綜采工作面綜合防滅火技術(shù)應(yīng)用研究

張志敏

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 工作面概況

常村煤礦1103 工作面位于井下一采區(qū)，開采3#煤層。工作面走向可采長(zhǎng)度為1 750 m，傾斜長(zhǎng)210 m，采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤工藝，采放比例為1:1.8；采用U 型通風(fēng)，工作面膠帶巷進(jìn)風(fēng)，輔助運(yùn)輸巷回風(fēng)。工作面煤層頂板巖性為泥巖、砂巖混合，底板巖性為泥巖，煤層平均厚度為7.5 m，煤層傾角1°～3°。工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為3.9 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為1.6 m3/t，屬易自燃，自然發(fā)火周期58 d。綜放工作面采煤時(shí)，冒落高度較大，采空區(qū)空間大，遺留大量松散煤體，極易造成自燃現(xiàn)象，受火災(zāi)威脅較為嚴(yán)重。

2 綜放工作面防滅火技術(shù)

2.1 氣體及溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

煤體自燃分為潛伏期、 發(fā)熱期和發(fā)火期三個(gè)階段，每個(gè)階段都具有較為明顯的氣體濃度和溫度表現(xiàn)[1-2]。工作面采空區(qū)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)氣體和溫度的變化對(duì)煤體自燃現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，達(dá)到防火的目的。因此，建立完善的氣體及溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是煤礦防滅火工作的核心內(nèi)容[3-4]。常村礦在礦井氣體及溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在1103 綜放工作面配備了型號(hào)為KSS-200 的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 1103 工作面束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在輔助運(yùn)輸巷以及采空區(qū)內(nèi)。在輔助運(yùn)輸巷中向采空區(qū)鋪設(shè)抽采管路4 趟，并布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)4 個(gè)，編號(hào)為1#至4#，1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在切眼向里50 m 處，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔50 m，4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在工作面回風(fēng)隅角處； 在工作面膠帶巷同樣鋪設(shè)抽采管路4 趟，并在采空區(qū)內(nèi)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 個(gè)，編號(hào)為5#、6#、7#，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔50 m。分別在1#至7#監(jiān)測(cè)點(diǎn)處安裝采樣裝置，通過(guò)氣象色譜儀對(duì)1103 綜放工作面采空區(qū)內(nèi)CO、CO2、CH4、O2、C2H6、N2、C2H4等氣體濃度及采空區(qū)溫度進(jìn)行采樣分析。1103 綜放工作面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面如圖2所示。

圖2 1103 綜放工作面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面

2.2 通風(fēng)風(fēng)量控制措施

1103 工作面在回采過(guò)程中的風(fēng)量一直保持在1 500 m3/min 左右，能夠滿足工作面日常生產(chǎn)，在工作面過(guò)斷層期間，受斷層構(gòu)造影響，采空區(qū)出現(xiàn)大量漏風(fēng)現(xiàn)象，導(dǎo)致采空區(qū)遺煤自燃三帶提前[5]。監(jiān)測(cè)到采空區(qū)內(nèi)CO 濃度以及溫度逐漸升高，數(shù)據(jù)顯示回采過(guò)程中CO 最高濃度達(dá)到160×10-6，極易出現(xiàn)煤體自然發(fā)火現(xiàn)象。因此，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，及時(shí)調(diào)整1103 工作面的通風(fēng)風(fēng)量，逐步降低進(jìn)風(fēng)量，最終將進(jìn)風(fēng)量控制在1 000 m3/min 左右，此時(shí)，采空區(qū)CO 氣體濃度以及煤體溫度有所降低，CO 濃度降低至80×10-6并保持穩(wěn)定，工作面回風(fēng)隅角CO 濃度降低至20×10-6。采空區(qū)CO 氣體濃度變化曲線如圖3所示。

圖3 1103 工作面采空區(qū)CO 濃度變化曲線

2.3 惰性氣體充填

為降低采空區(qū)松散遺煤的自燃性，對(duì)工作面采空區(qū)進(jìn)行惰性氣體填充。通過(guò)惰性氣體隔絕煤體表面與空氣的接觸，降低采空區(qū)內(nèi)空氣中的含氧量，能夠有效防止煤體自然起火[6]。1103 工作面采空區(qū)填充的惰性氣體為氮?dú)猓诘V井地表建立制氮站并配備完善的制氮設(shè)備一套，每小時(shí)制氮能力為2 950 m3，所制氮?dú)饧兌瓤蛇_(dá)96%。氮?dú)廨斎牍苈窂闹频窘?jīng)主井井口—井底車場(chǎng)—運(yùn)輸大巷—1103 工作面膠帶巷—1103 工作面采空區(qū)進(jìn)行24 小時(shí)不間斷氮?dú)獬涮?，充填速度?00 m3/h。

