為228.5 m，工作面煤層厚度在2.80 m～11.90 m之間，平均煤層厚度為7.35 m，平均傾角為3°，14208綜放工作面基本頂為泥巖及砂質(zhì)泥巖互層，平均厚度14.9 m；直接頂為中砂巖，平均厚度7.72 m；直接底為泥巖，平均厚度2.25 m；基本底為粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，平均厚度18.97 m。14208工作面采用一進(jìn)一回的“U”型通風(fēng)方式，由膠帶順槽進(jìn)風(fēng)，輔運(yùn)順槽回風(fēng)，工作面采用單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤法，自然垮落法管理采空區(qū)頂板，該工藝頂煤冒落強(qiáng)度大，采空區(qū)殘留遺煤多、漏風(fēng)嚴(yán)重，遺煤自燃發(fā)火隱患大，因此，防止采空區(qū)遺煤自燃是確保綜放工作面安全生產(chǎn)的重要保證。

2 礦井煤層自燃因素

麻家梁礦主采4#煤層在開采過程中存在自燃危險(xiǎn)，主要表現(xiàn)為：礦井初期開采的4#煤層平均揮發(fā)分在40%左右，屬變質(zhì)程度較低的長焰煤～氣煤，自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層；工作面綜放回采的過程中，在長期礦壓作用下，容易造成巷幫煤體破碎、裂隙發(fā)育、空幫等現(xiàn)象，加之采空區(qū)“兩道兩線”浮煤多，漏風(fēng)量大，采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃的可能性極大。

3 14208工作面漏風(fēng)量測(cè)算

為測(cè)算14208綜放綜放工作面漏風(fēng)情況，擬沿工作面切眼、輔運(yùn)順槽、膠帶順槽位置上布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為1#、2#、3#、4#、5#、6#，各測(cè)點(diǎn)間距為50 m，14208綜放工作面測(cè)點(diǎn)位置示意如圖1所示。

圖1 14208工作面測(cè)點(diǎn)布置示意圖

根據(jù)測(cè)算，繪制出14208綜放工作面各測(cè)點(diǎn)實(shí)際通風(fēng)量、基本漏風(fēng)量曲線示意如圖2、圖3所示。

圖2 14208綜放工作面各測(cè)點(diǎn)實(shí)際通風(fēng)量曲線圖

圖3 14208綜放工作面測(cè)點(diǎn)基本漏風(fēng)量曲線圖

由圖2、圖3各測(cè)點(diǎn)通風(fēng)量與漏風(fēng)量變化趨勢(shì)可以看出：

（1）14208綜放工作面漏風(fēng)量隨風(fēng)流的流向逐漸減小，靠近膠帶順槽位置的漏風(fēng)量明顯大于靠近輔運(yùn)順槽的漏風(fēng)量，即靠近進(jìn)風(fēng)側(cè)的漏風(fēng)量大于靠近回風(fēng)側(cè)的漏風(fēng)量；

（2）14208綜放工作面的最大漏風(fēng)量主要分布在距膠帶順槽橫向位置50 m～70 m的區(qū)域范圍內(nèi)，最大漏風(fēng)值高達(dá)400 m3/min；

（3）由各測(cè)點(diǎn)的漏風(fēng)情況分析可知，14208綜放工作面的重點(diǎn)防滅火區(qū)域?yàn)椋翰煽諈^(qū)內(nèi)部距離膠帶順槽橫向距離為50 m～70 m的區(qū)域范圍內(nèi)。

4 防滅火治理技術(shù)

工作面正?；夭善陂g，14208綜放工作面主要確定有以束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為監(jiān)控預(yù)測(cè)、減少采空區(qū)遺煤、遞減工作面配風(fēng)量、工作面上下端頭封堵、灑水降溫、回采工作面噴灑阻化劑以及工作面鉆孔定點(diǎn)注氮等綜合防滅火技術(shù)工藝。

4.1 減少采空區(qū)遺煤

采空區(qū)遺煤自燃是造成礦井火災(zāi)的重要誘因之一，為減少遺煤自燃威脅，14208綜放工作面在進(jìn)入停采前的50 m范圍內(nèi)，對(duì)進(jìn)、回風(fēng)隅角處的錨網(wǎng)索等零瑣部件進(jìn)行拆卸，使進(jìn)、回風(fēng)隅角的頂煤充分冒落，同時(shí)強(qiáng)化放煤力度，加大放煤量，盡量使工作面與后部采空區(qū)形成一道矸石隔離帶，該工藝能夠有效降低停采期間采空區(qū)的遺煤量，減小漏風(fēng)強(qiáng)度，在一定程度上消除了遺煤自燃威脅[1]。

4.2 精確風(fēng)量控制，遞減工作面配風(fēng)量

工作面漏風(fēng)強(qiáng)度與氧化帶的寬度會(huì)隨供風(fēng)量的加大而增大，因此，合理減小工作面風(fēng)量供應(yīng)，能夠減少工作面漏風(fēng)量，有效縮短自燃三帶與氧化升溫帶的范圍，降低防火壓力。為確保工作面施工作業(yè)的安全性[2]，14208綜放工作面在進(jìn)入末采階段后，根據(jù)工作面用風(fēng)量并結(jié)合上隅角氣體濃度情況，合理調(diào)控、遞減風(fēng)量，確定出最優(yōu)配風(fēng)量，在瓦斯不超限的情況下，減小工作面的供風(fēng)量，做到低風(fēng)量、低風(fēng)壓供風(fēng)，有效降低采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火的風(fēng)險(xiǎn)。14208綜放工作面不同作業(yè)階段配風(fēng)量情況如表1所示。

