億欣煤業(yè)綜采面切頂留巷采空區(qū)防滅火技術(shù)

張 毅

（晉能控股集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部?jī)|欣煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200）

1 引言

采空區(qū)遺煤自燃是誘發(fā)礦井火災(zāi)的主要原因之一，嚴(yán)重危害到井下人員的生命安全[1-2]。礦井防滅火主要包括預(yù)測(cè)、防治和滅火三個(gè)部分。為了防治煤層自燃，國(guó)內(nèi)外廣泛采用均壓、灌漿、噴灑阻化劑、注入惰性氣體、注凝膠、泡沫以及剝離清除火源法等防滅火技術(shù)[3-5]。億欣煤業(yè)開(kāi)采15號(hào)煤層，煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類，屬自燃煤層，工作面進(jìn)行綜采、切頂留巷作業(yè)時(shí)，因漏風(fēng)造成采空區(qū)及停采線等地段遺煤自然發(fā)火。

2 工程概況

億欣煤業(yè)屬于低瓦斯礦井，目前開(kāi)采15號(hào)煤層，呈黑色，似金屬光澤，中條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶，下部煤質(zhì)變差，為半亮型、半暗型煤，含較多黃鐵礦結(jié)核，視密度1.45～1.61 t/m3，平均1.51 t/m3，燃燒時(shí)有臭味。據(jù)相關(guān)資料顯示，15號(hào)煤層自燃傾向性等級(jí)Ⅱ，屬自燃煤層，無(wú)煤塵爆炸危險(xiǎn)性，最短發(fā)火期天數(shù)為89 d。目前，礦井在15號(hào)煤層共布置XV1307、XV2303兩個(gè)切頂留巷工作面。其中XV1307工作面的采高為2.62 m，工作面長(zhǎng)度200 m，走向長(zhǎng)度670 m。如何在切頂留巷中減少漏風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)采空區(qū)遺煤自燃防治工作顯得尤為重要。

3 億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)主要從煤的炭化程度、成分、含硫量以及煤層開(kāi)采方法、巷道布置等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）從煤的炭化程度分析。井田內(nèi)15號(hào)煤層為變質(zhì)程度高的無(wú)煙煤，煤的自燃性隨煤的變質(zhì)程度增高而降低。因此，億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)性較小。

（2）從煤巖成分分析。井田內(nèi)15號(hào)煤層以亮煤型為主，其次為暗煤，煤層含亮煤較多時(shí)，煤的自燃傾向較大。因此，億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自燃傾向性比較明顯。

（3）從煤的含硫量分析。井田內(nèi)15號(hào)煤層屬低硫-特高硫分煤，煤的硫分越多，吸氧能力愈大，越易自燃。因此，億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自燃傾向性高。

（4）從煤層開(kāi)采方法分析。井田內(nèi)15號(hào)煤層設(shè)計(jì)均采用一次采全高綜采采煤法，回采率較高，采空區(qū)遺煤較少，有利于礦井防滅火。但采煤工作面采用全部垮落法管理頂板，會(huì)造成采空區(qū)漏風(fēng)大，利于采空區(qū)遺煤自燃。同時(shí)，15號(hào)煤層采用切頂留巷工藝時(shí)，存在墻體接頂不實(shí)、墻體局部壓裂等問(wèn)題，會(huì)因漏風(fēng)造成采空區(qū)及停采線等地段遺煤自然發(fā)火。

（5）從巷道布置分析。設(shè)計(jì)開(kāi)拓、準(zhǔn)備巷道沿煤層布置，開(kāi)采初期，錨噴支護(hù)減少了煤壁的供氧量，開(kāi)采后期，巷道局部幫、頂破碎，巷道圍巖（煤體）處于微風(fēng)供氧狀態(tài)，易于積聚熱量發(fā)生自燃。

綜上所述，雖然從煤的炭化程度來(lái)分析，億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)性較小，但是從煤巖成分、含硫量以及煤層開(kāi)采方法、巷道布置等角度考慮，億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自燃傾向性比較明顯，采空區(qū)遺煤自燃風(fēng)險(xiǎn)較高，需采取專門的采空區(qū)防滅火技術(shù)措施。

圖1 采掘工程平面圖

4 切頂留巷采空區(qū)防滅火技術(shù)

億欣煤業(yè)15號(hào)煤層采用以預(yù)防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔，同時(shí)建立健全礦井火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的綜合防滅火措施。

4.1 阻化劑防滅火系統(tǒng)

