高瓦斯礦井開采自燃煤層防滅火方法的研究

李寶生

（開灤集團(tuán)礦山運(yùn)營(yíng)分公司，河北 唐山 063000）

陜西崔家溝煤礦位于陜西省銅川市北西約42km 處的焦坪礦區(qū)中南部，行政區(qū)劃屬銅川市印臺(tái)區(qū)管轄。礦井北與銅川礦業(yè)有限公司玉華煤礦相接，南與銅川礦業(yè)有限公司下石節(jié)煤礦為鄰。礦井核定生產(chǎn)能力為1.95Mt/a，剩余服務(wù)年限 28a。礦井主要可采煤層為 4-2煤層，為全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層，4-2 煤層平均厚度9.74m。煤炭的自燃能否發(fā)生除了取決于煤炭本身內(nèi)存的物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)外，還與地質(zhì)條件、開拓條件、通風(fēng)條件等因素密切相關(guān)，采空區(qū)煤層自燃是由眾多因素共同影響、相互作用的結(jié)果。

1 2311 綜放工作面概況

2311 綜放工作面為崔家溝煤礦二水平三盤區(qū)第三個(gè)工作面，南至東翼三條集中巷保安煤柱，北部為井田邊界區(qū)，西部、東部未采煤區(qū)。工作面剩余走向長(zhǎng)度回順約1335m（回順聯(lián)絡(luò)巷起始），運(yùn)順約862m（運(yùn)順橫川起始），工作面平均走向長(zhǎng)度約862m，傾向長(zhǎng)度160m。地面位于礦區(qū)三盤區(qū)東翼北部，根據(jù)崔家溝煤礦井上下對(duì)照?qǐng)D，對(duì)應(yīng)的地表地貌屬黃土覆蓋的丘陵山地，地表無較大的永久性村莊、水體等。地形復(fù)雜，山巒起伏，溝壑縱橫，梁、川遍布，坡陡谷深，呈典型的低中山區(qū)侵蝕型山岳地貌，以壯年期侵蝕、堆積的山間河（溪）谷地貌為主要特征。溝（河）谷谷底狹窄，多呈“V”形。地面最高海拔1544.6m，最低海拔1330m，相對(duì)高差214.1m。

2311 工作面所采煤層屬下侏羅系延安組，含四個(gè)煤組，自上而下為1、2、3、4 號(hào)煤組，4-2 煤層為可采煤層，賦存較穩(wěn)定，崔家溝向斜對(duì)煤系分布范圍和煤層賦存規(guī)律影響較大，工作面位于崔家溝向斜東翼，煤層走向總體呈東西向單斜構(gòu)造，煤層底板由北向南逐漸增高（906～981m）。由南向北煤層逐漸增厚（9～19m），根據(jù)煤厚等值線圖及附近鉆孔資料預(yù)測(cè)工作面煤層南薄北厚。4-2 煤層較硬，即便在褶皺、斷層附近，也未見構(gòu)造破壞煤。煤的堅(jiān)固性系數(shù)0.8～2.1，大于0.5，抵抗外力破壞的能力較強(qiáng)。根據(jù)附近鉆孔資料綜合分析，夾矸1-2 層（Ly40 孔）、巖性多為泥巖、厚度0.2～0.5m，平均0.4m。煤層傾角約2～10°，平均5.5度。4-2 煤層屬中-低灰、特低-低硫、低磷、高熱值、較強(qiáng)-強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)性、高熱穩(wěn)定性、高抗破碎強(qiáng)度、弱結(jié)渣、中等軟化溫度灰的富油煤。煤質(zhì)指標(biāo)：根據(jù)地質(zhì)條件及崔礦煤質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表分析，預(yù)測(cè)本工作面煤質(zhì)發(fā)熱量約5500 大卡，灰份10.3%，硫份0.85%，水分2.09%，揮發(fā)分28.71%。

2311 工作面總體受崔家溝向斜構(gòu)造控制，工作面位于向斜東翼，煤層走向近東西向，總體呈較寬緩單斜構(gòu)造，煤層傾角2～10 度，平均5.5°。根據(jù)2311 工作面掘進(jìn)揭露實(shí)測(cè)煤層底板等高線以及煤層等厚線圖，運(yùn)順工作面掘進(jìn)至550～960m 段受成煤期地質(zhì)構(gòu)造影響，此區(qū)段為無煤段且向回順及西部延伸，造成工作面前、后部區(qū)段煤層較穩(wěn)定，中間變化段煤層厚度變化大且西薄東厚（由0m 至約19m），掘進(jìn)過程通過多次鉆孔探查及資料分析，并使用定向鉆機(jī)對(duì)該段構(gòu)造范圍及煤層厚度區(qū)域進(jìn)行圈定；經(jīng)綜合成果分析，該構(gòu)造影響走向長(zhǎng)度410m，傾向?qū)挾茸畲蠹s60m；工作面地層不受巖漿巖影響，無煤構(gòu)造帶對(duì)2311 工作面后期回采有較大影響。

