火區(qū)外圍采掘工作面火災(zāi)預(yù)防研究與治理

冀中能源股份有限公司邢臺(tái)礦 張博

一、項(xiàng)目概述

冀中能源股份有限公司邢臺(tái)礦開(kāi)采時(shí)間53年，井下采空區(qū)密布，防止采空區(qū)煤炭自然發(fā)火是礦井“一通三防”的長(zhǎng)期管理重點(diǎn)和目標(biāo)。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究7620工作面及其外圍7200采空區(qū)（火區(qū)）自燃火災(zāi)的防治。7200工作面回采結(jié)束后，于2014年5月對(duì)其進(jìn)行了永久封閉，2016年6月在其采空區(qū)回風(fēng)側(cè)發(fā)現(xiàn)高濃度CO,采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火，經(jīng)過(guò)火災(zāi)治理后，火區(qū)得到有效控制。7620工作面為7620火區(qū)附近邊角煤工作面，受工作面采掘影響，7200火區(qū)存在較大復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)，因此，為保證采掘工作面的安全，需要對(duì)7620工作面及外圍采空區(qū)進(jìn)行火災(zāi)防治研究與治理。

二、主要研究?jī)?nèi)容

（1）7620外圍巷道漏風(fēng)情況。對(duì)采空區(qū)封閉后，通過(guò)檢測(cè)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)防火密閉墻內(nèi)氣體，判斷密閉墻體及巷道裂隙漏風(fēng)情況，進(jìn)一步確定自然發(fā)火疑似點(diǎn)位置。

（2）注漿防滅火情況。采空區(qū)封閉前鋪設(shè)注漿管路，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注漿，研究該地區(qū)注漿防滅火治理效果。

（3）其他防滅火手段。針對(duì)該地區(qū)特點(diǎn)，制定切實(shí)可行、有效的治理方法，如采空區(qū)自然發(fā)火疑似點(diǎn)打鉆注漿、注氮等。

（4）優(yōu)化7620工作面采掘布置，降低或避免7620外圍巷道（7200采空區(qū)）對(duì)工作面采掘的影響，保證工作面順利回采。

三、技術(shù)方案

（一）火區(qū)自然發(fā)火點(diǎn)的確定

根據(jù)以下現(xiàn)象、特點(diǎn)可推測(cè)7200采空區(qū)為火災(zāi)疑似點(diǎn)。

（1）火災(zāi)標(biāo)志性氣體首先發(fā)現(xiàn)于采區(qū)回風(fēng)側(cè)閉墻內(nèi)外，根據(jù)該回風(fēng)巷服務(wù)采區(qū)，可推測(cè)火災(zāi)疑似點(diǎn)位于7200地區(qū)。

（2）7200工作面采用綜合放頂煤開(kāi)采工藝，煤炭回收率較低，采空區(qū)、停采線附近浮煤堆積較多。

（3）7200地區(qū)周圍老巷、老空區(qū)較多，7200煤柱回采工作面回采完成后，停采線位于東翼進(jìn)風(fēng)大巷附近，受礦壓影響，該地區(qū)可能產(chǎn)生較多新生裂隙，與采空區(qū)形成漏風(fēng)通道，導(dǎo)致浮煤氧化、自熱。

（二）綜合治理方案

1.7200火區(qū)治理方案

針對(duì)7200采空區(qū)自然發(fā)火特點(diǎn)，為達(dá)到控制、消滅采空區(qū)自然發(fā)火的目的，保證7620工作面安全掘進(jìn)施工，第一階段，我礦制定了以鉆探為檢測(cè)手段，火區(qū)注漿覆蓋、封堵漏風(fēng)為治理措施的綜合治理方案，具體方案如下：

第一步：通過(guò)在7620運(yùn)料通道平巷段合適位置布置鉆場(chǎng)，向7200工作面停采線、兩道垮落段及采區(qū)回風(fēng)道等可疑發(fā)火區(qū)內(nèi)布置檢測(cè)鉆孔，通過(guò)鉆孔檢測(cè)可疑發(fā)火區(qū)內(nèi)溫度及氣體參數(shù)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步圈定發(fā)火范圍。檢測(cè)鉆孔布置示意圖（如圖1所示）。