（1）阻化劑防滅火參數(shù)的確定。① 合理的阻化劑濃度和密度可降低成本、提高阻化效果，阻化劑濃度控制在10%～20%。億欣煤業(yè)15號(hào)煤層采用濃度為10%的阻化液，密度為1.05 t/m3。② 原煤吸藥液量及浮煤密度。原煤吸藥液量為47 kg/t，浮煤密度為0.8 t/m3。③ 工作面一次噴灑量，可由浮煤密度、工作面長(zhǎng)度、噴灑寬度、浮煤厚度、浮煤吸藥液量等計(jì)算得到。依據(jù)礦井實(shí)際情況，工作面一次噴灑量為1 443.84 kg，所需阻化劑用量144.38 kg。

（2）采空區(qū)阻化劑防滅火系統(tǒng)與工藝。采空區(qū)阻化劑防滅火系統(tǒng)主要由供水管路、藥液箱、吸液管、壓力表、阻化多用泵、高壓膠管、閥門、三通、噴槍等部分組成，如圖2。阻化泵、藥液箱和阻化劑安放在進(jìn)風(fēng)順槽泵站硐室內(nèi)，通過(guò)高壓膠管連接至支架后立柱處的噴槍。正常回采期間采空區(qū)每天噴灑一次，噴灑寬度≤4 m，如遇日推進(jìn)度大于4 m，需增加阻化劑的噴灑次數(shù)，確保工作面采空區(qū)全覆蓋。

圖2 采空區(qū)阻化劑防滅火系統(tǒng)與工藝圖

（3）阻化劑防滅火設(shè)備。采用2套BH-66/15-G型煤礦用防滅火液壓泵站，一用一備，其主要技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 液壓泵站主要技術(shù)參數(shù)

4.2 凝膠防滅火系統(tǒng)

（1）凝 膠 材 料 配 比，基 料:促 凝 劑:水=10:4:86（重量比），膠體初凝時(shí)間約2 min，膠體凝結(jié)時(shí)間30～50 s，膠體配比濃度為5‰～6‰。

（2）鉆孔參數(shù)與注膠量，鉆孔孔徑80 mm，其他具體參數(shù)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。其中，預(yù)防性注膠或火勢(shì)較小時(shí)，單孔注膠量應(yīng)不小于15 m3，火勢(shì)較大時(shí)，單孔注膠量應(yīng)不小于20 m3，上下隅角鉆孔單孔注膠量應(yīng)不小于30 m3。壓注凝膠工藝圖如圖3。

圖3 壓注凝膠工藝圖

（3）凝膠防滅火注漿設(shè)備，采用2套NJB-80/2型礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置。

4.3 礦井自燃火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采用JSG-7礦井自燃火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其工作原理如圖4。系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)氣體采樣控制柜中的控制開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)采樣抽氣泵，束管內(nèi)形成負(fù)壓，被測(cè)地點(diǎn)的氣體通過(guò)負(fù)壓進(jìn)入束管，經(jīng)分離器進(jìn)入采樣柜[6]。

圖4 JSG-7礦井自燃火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

在礦井的自燃危險(xiǎn)區(qū)建立自然發(fā)火觀測(cè)站，進(jìn)行系統(tǒng)的、定期的觀測(cè)，在回采面和封閉采空區(qū)設(shè)置固定觀測(cè)站。

回采面固定觀測(cè)站：在回風(fēng)巷采空區(qū)布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)、上隅角布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，束管布置在巷道外幫，隨采隨移，測(cè)點(diǎn)間距30 m，測(cè)點(diǎn)內(nèi)安裝采樣器，采樣器連接束管，測(cè)點(diǎn)采樣器外加套管保護(hù)；封閉采空區(qū)固定觀測(cè)站：工作面開(kāi)采完畢后，在進(jìn)、回風(fēng)側(cè)密閉分別設(shè)觀測(cè)孔，并在密閉內(nèi)各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。固定觀測(cè)站示意圖如圖5。

圖5 固定觀測(cè)站示意圖

XV1307工作面回采期間，采用以預(yù)防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔，同時(shí)建立健全礦井火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)措施，采空區(qū)溫度一直在16℃以下，CO2濃度在0.03%～0.05%之間，O2濃度由19.5%（回采期間）降低至17.5%（封閉后），CO濃度維持在5×10-5以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了億欣煤業(yè)15號(hào)煤層采空區(qū)遺煤自燃的有效防治。

5 結(jié)論

億欣煤業(yè)15號(hào)煤層工作面采用切頂留巷工藝，易導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)現(xiàn)象，從而誘發(fā)煤層自燃。從煤的炭化程度、成分、含硫量以及煤層開(kāi)采方法、巷道布置等方面對(duì)億欣煤業(yè)15號(hào)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究提出采用以預(yù)防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔，同時(shí)建立健全礦井火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了億欣煤業(yè)15號(hào)煤層采空區(qū)遺煤自燃的有效防治。