綜放工作面采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火防控技術(shù)研究

陳軍章

【摘 要】 為提高綜放工作面安全生產(chǎn)保障能力，降低采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火給煤炭開(kāi)采帶來(lái)的影響，文章以11301綜放工作面為工程實(shí)例，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法對(duì)采空區(qū)三帶進(jìn)行測(cè)定，并依據(jù)測(cè)定結(jié)果提出針對(duì)性防滅火技術(shù)措施。研究結(jié)果表明：1）11號(hào)煤層自燃發(fā)火期最短為36d，煤層自燃發(fā)火臨界氧氣濃度為10.0%;2）依據(jù)采面實(shí)際情況對(duì)測(cè)點(diǎn)布置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并依據(jù)測(cè)點(diǎn)獲取到的采空區(qū)氧氣、一氧化碳濃度判定采空區(qū)散熱帶、氧化帶、窒息帶范圍為0～45m、45～73m以及73m以里;3）采用理論計(jì)算方法確定采面最小安全推進(jìn)速度為1.88m/d，并提出注氮、減少漏風(fēng)以及噴灑阻化劑等綜合防滅火技術(shù)措施?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用顯示未監(jiān)測(cè)到采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火征兆，取得顯著防滅火防治效果。

【關(guān)鍵詞】 采空區(qū);遺煤自燃;氣體成分;防滅火技術(shù);氧氣濃度

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TD75+3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）05-0014-03

隨著礦井綜合機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用推廣，煤炭采掘效率不斷提升，采空區(qū)范圍不斷增加。當(dāng)回采煤層頂板存在有薄煤層或者受開(kāi)采工藝影響導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)遺煤較多時(shí)，遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性顯著增加，給礦井生產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。文章在以往研究成果基礎(chǔ)上，以11301綜放工作面為工程實(shí)例，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法對(duì)采空區(qū)三帶范圍進(jìn)行測(cè)定，并依據(jù)測(cè)定結(jié)果提出綜合防滅火技術(shù)，以期能在一定程度上提高礦井綜合安全生產(chǎn)保障能力。

1 工程概況

11301綜放工作面采放比為1∶1，采用U型通風(fēng)（進(jìn)風(fēng)量為1880m3/min），切眼斜長(zhǎng)、走向長(zhǎng)分別為120m、890m。11號(hào)煤厚5.6m，瓦斯含量6.3m3/t，距11號(hào)煤層上部3m、6m距離分別為10號(hào)煤（厚0.45m）和9號(hào)煤（厚0.32m）賦存不穩(wěn)定。

2 采空區(qū)三帶測(cè)定方案與測(cè)定結(jié)果分析

2.1 煤層自燃參數(shù)測(cè)定及三帶劃分標(biāo)準(zhǔn)

按照煤樣采集標(biāo)準(zhǔn)（GB/T482-2008）要求，采集11301綜放工作面回采的11號(hào)以及頂板10號(hào)及9號(hào)煤層煤樣送有資質(zhì)檢驗(yàn)單位進(jìn)行自燃發(fā)火實(shí)驗(yàn)，測(cè)定發(fā)現(xiàn)取樣煤層均有自燃發(fā)火傾向，其中11號(hào)、10號(hào)以及9號(hào)煤層自燃發(fā)火期分別為36～102d、42～121d、48～95d，煤層自燃發(fā)火臨界氧氣濃度均為10.0%。

結(jié)合煤層自燃發(fā)火臨界氧氣濃度測(cè)試結(jié)果，采空區(qū)三帶按照下述標(biāo)準(zhǔn)判定，即散熱帶：氧氣濃度≥18%，氧化帶：氧氣濃度介于10%～18%，窒息帶：氧氣濃度≤10%。

2.2 測(cè)定方案布置

沿著11301綜放工作面布置束管采樣器對(duì)采空區(qū)內(nèi)氣體成分進(jìn)行分析，從采面回風(fēng)巷向下每間隔30m均布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體現(xiàn)場(chǎng)布置情況見(jiàn)圖1所示。

普通束管在采空區(qū)頂板冒落時(shí)容易砸斷，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量精度偏低，為此本次測(cè)量使用高壓軟管代替?zhèn)鹘y(tǒng)束管。在測(cè)定期間每天取樣并用色譜分析儀分析取樣氣體成分，通過(guò)氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)確定采空區(qū)“三帶”分布范圍。

2.3 測(cè)定結(jié)果分析

11301綜放工作面于2020年5月開(kāi)始試生產(chǎn)，并于同年6月中旬布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定分析。通過(guò)分析5個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)氧氣、一氧化碳濃度判定采空區(qū)三帶。具體氧氣濃度、一氧化碳濃度隨工作面距離的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2所示。根據(jù)煤層自燃參數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)及三帶劃分標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)測(cè)點(diǎn)位置三帶范圍確定情況見(jiàn)表1所示。

