興隆莊煤礦綜合防滅火技術的再實踐

田向紅，張照允，孫 冰

（兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東 濟寧 272100）

1 概 況

防治煤層自然發(fā)火就是與大自然作斗爭，綜放面防滅火工作主要是在煤層最短自然發(fā)火期內的治理工作。以煤氧復合理論為理論依據(jù)，一般將采煤工作面采空區(qū)劃分為自然發(fā)火“三帶”，分別為散熱帶（0～20 m）、氧化帶（20 ～60 m）、窒息帶（60 m 以上）。根據(jù)采空區(qū)漏風流速劃分：散熱帶的流速大于0.24 m/min；氧化帶的流速在0.24～0.1 m/min；窒息帶的流速小于0.1 m/min。根據(jù)氧氣濃度劃分：散熱帶的氧氣濃度大于18%～19%；氧化帶的氧氣濃度在5%～19%之間；窒息帶的氧氣濃度小于5%。

采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”的劃分是防范采空區(qū)自然發(fā)火的重要基礎，根據(jù)煤層自然發(fā)火的條件可以看出，煤炭的自然發(fā)火一般發(fā)生在氧化帶。運用綜合防滅火措施治理氧化帶，可以增強防滅火措施的針對性，提高礦井防滅火的效果，有效預防綜放面自然發(fā)火的發(fā)生，對預防采空區(qū)的自然發(fā)火及保障綜放面的安全生產具有非?，F(xiàn)實的重要意義。

興隆莊煤礦的自然發(fā)火期一般為3～6 個月，而B4328 工作面的自然發(fā)火期經鑒定最短為28 d，依據(jù)“三帶”原理，如果28 d 的時間內綜放工作面未推進60 m，采空區(qū)內就存在自然發(fā)火的風險。B4328 綜放工作面走向長203.8～218.0 m，實際完成回采時間4 個月，平均月推進速度50～54 m，因此，針對存在的自然發(fā)火風險，通過五大綜合防滅火技術的實踐和創(chuàng)新，確保了B4328 的安全順利推進。

2 綜合防滅火技術的再實踐

2.1 大面積采空區(qū)化整為零的再實踐

大面積采空區(qū)由多個回采工作面采空區(qū)組合而成，此類采空區(qū)漏風通道多，產生組合火點的可能性較多，較難治理。通過回采工作面周邊相鄰的采空區(qū)留設大煤柱，對沿空巷道進行注漿充填等措施，將采空區(qū)隔絕成為單一獨立的采空區(qū)，可有效避免大面積采空區(qū)多火點的產生。

興隆莊煤礦B4328 工作面位于四采區(qū)下部，西南部為4328 采空區(qū)，西北部為4326 采空區(qū)，東南為設計停采線與B4328 運煤巷相鄰，東北部為實體煤。工作面軌順緊鄰四采下部集軌巷連通B4326 采空區(qū)。

通過運順側及切眼后部留設大煤柱，對B4326運煤巷進行注漿充填，使B4328 采空區(qū)成為單一獨立的采空區(qū)。

圖1 B4328 工作面大煤柱留設示意圖

2.2 采煤面快速堵漏風技術的再實踐

2.2.1 快速堵漏風技術

通過在B4328 綜放面進、回風隅角每隔30 m 施工一道隔離垛；在四采下部集軌巷、B4326 運煤巷等連通采空區(qū)的巷道端頭施工閉墻；對隔離垛及閉墻噴涂高分子材料SFT 等措施實現(xiàn)采空區(qū)快速堵漏風的目的。

2.2.2 夾心閉注膠技術的創(chuàng)新

1）夾心閉注膠技術的由來。綜放面在回采35 d后回風隅角及回風流指標氣體有升高跡象，通過在綜放面進、回風隅角施工隔離垛，對B4326 運煤巷及四采下部集軌巷閉墻加固并噴涂賽福特后，回風流指標氣體依然沒有明顯下降趨勢，經過分析研究說明綜放面采空區(qū)依然存在漏風通道，對B4328 堵漏風措施進行排查如下：①進、回風隅角施工隔離垛，并噴涂賽福特后，短時間內漏風情況得到有效抑制，回風流氣體指標應有明顯下降變化；②B4326 運煤巷與四采下部集軌巷交接處施工1 m 厚磚閉（圖2閉墻三），且B4326 運煤巷地理位置西低東高，通過對B4326 運煤巷不間斷壓注粉煤灰漿進行充填，經注漿量測算，漏風概率較?。虎鬯牟上虏考壪锿ㄟ^B4326 運煤巷與B4328 軌順內段聯(lián)通，四采下部集軌巷與采空區(qū)間有內外兩道閉墻，因四采下部集軌巷北高南低，無法進行注漿充填。

