長(zhǎng)期停工工作面自然發(fā)火重大風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策研究

席敦剛 王志寶 閆春來

（山東省兗州市大統(tǒng)礦業(yè)有限公司，山東 兗州 273100）

1 概述

星村煤礦3306 工作面因智能化改造計(jì)劃春節(jié)放假常規(guī)停工12 d，后因突發(fā)疫情影響停工10 d，停采總時(shí)間22 d。停工期間工作面煤體破碎，采空區(qū)、順槽頂煤、支架上方煤體存在自然發(fā)火重大風(fēng)險(xiǎn)。

該礦在汲取以往綜放工作面停工防火處理經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采取強(qiáng)化常規(guī)防火措施、風(fēng)險(xiǎn)因子積聚重點(diǎn)區(qū)域全面治理后封閉注氮的方式，配以均壓等輔助手段有效解決了長(zhǎng)期停工期間自然發(fā)火重大隱患。

2 長(zhǎng)期停工工作面自然發(fā)火重大風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

根據(jù)《煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制實(shí)施指南》（DB37/T 3417-2018）對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)管控。

按照風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析法（如圖1），通過分析風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率、特征、損壞程度等技術(shù)指標(biāo)，由風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和可能造成的損失評(píng)定分?jǐn)?shù)，進(jìn)而確定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其計(jì)算公式為：

R=L×S

式中：R表示風(fēng)險(xiǎn)度；L表示危險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性；S表示危險(xiǎn)事件可能造成的損失。

根據(jù)以上敘述結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖（圖1），風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定：長(zhǎng)期停工工作面自然發(fā)火為重大風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

2.2 重大風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)工作面停工的現(xiàn)狀，長(zhǎng)期停工期間自然發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)因子積聚位置主要為支架上方破碎煤體、采空區(qū)遺煤、兩順槽破碎頂煤。針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)因子積聚地點(diǎn)采取針對(duì)性措施進(jìn)行管控自然發(fā)火重大風(fēng)險(xiǎn)。

3 長(zhǎng)期停工工作面自然發(fā)火重大風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策研究

3.1 技術(shù)措施研究

根據(jù)重大風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果確定長(zhǎng)期停工期間自然發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)因子積聚位置主要為支架上方破碎煤體、采空區(qū)遺煤、兩順槽破碎頂煤。針對(duì)以上重點(diǎn)位置采取針對(duì)性技術(shù)措施，主要從強(qiáng)化常規(guī)防滅火措施、重點(diǎn)區(qū)域全面處理、封閉注氮、均壓四個(gè)技術(shù)措施方面來控制自然發(fā)火重大風(fēng)險(xiǎn)。強(qiáng)化常規(guī)措施可以有效地強(qiáng)化處理重點(diǎn)防火區(qū)域；重點(diǎn)區(qū)域全面處理可以確保不遺漏任何一個(gè)可能發(fā)生隱患的地點(diǎn)，達(dá)到全面治理的目的；封閉注氮有效地減少了采空區(qū)漏風(fēng)，封堵漏風(fēng)通道，降低采空區(qū)溫度；均壓進(jìn)一步控制漏風(fēng)通道，保證采空區(qū)始終處于均壓的狀態(tài)下。以上四個(gè)方面的綜合運(yùn)用有效地控制了自然發(fā)火的三要素，作用顯著，效果明顯，確保自然發(fā)火隱患消滅在初期。

3.2 強(qiáng)化常規(guī)防火措施

（1）停工前一個(gè)月每周兩次注防火劑或注漿，每次注漿量不少于100 m3，注漿出口根據(jù)束管分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整與確定，同時(shí)不注漿時(shí)注氮?dú)鈱?duì)采空區(qū)遺煤進(jìn)行處理，降低采空區(qū)氧氣濃度。

（2）縮短預(yù)埋管路間距，由不大于30 m 調(diào)整為不大于20 m，且停工前30 m 管路增設(shè)沿工作面敷設(shè)的多出口注漿管一路。

（3）每天對(duì)采空區(qū)、回風(fēng)隅角、回風(fēng)流、支架每隔10 架采樣分析一次。

（4）縮短采空區(qū)束管埋設(shè)間距，由≤20 m 調(diào)整為≤10 m。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)因子積聚重點(diǎn)區(qū)域全面處理

（1）兩順頂板煤體全面進(jìn)行超前防火處理，延緩煤體氧化，重點(diǎn)對(duì)破碎區(qū)域進(jìn)行反復(fù)壓注凝膠。

（2）停工后兩順施工隔離墻，減少采空區(qū)漏風(fēng)。停止移架后對(duì)兩順頂板、工作面1～10#煤體破碎區(qū)域支架架前、架間及架后施工防火鉆孔壓注防火材料，延緩支架上方、架后煤體氧化。

