松散煤體下掘進期間防滅火技術(shù)應用

蔣志龍

（山東兗州大統(tǒng)礦業(yè)有限公司，山東 濟寧 272100）

1 礦井概況

楊莊煤礦位于兗州煤田西北邊緣，分別與東部的興隆莊井田和南部的楊村井田相鄰，現(xiàn)開采二疊紀3 煤層，復采九采區(qū)。受當時開采條件的限制，九采區(qū)3 煤層近8 m 厚的煤層只沿煤層底板采出了約2 m 厚煤炭，剩余約6 m 厚的煤炭全部遺留在采空區(qū)，存在自然發(fā)火隱患。九采區(qū)煤塵爆炸指數(shù)36.92%，屬自燃煤層，自然發(fā)火期3～6 個月，低瓦斯礦井，地溫23 ℃，采深260～350 m。

2 掘進工作面情況

F9305掘進工作面整體位于9311采空區(qū)下方（如圖1），兩順槽及切眼均沿底布置，其中：F9305軌道順槽全長709.92 m，松散煤體下掘進長度約為660 m，其余為實體煤中掘進。F9305 運輸順槽全長723.7 m，為實體煤中掘進。F9305 切眼全長90.64 m，為實體煤中掘進。

圖1 F9305 工作面兩順槽位置關(guān)系示意圖

3 自然發(fā)火隱患分析

（1）F9305 軌道順槽在9311 采空區(qū)松散煤體中掘進，9311 工作面回采期受斷層影響分兩個塊段進行回采，兩個塊段之間留有約22 m的未采動區(qū)域。由于原9311 工作面采用懸移支架，回采設(shè)備落后，煤炭回收量較小，造成采空區(qū)遺留的破碎煤體較多。后期掘進期間受圍巖應力變化及礦山壓力影響，遺留煤體進一步破碎且存在漏風通道，管理不善，極易造成施工巷道及相鄰采空區(qū)遺煤自然發(fā)火。

（2）F9305 運輸順槽在實體煤中掘進，巷道前進右?guī)团c9311 采空區(qū)之間留有約6 m 的煤柱，受礦山壓力影響，煤柱產(chǎn)生裂隙，存在漏風通道，不利于巷道掘進期間的防滅火安全。

4 防滅火監(jiān)測管理

（1）F9305 軌道順槽共布置11 個監(jiān)測探孔（如圖2），探孔與水平呈20°～30°的夾角，深度不小于6 m。

（2）F9305 運輸順槽共布置四個監(jiān)測探孔（如圖2），以上探孔均在巷道右?guī)图s中間位置垂直打設(shè)，深度以進入9311 采空區(qū)為宜。

圖2 F9305 工作面兩順槽監(jiān)測探孔布置示意圖

（3）防滅火監(jiān)測措施

① 探孔打設(shè)完畢后及時安設(shè)套管，套管采用6分、4 分或2 分鋼管加工，長度根據(jù)孔深決定，套管采用管箍接力安設(shè)，套管最前端做成尖狀且花管長度不低于0.5 m。套管安設(shè)完畢后安排人員在套管內(nèi)安設(shè)一根束管，束管與管壁和套管與煤壁的接觸部位必須用黃泥或水泥封嚴，引出的束管固定于巷幫，末端折彎防止漏氣。

② F9305 兩順槽及切眼在掘進期間如巷道頂幫出現(xiàn)片冒嚴重（深度超過1 m）或其他特殊地質(zhì)構(gòu)造時，應對以上區(qū)域的CH4、CO2、CO、溫度等情況進行檢測，異常及時增加探孔數(shù)量或采取其他有效的防滅火措施。

③ F9305 工作面掘進期間打設(shè)的防滅火監(jiān)測探孔根據(jù)CO 數(shù)值調(diào)整檢查周期，具體為：CO＜1×10-4，每周檢查一次；1×10-4≤CO ＜2×10-4，每天檢查一次；CO ≥2×10-4，每班檢查兩次并及時采樣分析，檢查內(nèi)容包括一氧化碳、氧氣、瓦斯、二氧化碳。