圖1 檢測(cè)鉆孔布置示意圖

第二步：通過(guò)第一步初步檢測(cè)結(jié)果得出初步發(fā)火區(qū)域后，在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布置立體檢測(cè)鉆孔進(jìn)一步鎖定發(fā)火空間區(qū)域，檢測(cè)鉆孔間距為5～8m，根據(jù)氣樣中標(biāo)志性氣體參數(shù)值和測(cè)溫參數(shù)值確定氧化發(fā)火空間，如工作面隅角范圍、冒頂巷道范圍、破碎煤柱范圍等區(qū)域。根據(jù)發(fā)火空間范圍及災(zāi)害程度進(jìn)一步確定綜合治理方案。

第三步：基于7620工作面采掘時(shí)間長(zhǎng)，老巷、漏風(fēng)裂隙多的客觀因素，在采空區(qū)閉墻、發(fā)火空間區(qū)域需通過(guò)灌注防滅火材料進(jìn)行全充填覆蓋，起到全面的隔氧、降溫、冷卻、濕潤(rùn)、封堵漏風(fēng)的效果，從根本上控制遺煤氧化發(fā)火的隱患。

該方案可總結(jié)為“控制發(fā)火空間區(qū)域+發(fā)火空間充填滅火封堵”綜合性火災(zāi)治理方案。

（1）控制發(fā)火空間區(qū)域

在7620運(yùn)料通道平巷段（7200采空區(qū)外圍巷道內(nèi)）合適位置布置鉆場(chǎng)，在7200工作面停采線、兩巷遺煤段、采區(qū)回風(fēng)道等可疑發(fā)火區(qū)內(nèi)共布置檢測(cè)鉆孔8個(gè)，其中1個(gè)位于運(yùn)料巷封閉段中部，4個(gè)位于7200停采線平均四分點(diǎn)處，3個(gè)位于運(yùn)輸巷封閉段平均三分點(diǎn)處，各個(gè)鉆孔逐個(gè)施工，及時(shí)檢測(cè)溫度及標(biāo)志性氣體參數(shù)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工順序。通過(guò)鉆孔檢測(cè)可疑發(fā)火區(qū)內(nèi)溫度及氣體參數(shù)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步圈定發(fā)火范圍。

檢測(cè)鉆孔施工完畢后，通過(guò)在鉆孔內(nèi)布置測(cè)溫電偶檢測(cè)鉆孔方向上的溫度變化趨勢(shì)，同時(shí)通過(guò)對(duì)每個(gè)鉆孔抽取內(nèi)部氣樣化驗(yàn)分析，根據(jù)氣樣中標(biāo)志性氣體參數(shù)值和測(cè)溫參數(shù)值綜合分析氧化區(qū)域。

（2）發(fā)火空間充填滅火封堵

通過(guò)第一步綜合分析得出初步發(fā)火區(qū)域后，在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布置立體檢測(cè)鉆孔進(jìn)一步鎖定發(fā)火空間區(qū)域，檢測(cè)鉆孔間距為5～8m，根據(jù)氣樣中標(biāo)志性氣體參數(shù)值和測(cè)溫參數(shù)值確定氧化發(fā)火空間，如工作面隅角范圍、冒頂巷道范圍、破碎煤柱范圍等區(qū)域。

根據(jù)發(fā)火空間范圍及災(zāi)害程度進(jìn)一步確定綜合治理方案，后期通過(guò)檢測(cè)鉆孔灌注普瑞特Ⅳ材料，實(shí)現(xiàn)一孔兩用。

2.7620工作面治理方案

7620工作面采用放頂采煤工藝，位于7200火區(qū)附近，工作面回采過(guò)程中，采空區(qū)可能存在一定程度的遺煤，加之經(jīng)過(guò)多條老巷，極易造成采空區(qū)煤炭自然發(fā)火，工作面回采期間主要采取以下措施手段。

（1）7620采空區(qū)采用播撒阻化劑（氯化鎂）防滅火，配合定期灑水濕潤(rùn)，播撒位置為工作面機(jī)頭、機(jī)尾及架間暴露的煤體部位，播撒時(shí)間為每天檢修班，一次播撒量為50kg,并及時(shí)灑水濕潤(rùn)。

（2）工作面上下隅角要加強(qiáng)放頂管理，并與切頂線放齊，冒落嚴(yán)實(shí)，用于減少向采空區(qū)漏風(fēng)。

（3）加快回采速度，不應(yīng)出現(xiàn)臨時(shí)停采。

（4）將7620工作面注漿管路接至兩巷停采線位置，運(yùn)料巷注漿管接至工作面，工作面回采過(guò)程中，在采空區(qū)預(yù)埋注漿花管，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行注漿。