測(cè)點(diǎn)1與其他測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)2～測(cè)點(diǎn)5）確定的采空區(qū)三帶范圍相差較大，原因主要是受到回風(fēng)上隅角位置采空區(qū)埋管影響。從圖2的（a）和（b）中可看出，隨著采面推進(jìn)采空區(qū)內(nèi)一氧化碳濃度在散熱帶由于采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)率較大、溫度較低，遺煤自燃條件不足，從而濃度相對(duì)較低;進(jìn)入到氧化帶后，由于遺煤氧化自燃氧化條件相對(duì)較好，使得一氧化碳濃度較高;進(jìn)入到窒息帶后，氧氣濃度在10%以?xún)?nèi)，采空區(qū)遺煤不具備自燃氧化條件，從而使得一氧化碳基本消失。從圖2及表1確定散熱帶邊界為采空區(qū)45m深位置，氧化帶邊界為采空區(qū)73m深位置，73m以里均為窒息帶，具體確定的采空區(qū)三帶分布范圍示意圖見(jiàn)圖3所示。

3 綜合防滅火技術(shù)措施

3.1 工作面安全推進(jìn)速度

可通過(guò)下述公式確定工作面安全推進(jìn)速度Vmin：

[Vmin=1.5Lmaxτ] （1）

其中Lmax為采空區(qū)氧化帶寬度，取45m;τ為煤層最短自燃發(fā)火期，取36d。

通過(guò)公式（1）計(jì)算得到Vmin=1.88m/d。即采面推進(jìn)速度在1.88m/d以上時(shí)采空區(qū)內(nèi)遺煤無(wú)自燃發(fā)火危險(xiǎn)性;當(dāng)采面持續(xù)停采超過(guò)36d或者推進(jìn)速度在1.88m/d以?xún)?nèi)時(shí)則采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)較高。

11301綜放工作面正?；夭善陂g推進(jìn)速度為4.0m/d，正?；夭蓵r(shí)采空區(qū)遺煤無(wú)自燃發(fā)火危險(xiǎn)，但是采面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，采面推進(jìn)受地質(zhì)構(gòu)造影響，因此在采面生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)并根據(jù)探測(cè)結(jié)果采取針對(duì)性措施降低地質(zhì)構(gòu)造給采面推進(jìn)速度影響。

3.2防滅火措施

現(xiàn)階段防滅火技術(shù)主要以灌注黃泥漿、注氮、噴灑阻化劑以及減少采空區(qū)漏風(fēng)等為主，針對(duì)11301綜放工作面采空區(qū)三帶測(cè)定結(jié)果，提出以下防滅火技術(shù)措施：

采空區(qū)內(nèi)注氮。根據(jù)礦上實(shí)際情況選擇注氮方式降低采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度，從而防止采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化自燃。布置的注氮管路沿著進(jìn)風(fēng)上隅角鋪設(shè)，深入到采空區(qū)深度為45m。

減少漏風(fēng)。常用技術(shù)有增阻法、均壓法、堵漏法等，其中以堵漏法應(yīng)用最為方便且經(jīng)濟(jì)投入較小。為此，在11301綜放工作面采用堵漏法降低采空區(qū)漏風(fēng)量。工作面漏風(fēng)主要集中在采面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角位置，為此可在采面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角位置砌筑密閉墻，通過(guò)封閉漏風(fēng)通道來(lái)降低采空區(qū)漏風(fēng)量，減少采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度弱化采空區(qū)遺煤氧化自燃。采面施工的密閉墻應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)施工，并對(duì)密閉、漏風(fēng)巷道等位置使用全面噴漿封堵漏風(fēng)裂隙，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。

噴灑阻化劑。在采面正?；夭蓵r(shí)向頂板、底板噴灑阻化劑，避免遺煤出現(xiàn)氧化自燃問(wèn)題。

4 結(jié)論

對(duì)采面采空區(qū)內(nèi)遺煤進(jìn)行自燃發(fā)火試驗(yàn)，確定采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃最短發(fā)火時(shí)間為36d、氧氣濃度下限為10%;根據(jù)11301綜放工作面實(shí)際情況對(duì)采空區(qū)三帶測(cè)量方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)分析采空區(qū)內(nèi)氧氣、一氧化碳濃度確定三帶分布，具體采空區(qū)內(nèi)散熱帶、氧化帶以及窒息帶范圍分別為0～45m、45～73m以及73m以里。

根據(jù)開(kāi)采的11號(hào)煤層自燃發(fā)火特性以及采空區(qū)三帶測(cè)定結(jié)果，對(duì)采面安全推進(jìn)速度進(jìn)行確定，即采面推進(jìn)速度在1.88m/d以上時(shí)，采空區(qū)內(nèi)遺煤不會(huì)出現(xiàn)自燃問(wèn)題;并提出注氮、降低漏風(fēng)量及噴灑阻化劑防滅火措施，提出措施投入小、防滅火效果顯著，可滿(mǎn)足采面安全生產(chǎn)需要。

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