④ F9305 軌道及運輸順槽自然發(fā)火觀測點設(shè)在施工巷道內(nèi)，距掘進巷道全風壓回風口10～15 m 處。每周檢查一次CH4、CO2、CO、溫度等情況。

5 掘進期間防漏風管理

5.1 噴漿或噴涂LFM 防滅火材料堵漏

（1）F9305 軌道順槽頂幫全部進行噴漿或噴涂LFM防滅火材料（噴涂型），噴厚以覆蓋金屬網(wǎng)為宜，以提高封閉效果，噴漿或噴涂LFM 防滅火材料（噴涂型）工作滯后迎頭不得大于50 m。

（2）F9305 運輸順槽及切眼掘進期間如頂幫破碎片冒嚴重（深度超過1 m），對片冒區(qū)域進行充填LFM 防滅火材料（充填型），充填完畢后表面噴漿或噴涂LFM 防滅火材料（噴涂型），噴厚以覆蓋金屬網(wǎng)為宜。

（3）F9305 工作面掘進期間必須做好相鄰采空區(qū)密閉墻防漏風管理，每周巡查密閉墻完好情況并利用壓差計監(jiān)測密閉內(nèi)外壓差狀況，發(fā)現(xiàn)密閉損壞或漏風加劇時必須匯報通防部門，及時修補密閉墻或重新抹皮，墻體受壓力破壞嚴重時必須對墻體周圍煤體進行注膠或噴漿、噴涂LFM防滅火材料堵漏，必要時重新選擇位置增補一道密閉，進一步增加密閉墻的氣密性。

5.2 膠體堵漏

（1）特殊地點膠體堵漏

在F9305 軌道順槽四處特殊地點（9311 外面開采線、停采線及9311 里面開采線、停采線，如圖3）前后約1 m 范圍內(nèi)分別打設(shè)一排注膠鉆孔，每排注膠鉆孔布置六個，具體為：

① 在巷道兩肩窩向巷中1～1.2 m 范圍內(nèi)垂直于頂板各布置一個注膠鉆孔，鉆孔深度不小于2 m。在巷道兩肩窩與水平呈30°～45°夾角各布置一個注膠鉆孔，鉆孔深度不小于6 m。在巷道兩幫距頂板向下不大于1.2 m 垂直各布置一個注膠鉆孔，深度不小于6 m。

② 鉆孔打設(shè)完畢后根據(jù)孔深安設(shè)注膠管，注膠管采用6 分或4 分鋼管，管口加工螺紋，長度較長的注膠管采用管箍接力安設(shè)，注膠管外漏距網(wǎng)面約15 cm，注膠管與煤壁之間的縫隙用黃泥或水泥封堵嚴實，注膠管口未注膠前用舊風筒布或編織袋包裹。孔深2 m 的注膠管花管長度不小于1 m，孔深6 m 的注膠管花管長度不小于4 m。注膠管安設(shè)完成后，由巷道施工單位先壓注LFM 防滅火材料（充填型），隨后再壓注水玻璃凝膠，原則上每孔LFM防滅火材料（充填型）及水玻璃凝膠的壓注量以管路起壓或跑漏嚴重為準，特殊情況壓注量根據(jù)實際進行調(diào)整。

（2）其他地點膠體堵漏

除以上特殊地點外，松散煤體段的其他區(qū)域也要進行注膠堵漏（圖3），以便增加巷道頂幫氣密性，降低漏風強度，具體為：

圖3 F9305 工作面軌道順槽膠體堵漏范圍示意圖

① 從F9305 軌道順槽開門口向里（15±1）m布置第一排注膠鉆孔，每排注膠鉆孔布置四個。

② 在巷道兩肩窩向巷中1～1.2 m 范圍內(nèi)垂直于頂板各布置一個注膠鉆孔；在巷道兩幫距頂板向下不大于1.2 m 垂直各布置一個注膠鉆孔，以上四個鉆孔深度均不小于2 m。

