易自燃特厚煤層綜放面收作期間防滅火技術(shù)研究

李連剛 王 喆

（1、皖北煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 宿州 234000 2、西安科技大學(xué)安全與工程學(xué)院，陜西 西安 710000）

1 工作面概況

某礦1304 工作面回采侏羅紀(jì)延安組3 煤層，本工作面煤厚賦存較穩(wěn)定，煤層厚度在4～16m 之間，平均11m，煤層傾角為8°～22°，平均16°。開采的3 煤層主要為長(zhǎng)焰煤和不粘煤，自燃傾向性為Ⅰ類容易自燃煤層，3 煤層最短自然發(fā)火期為36 天。工作面平均傾向?qū)捈s195m，工作面走向長(zhǎng)1700m，通風(fēng)方式采用“U”型，進(jìn)風(fēng)流沿1304 工作面機(jī)巷進(jìn)入工作面，回風(fēng)流經(jīng)1304高位巷、風(fēng)巷進(jìn)入北翼回風(fēng)大巷至風(fēng)井，正?；夭善陂g回風(fēng)風(fēng)量為1600m3/min 左右。

2 收作期間自燃危險(xiǎn)分析

2.1 煤自燃條件

煤自燃是多種條件共同作用才能形成的，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其必須具備以下條件：煤炭處于破碎狀態(tài)，并有一定量的煤體；有一定的供風(fēng)，提供煤炭氧化所需氧氣；煤體氧化產(chǎn)生的熱量大于損失熱量；氧化時(shí)間大于煤層自然發(fā)火期[1-2]；以上條件需同時(shí)滿足，就會(huì)出現(xiàn)煤炭自燃的現(xiàn)象。

2.2 收作期間采空區(qū)自燃特點(diǎn)

2.2.1 發(fā)火周期較短。3#煤層為I 類容易自燃煤層，自然發(fā)火期為36 天，本煤層煤樣經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其實(shí)際自然發(fā)火期短。

2.2.2 工作面生產(chǎn)期間，采用綜采放頂煤工藝，綜采面的兩道和停采附近都會(huì)留有大量遺煤；工作面收作期間，工作面回風(fēng)隅角、支架架后、支架頂板均會(huì)出現(xiàn)煤體松散、破碎嚴(yán)重[3]。為煤自燃提供條件和蓄熱環(huán)境。

2.2.3 綜放工作面回采較慢，且因采空區(qū)漏風(fēng)通道順暢造成氧化帶較寬。綜放工作面因放頂煤作業(yè)使其較其他開采方法回采速度更慢，回采煤量大，采空區(qū)內(nèi)部空間也較大，氧化帶范圍較綜采工作面會(huì)有增加[4]，增大了煤自燃危險(xiǎn)范圍。

2.2.4 綜放1304 工作面所用支架較大，需部分拆解運(yùn)出工作，撤架時(shí)間較長(zhǎng)，工作面撤架到封閉時(shí)間近一個(gè)月，接近本礦井煤層測(cè)試的最短自然發(fā)期。

3 工作面停采收作期間防滅火技術(shù)

3.1 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

3.1.1 束管監(jiān)測(cè)

分別在1304 機(jī)巷和風(fēng)巷距停采線35m、18m 時(shí)，預(yù)埋束管，束管距底板上1.5m 靠幫敷設(shè)，采樣頭長(zhǎng)度為0.5m，采樣頭出口面向頂板，其前后0.5m 范圍用木板保護(hù)，待束管進(jìn)入采空區(qū)，每天安排人員取氣分析；及時(shí)對(duì)各布置地點(diǎn)采氣進(jìn)行分析，加強(qiáng)判斷標(biāo)志氣體的變化情況，及時(shí)掌握采空區(qū)浮煤氧化狀況。

3.1.2 安全監(jiān)測(cè)

利用礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)工作面上隅角、回風(fēng)流等特殊地點(diǎn)采用礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行定點(diǎn)氣體監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)在地面顯示終端查看相關(guān)參數(shù)及變化曲線圖。