（3）停工期間根據(jù)束管分析報(bào)表選擇性注氮?dú)?、阻化泡沫?duì)采空區(qū)處于氧化自然帶區(qū)域的遺煤進(jìn)行處理。

3.4 封閉后注氮

（1）根據(jù)工作面現(xiàn)狀，采取軌道順槽在集控室以里、運(yùn)輸順槽在防火門墻處施工板閉的封閉方式，封閉前溜尾預(yù)留注氮管路，封閉后利用溜尾附近預(yù)留的管路注氮降低封閉區(qū)氧氣濃度，消除工作面自然發(fā)火隱患，為復(fù)工后工作面回采創(chuàng)造有利條件。

（2）每天取樣分析一次，查看封閉區(qū)域內(nèi)氣體變化情況。

（3）根據(jù)束管分析結(jié)果內(nèi)的氧氣濃度變化情況及時(shí)調(diào)整注氮量。

3.5 均壓

均壓是一種有效地減少采空區(qū)漏風(fēng)、降低自然發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)的重要手段。根據(jù)工作面通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，以減少采空區(qū)漏風(fēng)、為作業(yè)人員創(chuàng)造良好工作環(huán)境為目的，調(diào)整工作面運(yùn)煤巷風(fēng)門，未封閉注氮前風(fēng)量調(diào)整為正常生產(chǎn)期間的二分之一，封閉期間風(fēng)量盡可能在滿足最低風(fēng)速的要求下往下調(diào)整。

4 效果分析

3306 工作面經(jīng)歷了停采進(jìn)行智能化改造、疫情期間封閉和啟封、恢復(fù)生產(chǎn)的過程，分別采取了不同的防火措施。

（1）停工后未封閉前，回風(fēng)隅角、回風(fēng)流一氧化碳?xì)怏w濃度穩(wěn)定呈下降趨勢(shì)；運(yùn)順采空區(qū)一氧化碳、氧氣濃度下降，氧氣濃度降至10%以下；進(jìn)風(fēng)隅角一氧化碳，存在間歇性超限現(xiàn)象，軌順采空區(qū)一氧化碳上升，個(gè)別束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)超過100 ppm。

（2）工作面停止生產(chǎn)后，工作面及兩順采空區(qū)氣體相對(duì)穩(wěn)定，運(yùn)順采空區(qū)氧氣濃度升高、一氧化碳濃度降低；軌順采空區(qū)氧氣濃度較低，進(jìn)風(fēng)隅角氧氣低于7%；工作面架間鉆孔一氧化碳濃度較高，24～25、34～35、44～45、54～55 號(hào)架架間鉆孔分析一氧化碳濃度都超過500 ppm，工作面一氧化碳?xì)怏w總量不大。采取架前、架間鉆孔全面注凝膠處理，架間一氧化碳濃度下降并趨于穩(wěn)定。

（3）工作面進(jìn)行封閉，軌順在集控室以里、運(yùn)順在防火門墻處施工板閉，采取注氮抑制自然發(fā)火，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整了注氮出口、流量和時(shí)間，工作面一氧化碳?xì)怏w先上升后下降。束管采樣分析數(shù)據(jù)與監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相差較大，束管鋪設(shè)距離長(zhǎng)、采樣等因素影響束管采樣分析數(shù)據(jù)存在誤差。

（4）工作面恢復(fù)正常生產(chǎn)后回風(fēng)隅角、回風(fēng)流一氧化碳?xì)怏w濃度穩(wěn)定呈下降趨勢(shì)；運(yùn)順采空區(qū)一氧化碳濃度有所上升；進(jìn)風(fēng)隅角一氧化碳，存在間歇性超限現(xiàn)象；軌順采空區(qū)一氧化碳先上升后下降，氧氣濃度變化較大。整體分析無(wú)自然發(fā)火隱患。

5 結(jié)論

（1）長(zhǎng)期停工綜放工作面根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)因子積聚點(diǎn)采取針對(duì)性措施是有效的，最經(jīng)濟(jì)安全有效的方式需要結(jié)合工作面的實(shí)際情況、地質(zhì)條件、煤體破碎程度、礦井最短自然發(fā)火期等參數(shù)來確定。

（2）注氮可以有效地抑制采空區(qū)氧氣濃度，從而從根本上消除自然發(fā)火隱患，氧氣濃度的高低直接決定了自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度。

（3）均壓是自然發(fā)火防控的一大重要手段，簡(jiǎn)單均壓從自然發(fā)火的三要素上“持續(xù)的通風(fēng)供氧條件”進(jìn)行了有效控制。