③ 后續(xù)每隔不大于3 m 按上述要求依次布置下一排注膠鉆孔，直至9311 里面開采線處停止。

④ 鉆孔打設(shè)完畢后安設(shè)2 m 的注膠管（注膠管采用6 分或4 分鋼管，管口加工螺紋），花管長度不小于1 m，注膠管外漏距網(wǎng)面約15 cm。注膠管與煤壁之間的縫隙用黃泥或水泥封堵嚴實，注膠管管口未注膠前用舊風筒布或編織袋包裹。注膠管安設(shè)完成后，由巷道施工單位壓注水玻璃凝膠，原則上每孔水玻璃凝膠的壓注量以管路起壓為準，跑漏嚴重時應先壓注LFM 防滅火材料（充填型）再壓注水玻璃凝膠，特殊情況壓注量根據(jù)實際進行調(diào)整。

（3）其他地點注膠鉆孔與特殊地點注膠鉆孔每排的間距不得大于3 m。

（4）以上防滅火注膠孔后續(xù)注膠期間可能堵塞監(jiān)測探孔，堵塞后應及時將監(jiān)測探孔沖開或根據(jù)實際重新補打。

（5）注膠鉆孔的打設(shè)和套管安設(shè)應在巷道支護期間完成，注膠工作在巷道頂幫噴漿或噴涂LFM防滅火材料（噴涂型）工作完成后進行，注膠工作滯后迎頭不得大于100 m。

6 應急防滅火安全管理措施

6.1 自然發(fā)火指標性氣體的確定

（1）一氧化碳。根據(jù)鑒定報告確定以CO 作為指標性氣體，CO 出現(xiàn)表明測試煤已經(jīng)開始氧化，其出現(xiàn)臨界溫度為66.1 ℃，檢出濃度為1.8×10-7；煤溫超過60～70 ℃后一氧化碳產(chǎn)生率、耗氧速度和升溫速度均加快。如果發(fā)現(xiàn)CO 濃度超過0.002 4%且其含量繼續(xù)呈上升趨勢時，要及時匯報礦有關(guān)部門并查找原因進行防滅火處理。

（2）乙烯。根據(jù)鑒定報告C2H4出現(xiàn)且變化速率明顯加快是煤進入加速氧化階段的標志，其出現(xiàn)臨界溫度為115.0～142.5 ℃，檢出濃度為3×10-8，此時應該采取積極的防滅火措施。

（3）C2H4/C2H6比值峰值的出現(xiàn)是煤進入激烈氧化階段的標志，其峰值出現(xiàn)的溫度為287.0 ℃左右，對應C2H4濃度為1.71×10-5，C2H6濃度為3.98×10-6，C2H4/C2H6可作為判別煤反應程度的輔助指標。

（4）巷道施工期間自然發(fā)火指標性氣體預測預報見表1、表2。通防部門管理人員要及時查看對比氣體監(jiān)測及分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題，及時查明原因，進行處理。

表1 巷道回風流自然發(fā)火指標性氣體預測預報表

表2 巷道煤體鉆孔內(nèi)自然發(fā)火指標性氣體預測預報表

6.2 加強檢測處理

（1）如施工期間經(jīng)檢測探孔內(nèi)CO 濃度達到2.4×10-5～2×10-4時，說明附近存在自然發(fā)火隱患，必須立即查找隱患進行處理。

（2）經(jīng)檢測探孔內(nèi)CO 濃度達2×10-4～5×10-4時，或經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)C2H6、C2H4、C3H8、 C2H2等自然發(fā)火標志性氣體時，說明自然發(fā)火隱患升級，隨時有出現(xiàn)明火的可能，此時必須立即停止生產(chǎn)，進行防滅火處理。

7 結(jié)語

通過以上各項防滅火技術(shù)方案和措施的落實，F(xiàn)9305 兩順槽掘進期間溫度、氣體正常，未出現(xiàn)自然發(fā)火隱患，保證了礦井的正常生產(chǎn)和接續(xù)，并為今后工作面巷道沿松散煤體中掘進提供了可靠的技術(shù)支撐和經(jīng)驗借鑒。