3.1.3 人工觀測(cè)

三班均安排專業(yè)人員對(duì)工作面上隅角、工作面每隔10 架支架后部進(jìn)行觀測(cè)，利用便攜儀、鑒定管、光學(xué)瓦檢儀、紅外測(cè)溫儀等檢測(cè)CO、O2、CO2、CH4和T，同時(shí)安排人員對(duì)上述地點(diǎn)用氣囊采氣送至地面色譜分析室進(jìn)行分析。若出現(xiàn)氣體異常，則加強(qiáng)觀測(cè)，每隔4 小時(shí)檢測(cè)一次。

3.2 降低風(fēng)壓

3.2.1 保證各地點(diǎn)瓦斯不超限，將風(fēng)量降為800m3/min 左右，達(dá)到降低風(fēng)壓，減小采空區(qū)漏風(fēng)，縮短氧化帶范圍的目的。

3.2.2 1304 工作面收作期間，控制1304 高抽巷和上隅角瓦斯抽放管路閥門，減少1304 工作面高抽巷和上隅角抽放流量。

3.2.3 風(fēng)巷關(guān)門，在1304 風(fēng)巷聯(lián)巷內(nèi)安裝局部通風(fēng)機(jī)，機(jī)巷的局部通風(fēng)機(jī)安裝在+980m 水平繞道新鮮風(fēng)流處位置處。

3.3 老塘隔離

3.3.1 為減少采空區(qū)及上、下隅角漏風(fēng)，停采后，支架調(diào)整到位后，將所有支架尾梁升起并盡量保持一致，減少后尾梁錯(cuò)茬[5]。架后遺煤清理干凈，給支架后部底板、架間不易處理裸露煤體噴史達(dá)夫，對(duì)煤體表面裂隙進(jìn)行封堵；分別在工作面兩隅角后部掛30m 風(fēng)障，減少隅角向采空區(qū)漏風(fēng)。

3.3.2 工作面撤架期間，應(yīng)及時(shí)對(duì)上、下隅角的密閉墻外補(bǔ)噴涂史達(dá)夫和向密閉墻內(nèi)壓注凝膠。對(duì)工作面支架后部及架間暴露煤體重新噴涂一次史達(dá)夫，防止已噴涂的史達(dá)夫脫離或有裂隙，以最大限度減少采空區(qū)漏風(fēng)。

3.4 鉆孔注膠

在工作面收作期間，向工作面頂部施工鉆孔壓注膠體，從而達(dá)到對(duì)浮煤、破碎區(qū)進(jìn)行封堵，同時(shí)降低煤體溫度，為工作面撤架工作保駕護(hù)航。

3.4.1 切眼架后鉆孔

3.4.1.1 將架后浮煤清理干凈，盡量減少遺煤量。

3.4.1.2 對(duì)工作面每架支架頂梁、后尾梁間及工作面兩巷上、下隅角施工注膠孔[6]?？讖讲坏玫陀讦?2mm，孔內(nèi)下注漿管，并向孔內(nèi)壓住膠體，及時(shí)封堵架后煤體表面。

掩梁注漿孔：從架間向頂板施工注漿孔，終孔距頂梁5～6m，鉆孔角度約65～75°，孔深6m；架后終孔位于架后6m，鉆孔角度35～45°，孔深7m。工作面兩巷上、下隅角各施工4 個(gè)注漿孔，與支架頂板注漿孔一致。

3.4.1.3 利用氣動(dòng)注漿泵對(duì)所有鉆孔壓注硅凝膠，防火時(shí)基料濃度9%左右，促凝劑濃度4%左右；滅火時(shí)基料濃度7%左右，促凝劑濃度3%左右或采用泡沫凝膠防滅火材料。每個(gè)架間鉆孔注大于2m3膠體，兩巷內(nèi)端頭鉆孔注大于4m3膠體。