經分析，在工作面正常推進數(shù)十米后，因周期來壓等地質變化導致B4326 運煤巷與軌順面口施工的閉墻（圖2 閉墻三）產生裂隙等漏風情況，且四采下部集軌巷外閉正對全風壓進風，使四采下部集軌巷與采空區(qū)存在明顯漏風通道。

分析后決定，在四采下部集軌巷閉墻（圖2 閉墻二）外1 m 處再施工一道板閉并噴涂高分子堵漏材料賽福特，施工完畢后，回風隅角及回風流指標氣體有所下降并穩(wěn)定在一個區(qū)間內，但效果并未達到預期，指標氣體仍然存在一定的安全風險。通過對兩閉之間壓注凝膠，回風隅角及回風流指標氣體下降并穩(wěn)定在安全可控的區(qū)間范圍內。

圖2 B4328 工作面閉墻位置示意圖

2）夾心閉注膠技術。綜采工作面推進過程中，在進風隅角間隔3～5 m 施工2 道隔離垛或封閉巷道口間隔1～3 m 施工2 道磚（板）閉，對隔離垛或板閉內進行注膠充填，有效隔絕氧氣進入采空區(qū)，防止采空區(qū)煤層自然發(fā)火的發(fā)生。

3）進風隅角夾心隔離垛注膠技術實踐運用中存在的問題及探索。B4328 綜放面的實際運用中，在進風隅角間隔10 m 施工2 道隔離垛，對2 隔離垛間壓注凝膠。通過2 次壓注發(fā)現(xiàn)：①進風隅角斷面較大，施工2 道隔離垛需耗費大量的人力導致近距離施工難度大；②因2 道隔離垛間間距10 m，充填量較大，小蘇打和水玻璃在運輸過程上時間影響較長。

以上問題使得進風隅角的夾心隔離垛未能及時充實，導致堵漏效果未達到預期。經實踐探索通過以下幾項措施達到夾心隔離垛快速堵漏風的預期效果。

1）完善綜放面注膠系統(tǒng)，鋪設注膠管路，實現(xiàn)水玻璃遠距離供液。

2）有計劃的提前準備小蘇打等注膠物資。

3）隔離垛施工前，準備好充足的打垛物料，將2道隔離垛間距控制在3～5 m 內。

圖3 注膠充填技術示意圖

2.3 采空區(qū)惰化技術的再實踐

采空區(qū)惰化技術就是通過持續(xù)對采煤工作面進風隅角、沿空封閉巷道、采空區(qū)間聯(lián)絡通道等壓注氮氣的惰化采空區(qū)氣體環(huán)境的防滅火技術。

B4328 綜放工作面回采50 d（推進45 m）時，開始對進風隅角及四采下部集軌巷持續(xù)交替壓注氮氣。在向采空區(qū)注氮時，注氮量及注氮濃度是影響采空區(qū)惰化效果的關鍵。通過向B4328 采空區(qū)壓注氮氣的實踐中發(fā)現(xiàn)，整個注氮過程中影響有效注氮量的關鍵在于注氮管路積水的排出，其他影響因素包括注氮管路的長短、沿線門簾拐彎的數(shù)量等。

以B4328 向進風隅角注氮為例，剛開始注氮時，地面注氮機出口流量為600 m3/h，井下注氮管路末端的流量為90 m3/h，經過2 d 持續(xù)不斷的對綜放面至地面注漿站沿線管路進行反復排查及測量氮氣流速，發(fā)現(xiàn)尤其是門簾處、低洼處、拐彎處的管路積水對氮氣流速影響較大，通過排出這些特定地點的積水，注氮流量迅速達到200 m3/h。

除此之外，地面注氮機與綜放面的距離也是影響注氮流量的一項重要因素，興隆莊煤礦地面注氮設備配套的空壓機的作用是將注氮機分離出的氮氣通過注氮管路壓向綜放面，地面注氮機至綜放面的距離為4 000 m，距離較遠，加之中間管路存在較多的拐彎和起伏變化，管阻較大，實際注氮流量在180～240 m3/h 之間。