（5）加強(qiáng)地區(qū)永久密閉墻內(nèi)外氣體的檢查，做好火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，發(fā)現(xiàn)瓦斯或一氧化碳濃度升高，應(yīng)及時(shí)采取封堵、注漿或注氮措施進(jìn)行治理。

（6）7200火區(qū)繼續(xù)進(jìn)行注氮，非特殊原因（停電、停水、注氮機(jī)保養(yǎng)、故障等不得停機(jī)，每班應(yīng)有注氮人員對(duì)注氮機(jī)進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，確保注氮機(jī)正常運(yùn)行。

四、應(yīng)用總結(jié)及效果分析

確定治理方案后，開(kāi)始檢測(cè)鉆孔的施工，施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，7200停采線回風(fēng)側(cè)隅角及回風(fēng)巷段3個(gè)鉆孔內(nèi)均檢測(cè)到有較高濃度CO，其中，停采線回風(fēng)側(cè)隅角CO濃度最高，最高濃度達(dá)到3000ppm，且鉆孔內(nèi)溫度明顯高于周邊孔，回風(fēng)巷段鉆孔內(nèi)CO濃度次之，濃度范圍在120-550ppm之間，停產(chǎn)線進(jìn)風(fēng)段鉆孔內(nèi)均未檢測(cè)到CO。根據(jù)以上檢測(cè)結(jié)果可基本確認(rèn)7620工作面外圍巷道自然發(fā)火點(diǎn)位于7200停采線回風(fēng)隅角位置，漏風(fēng)地點(diǎn)主要為采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)密閉及受采動(dòng)影響的大巷裂隙。

根據(jù)以上分析原因，分別進(jìn)行了采空區(qū)密閉前加固堵漏和自然發(fā)火點(diǎn)注入高分子膠體材料，共計(jì)使用注漿料28噸。

通過(guò)采取以上堵漏、注防滅火措施，在鉆孔內(nèi)，采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)閉墻內(nèi)均未檢測(cè)到CO氣體，其他氣體趨于穩(wěn)定，7200采空區(qū)自然發(fā)火得到有效控制，治理效果明顯。由于前期火災(zāi)防治工作有效，7620工作面得以正常掘進(jìn)。

7620工作面掘進(jìn)后期至工作面正?；夭善陂g，對(duì)重點(diǎn)火災(zāi)管理區(qū)域進(jìn)行了強(qiáng)化管理，在加強(qiáng)采空區(qū)老巷堵漏風(fēng)和檢查觀測(cè)的基礎(chǔ)上，裝備制氮機(jī)、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等先進(jìn)裝置，避免了采空區(qū)自然發(fā)火，確保了工作面各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展。

五、技術(shù)先進(jìn)性

該項(xiàng)目在采用傳統(tǒng)注漿、堵漏風(fēng)防滅火措施的同時(shí)，為提高滅火的準(zhǔn)確性和有效性，通過(guò)系統(tǒng)分析，向著火點(diǎn)附近施工定向鉆孔，注入膠體材料直接滅火，封堵漏風(fēng)，該方法針對(duì)性強(qiáng)、效果顯著。同時(shí)，為進(jìn)一步減少漏風(fēng)，強(qiáng)化火區(qū)治理，采用采空區(qū)注氮措施，配合JSG6N型束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)24小時(shí)監(jiān)測(cè)采空區(qū)氣體變化，監(jiān)測(cè)、治理措施有效且較為先進(jìn)。

六、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

火區(qū)外圍采掘工作面火災(zāi)預(yù)防技術(shù)的研究與治理，消除了7620工作面外圍采空區(qū)的火災(zāi)威脅，為7620工作面的順利采掘提供了安全保障，同時(shí)積累了先進(jìn)的礦井火災(zāi)防治經(jīng)驗(yàn)，礦井火災(zāi)防治裝備水平得到進(jìn)一步提升。

七、應(yīng)用推廣前景

該項(xiàng)目采用了采空區(qū)注膠體、均壓、堵漏風(fēng)、注氮、束管監(jiān)測(cè)等綜合防滅火措施，7620工作面及外圍采空區(qū)火災(zāi)得到有效遏制，防治效果顯著。項(xiàng)目的實(shí)施增加了制氮機(jī)、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等先進(jìn)裝備，7620工作面回采結(jié)束后，該些裝備可在全礦工作面推廣使用，進(jìn)一步提高了礦井火災(zāi)防治水平。