表1 14208綜放工作面不同作業(yè)階段最優(yōu)配風(fēng)量

4.3 工作面上下端頭噴漿封堵，減少向采空區(qū)漏風(fēng)

為減少向采空區(qū)漏風(fēng)量，有效縮短氧化長度，14208綜放工作面推進(jìn)后，每隔50 m，在工作面上下端頭施工一組粉煤灰墻進(jìn)行封堵，封堵范圍為煤幫至后溜尾處。每道粉煤灰墻厚度為1.8 m，待粉煤灰墻構(gòu)筑完畢后，通過鋪灑固化材料對(duì)墻體進(jìn)行裂隙封堵。14208工作面端頭封堵示意如圖4所示。

工作面停采期間，利用噴漿機(jī)對(duì)后擺梁后方采空區(qū)遺煤進(jìn)行全面噴漿，即在工作面支架推進(jìn)后，沿支架架縫向架后采空區(qū)浮煤進(jìn)行噴漿封堵，降低遺煤溫度，減小遺煤與氧氣的接觸面積，增強(qiáng)密閉效果，通過減少裂隙漏風(fēng)及氧化范圍，縮短自燃“三帶”的長度，有效抑制采空區(qū)遺煤自燃威脅[3]。

圖4 14208工作面端頭封堵示意圖

4.4 灑水降溫

綜放工作面回采推進(jìn)期間，采空區(qū)留有大量浮煤，煤氧作用的熱量會(huì)逐漸積聚，遺煤溫度高，發(fā)生自燃威脅的可能性較大，為降低工作面遺煤溫度，14208綜放工作面在后溜頭處增設(shè)了強(qiáng)力噴霧灑水裝置，沿支架架縫向采空區(qū)后方進(jìn)行不間斷的噴灑水霧，濕化采空區(qū)遺煤，降低采空區(qū)溫度。14208工作面灑水噴霧裝置布置示意如圖5所示。

圖5 14208工作面灑水噴霧裝置布置示意圖

4.5 回采工作面噴灑阻化劑

為惰化煤體化學(xué)活性，有效降低煤層自燃發(fā)火概率，14208綜放工作面現(xiàn)已建立移動(dòng)式阻化劑防火系統(tǒng)，通過對(duì)回采工作面噴灑阻化劑實(shí)現(xiàn)防滅火現(xiàn)場管理，即在工作面溜頭設(shè)置霧化噴嘴，將濃度比例為18%的工業(yè)MgCl2阻化劑水溶液通過霧化噴嘴霧化成氣霧，借助漏向采空區(qū)的風(fēng)流將阻化劑溶液帶入采空區(qū)漏風(fēng)之處，在重力、靜電力等作用下，降落附著在遺煤上，惰化浮煤活性，阻隔浮煤與氧氣接觸的面積，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)防滅火的目的[4]。14208工作面阻化劑防火系統(tǒng)示意如圖6所示。

圖6 14208工作面阻化劑防火系統(tǒng)示意圖

4.6 采空區(qū)埋管注氮

根據(jù)14208綜放工作面回采基本情況，利用FLUENT數(shù)值軟件對(duì)采空區(qū)“三帶”進(jìn)行了模擬分析，確定出14208工作面自燃帶主要集中于距離工作面40 m～65 m的區(qū)域范圍內(nèi)，根據(jù)自燃帶分布的情況，提出邁步式注氮防滅火技術(shù)工藝，即當(dāng)工作面回采至距停采線50 m時(shí)，從膠帶巷預(yù)埋兩趟注氮管路，鋪設(shè)至采空區(qū)自燃帶集中區(qū)，氮?dú)獬隹谖恢梅謩e位于停采后支架切頂線以里的30 m與50 m位置處，每天24小時(shí)對(duì)綜放工作面采空區(qū)實(shí)施不間斷定點(diǎn)注氮，注氮調(diào)整量范圍1 500 Nm3/h～1 800 Nm3/h，注入氮?dú)鉂舛权R97%，從而有效降低采空區(qū)40 m～65 m自燃帶的氧氣濃度，縮短氧化帶長度，減緩遺煤的氧化速度[5]，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)火災(zāi)威脅的有效治理。

5 結(jié)語

為有效消除礦井火災(zāi)威脅，麻家梁煤業(yè)多措并舉，施行了減少采空區(qū)遺煤、遞減工作面配風(fēng)量、工作面上下端頭封堵、灑水降溫、回采工作面噴灑阻化劑以及采空區(qū)埋管注氮等多項(xiàng)綜合防滅火技術(shù)工藝，14208綜放工作面回采開始到密閉完成期間，采空區(qū)內(nèi)CO濃度未超過90 ppm，工作面內(nèi)CO濃度穩(wěn)定在24 ppm以下，工作面漏風(fēng)監(jiān)測(cè)采空區(qū)漏風(fēng)率控制在5.8%以內(nèi)，工作面整個(gè)生產(chǎn)周期未出現(xiàn)火情，巷道溫度最高為26℃，該技術(shù)工藝有效地杜絕了火災(zāi)事故的發(fā)生，確保了工作面安全回采。