2.4 液態(tài)CO2 防滅火技術的再實踐

液態(tài)CO2的防滅火技術就是對氣體監(jiān)測產生異常的采空區(qū)或連接采空區(qū)的封閉巷道內壓注液態(tài)C02的防滅火技術。

B4328 綜放面在回采50 d 時綜放面的回風流及回風隅角指標氣體異常升高，B4326 運煤巷內的指標氣體在隨后的一周時間指標氣體持續(xù)升高，且在一周后的取樣報表中產生了微量的乙烷乙烯，通過移動液態(tài)CO2罐車對進風隅角以及B4326 運煤巷壓注液態(tài)CO2，壓注完成后，B4326 運煤巷的指標氣體在12 h 以內迅速回落到安全可控范圍內，B4328 回風流及回風隅角的指標氣體在48 h 后恢復正常值。

圖4 B4326 運煤巷氣體變化趨勢圖

圖5 B4326 運煤巷閉墻內氣體情況

結合以往經驗，實踐得出以下使用移動液態(tài)CO2罐車壓注安全注意事項：

1）移動液態(tài)CO2罐車運輸方式及線路的選擇。液態(tài)CO2釋放后膨脹約560 倍，存在一定的安全風險。運輸過程中應盡量控制運輸速度；運輸線路上清除一切可能有接觸的車輛及障礙物；嚴禁出現(xiàn)碰撞及劇烈搖晃等情況。

2）必須派專人押運移動液態(tài)CO2罐車，運輸前必須檢查罐車所有管接頭是否牢靠，閥門位置是否正確，確認安全法、壓力表閥、液位計閥處于接通狀態(tài)，其他閥為關閉狀態(tài)。在運輸過程中應機廠觀察檢查容器內的壓力，發(fā)現(xiàn)異常情況應及時匯報并妥善處理。當壓力表讀數(shù)接近安全閥排放值前，應將罐車運輸至進風巷道及人員較少的空曠處，打開放氣閥，進行排氣卸壓。卸壓前，操作人員必須佩戴專用的勞動防護用品，人員不得正對出氣口；卸壓時，必須注意冷態(tài)氣體形成的白霧不能影響其他人員及車輛安全。

3）壓注管路的選擇及安全注意事項。移動液態(tài)CO2罐車與采空區(qū)連通所用管路必須為大于3 寸以上鋼管，壓注前必須仔細各檢查管路連接部位是否密封牢靠。壓注過程中，管路沿線不得有人員停留，應對移動液態(tài)CO2罐車到采空區(qū)的涉及范圍拉警戒線并派專人看守。

2.5 綜放面調壓技術的再實踐

通過給綜放面升壓的方式，使采空區(qū)內的有毒有害氣體被控制在采空區(qū)范圍內。

B4328 回風隅角指標氣體升高后，通過在四采下部集運巷施工板門控制回風量，使得B4328 面實現(xiàn)增壓，煤層自然氧化產生的有毒有害氣體有效控制在采空區(qū)內部。

通過B4328 綜放面每日的指標氣體取樣化驗報表匯總分析發(fā)現(xiàn): 綜放面升壓只能在自然發(fā)火初期短時間內對采空區(qū)內的有毒有害氣體起到壓制作用，升壓的過程必然會使采空區(qū)內的氧氣濃度增高，對采空區(qū)內遺煤產生助燃作用，使得采空區(qū)內遺煤的自然氧化速度加快，氧氣的消耗速度也在增加，繼而導致綜放面的壓力逐漸回復平衡，采空區(qū)存在自然發(fā)火的風險，且伴隨著有毒有害氣體進入回風流影響沿線人員的生命安全。

3 取得的效果

興隆莊煤礦B4328 綜放面綜合防滅火技術的實踐與創(chuàng)新使得B4328 綜放面安全順利回采，有效保障了人員的生命及財產安全；使得防治煤層自然發(fā)火的效率更高、效果更穩(wěn)，為今后煤層自然發(fā)火防治積累了寶貴的經驗和借鑒意義。防滅火技術應用過程中在施工安全措施方面的創(chuàng)新和優(yōu)化，使得煤層自然發(fā)火防治過程中安全風險大大降低，人員的生命健康安全得到了有效保障。

4 結 論

綜合防滅火技術的應用不是單一獨立的，在防治煤層自然發(fā)火的過程中，文中闡述的五大防滅火技術是相輔相成，綜合運用的。興隆莊煤礦B4328 綜放面的防滅火技術的實踐與創(chuàng)新，給作者感受最深的是防滅火工作不是一成不變的，面對不同的地質條件、更加復雜的現(xiàn)場環(huán)境等因素，需要通過對防滅火技術不斷的學習、實踐、探索和應用，在以往經驗的基礎上不斷深化細節(jié)和技術創(chuàng)新，使防治煤層自然發(fā)火的防滅火技術向著效率更高、效果更穩(wěn)的方向發(fā)展和進步。