氮?dú)獬涮罘绞綖檫~步式埋管充填，沿1103 工作面膠帶巷巷幫底板向采空區(qū)埋設(shè)氮?dú)獬涮钴浌?，軟管采? 寸鋼絲纏繞，并將軟管接入礦井氮?dú)獬涮钪鞴苈?。在工作面回采期間，埋1 趟軟管進(jìn)入采空區(qū)20 m 進(jìn)行氮?dú)獬涮?，同時(shí)埋入第二趟軟管，當(dāng)?shù)诙塑浌苓M(jìn)入采空區(qū)20 m 后，將第一趟軟管拆除，同時(shí)使用第二趟軟管充填氮?dú)?，如此重?fù)此循環(huán)作業(yè)，直至工作面回采完畢。1130 工作面氮?dú)獬涮罟苈仿裨O(shè)如圖4所示。

圖4 1130 工作面氮?dú)獬涮罟苈仿裨O(shè)

2.4 阻化劑噴灑

阻化劑能夠增加煤體的化學(xué)惰性，同時(shí)形成液膜包圍煤體表面裂縫并填充內(nèi)部裂隙，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行阻化劑噴灑能夠有效降低煤層自燃[7]。1103工作面實(shí)施移動(dòng)式阻化劑霧化噴灑，使用BPW-360/16A 型阻化泵，并配備阻化劑專用管路及霧化器，在工作面膠帶巷串車上配備阻化劑容器，對(duì)工作面采空區(qū)進(jìn)行阻化劑霧化噴灑。阻化劑濃度為13%，密度為1.03 t/m3，根據(jù)1103 工作面的生產(chǎn)情況，初定工作面阻化劑日使用量為0.5 t。在工作面回采過(guò)程中，正常情況下實(shí)行24 h 不間斷噴灑制度，工作面因特殊原因或受地質(zhì)構(gòu)造影響回采速度降低或停產(chǎn)時(shí)，酌情調(diào)整阻化劑噴灑頻率及噴灑量。1103 工作面阻化劑噴灑系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 1103 工作面阻化劑噴灑系統(tǒng)

2.5 端頭封堵

綜放工作面因采煤工藝原因，采空區(qū)空間較大，煤層頂板冒落高度較高，采空區(qū)容易出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致充填氮?dú)獯罅恳绯觯粌H影響氮?dú)獾氖褂眯Ч?，也容易造成采空區(qū)遺煤自然發(fā)火[8]。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)1103 工作面采取了端頭封堵的措施防止煤體自燃。隨工作面回采推進(jìn)，在工作面膠帶巷和輔助運(yùn)輸巷施工密閉墻阻隔采空區(qū)氣體流出，密閉墻隨切眼推進(jìn)而推進(jìn)，間距為30 m，墻體厚度為1.5 m，采用磚塊、粉煤灰和混凝土作為構(gòu)筑材料，保證密閉墻接頂，并使用粉煤灰+ 混凝土對(duì)接口處進(jìn)行加密處理，確保密閉嚴(yán)實(shí)。1103 工作面兩巷端頭封堵如圖6所示。

圖6 1103 工作面兩巷端頭封堵

3 結(jié)語(yǔ)

由于綜采放頂煤工作面的采煤工藝原因，工作面采空區(qū)空間較大，頂板冒落高度較高，容易造成采空區(qū)內(nèi)遺留大量松散煤體。常村煤礦3#煤層屬于易自燃煤層，為保證1103 工作面在回采過(guò)程不發(fā)生采空區(qū)遺煤自然發(fā)火，通過(guò)建立監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面回風(fēng)隅角以及采空區(qū)內(nèi)氣體濃度和溫度實(shí)現(xiàn)煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，并實(shí)施風(fēng)量控制、惰性氣體充填、阻化劑噴灑及端頭封堵等措施保證工作面在回采期間安全生產(chǎn)。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，經(jīng)防滅火技術(shù)綜合治理后，監(jiān)測(cè)到1103工作面回采過(guò)程中采空區(qū)一氧化碳濃度在78×10-6左右，回風(fēng)隅角一氧化碳濃度在25×10-6左右，在采煤期間未監(jiān)測(cè)出煤層自燃預(yù)兆，解決了工作面煤層自然發(fā)火的隱患，使1103 工作面的安全生產(chǎn)得到有效保障。