圖1 架后、架頂注膠鉆孔布置圖

3.4.2 機(jī)巷、高抽巷鉆孔

3.4.2.1 1304 機(jī)巷距離收作線外約25m，1304 高抽巷2#聯(lián)巷口各布置一個(gè)防滅火鉆孔施工鉆場(chǎng)。鉆孔施工要求：鉆孔控制上、下隅角，其余每5 架施工1 個(gè)，終孔位置控制距收作線15-18m 范圍內(nèi)，鉆孔控高為架后3-6m 處的煤巖交界點(diǎn)，鉆孔孔徑為φ113mm，全程下套管，孔底下不少于3m 花管，封孔長(zhǎng)度不小于10m。當(dāng)工作面停采后，通過機(jī)巷、高抽巷鉆孔向架后采空區(qū)壓注三相泡沫或膠體防滅火材料。

3.4.2.2 兩個(gè)鉆場(chǎng)施工的鉆孔每個(gè)注漿量大于30m3，兩隅角的端頭鉆孔每個(gè)注漿量大于60m3。

圖2 防滅火鉆孔布置圖

3.5 黃泥灌漿

在工作面機(jī)巷距收作線22m、30m 位置預(yù)埋φ50mm 注漿管路，在敷設(shè)管路時(shí)靠幫并在底板上，利用工作面原有的一趟φ108mm 注漿管路，向兩趟新預(yù)埋管路內(nèi)注漿。

灌漿時(shí)，加注膠凝劑、懸浮劑、發(fā)泡劑等,一般要求水土比為4:1-5:1（體積比），灌漿時(shí)間8:00-16:00，根據(jù)工作面實(shí)際及漿液流動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)整。

3.6 壓注惰氣

3.6.1 在工作面兩巷距收作線28m 的位置，均預(yù)埋注氮管路，管路直徑為50mm。

3.6.2 當(dāng)工作面距離停采線30m 位置，此處預(yù)埋的注氮管路前端出口2m 范圍內(nèi)接花管，并將前端堵實(shí)，花管孔徑為15mm，間距100-200mm。并在該地點(diǎn)注氮管路上預(yù)留三通并順著工作面下口方向預(yù)埋一趟20m 長(zhǎng)的2 寸注氮管路，管路上打成小孔，孔間距0.5m。

3.6.3 當(dāng)工作面距離停采線24m 位置，通過機(jī)巷沿工作面后部刮板輸送機(jī)向風(fēng)巷側(cè)敷設(shè)2 路DN50mm 全排篩眼注氮管路，每管2 排，篩眼φ10mm，間距1m，注氮管路出口末端須堵實(shí)。整個(gè)工作面均被注氮管路覆蓋，形成氮?dú)饽?，?duì)采空區(qū)進(jìn)行隔離惰化。收作期間連續(xù)注氮，日注氮量不少于20000m3，若條件允許，可適當(dāng)增加注氮量。

3.6.4 當(dāng)1304 工作面溫度或監(jiān)測(cè)到氣體出現(xiàn)異常時(shí)，利用機(jī)巷和風(fēng)巷全排注氮管路灌注液態(tài)CO2，兩端每天灌注量不少于10t，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行快速降溫、降氧惰化，在保證工作面氧氣濃度的情況下，直至異常氣體濃度明顯下降并穩(wěn)定達(dá)標(biāo)為止。

4 結(jié)論

4.1 需根據(jù)工作面實(shí)際地質(zhì)情況及礦井實(shí)際生產(chǎn)情況，制定工作面收作齊家安防滅火方案，采取更加合理有效的防滅火技術(shù)。仰采工作面可采取注漿，但同時(shí)需要注意潰漿問題，在注惰氣時(shí)需同時(shí)關(guān)注工作面氧濃度變化。

4.2 在采取防滅火措施時(shí)，要盡可能減少采空區(qū)漏風(fēng)，灌注惰氣降低采空區(qū)內(nèi)部氧濃度，同時(shí)加強(qiáng)工作面各隱患點(diǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。