根據(jù)崔家溝煤礦瓦斯地質(zhì)圖預(yù)測(cè)本工作面瓦斯絕對(duì)涌出量7.4～15.2m3/min。煤層自燃發(fā)火傾向性及煤塵爆炸性，4-2 號(hào)煤層為自燃煤層，發(fā)火期一般為3～6個(gè)月，最短為31 天，根據(jù)陜西煤礦安全裝備檢測(cè)中心檢測(cè)結(jié)果，自燃等級(jí)Ⅱ級(jí)，抑制煤塵爆炸最低巖粉量90%，火焰長(zhǎng)度＞400mm，煤塵具有爆炸性。

2 2311 綜放工作面防滅火

崔家溝煤礦所采的煤層為Ⅱ類自燃煤層，發(fā)火期為3～6 個(gè)月，最短31 天。結(jié)合崔家溝煤礦現(xiàn)有防滅火手段，2311 綜放工作面優(yōu)先采用注氮?dú)?、注液態(tài)二氧化碳防滅火措施，以黃泥灌漿、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、防火門墻、堵漏和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等措施為輔的綜合防滅火措施，確保工作面安全生產(chǎn)。

2.1 注氮防滅火

1.注氮設(shè)備。井下東翼4#橫川設(shè)置移動(dòng)制氮站，安裝有1 套DTJY-1000 型制氮設(shè)備，其制氮量為1000m3/h。

2.注氮系統(tǒng)：（管路Φ100 mm 鋼管）。2311 運(yùn)順注氮系統(tǒng)：東翼4#橫川制氮站→東翼皮帶巷→2311運(yùn)順外段→2311 運(yùn)順→采空區(qū)。

3.注氮工藝?；夭晒ぷ髅娌煽諈^(qū)采用埋管注氮，即：工作面運(yùn)順鋪設(shè)一趟Φ100mm 注氮管路，當(dāng)管路埋入采空區(qū)10 m 時(shí)開始注氮，當(dāng)管路埋入40 m 時(shí)，開始埋設(shè)第二趟管路，當(dāng)?shù)诙斯苈仿袢?0 m 時(shí)向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第一趟管路注氮，這樣循環(huán)往復(fù)，直至工作面采完為止。

4.注氮方式。回采工作面注氮采用連續(xù)性注氮。

(1)增加體現(xiàn)語言表現(xiàn)力的形容詞、副詞和語氣詞。這種增譯在言語反諷中是必不可少的，因?yàn)橥ㄟ^人物的語言和喜怒哀樂才得以更加生動(dòng)的體現(xiàn)。但是基于文化差異和語言差異，英文語氣詞和漢語語氣詞是大不相同的，因此陳譯本反諷效果的傳譯中，恰當(dāng)?shù)卦鲎g能夠增強(qiáng)反諷效果。同理，當(dāng)譯者讀懂了原文作者要描述的內(nèi)容時(shí)，有時(shí)候也需要把一些在原文中隱含著的形容詞和副詞通過增譯表現(xiàn)出來，讓譯文讀者明白其中的奧秘。以下通過具體實(shí)例來論證,《法官逢悍婦》中婦女的這段話以及法官的應(yīng)答就能帶來很強(qiáng)烈的反諷感：

2.2 注液態(tài)二氧化碳

礦井建立了CPW-2.0 礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置，可在井下單獨(dú)使用實(shí)現(xiàn)惰性降氧，吸熱降溫，吸附阻化等功能，效果極好。

1.灌注時(shí)間。24 小時(shí)連續(xù)灌注一天。

2.灌注地點(diǎn)。2311 綜放面采空區(qū)內(nèi)約15～60m 范圍，灌注設(shè)備位于2311 回風(fēng)巷距上隅角約80m 處，利用黃泥灌漿管路灌注，2311 綜放面采空區(qū)埋設(shè)三路注液管路，深入采空區(qū)15、40、60m 處。

3.二氧化碳注入量。采空區(qū)灌注二氧化碳為預(yù)防性防滅火措施，每旬灌注一次，根據(jù)二氧化碳罐的體積與槽車運(yùn)輸量，灌注量按10 噸計(jì)。每小時(shí)灌注氣態(tài)二氧化碳2 噸（1 罐）計(jì)算，按1 天灌注完全部液態(tài)二氧化碳。每噸液態(tài)二氧化碳約600m3，累計(jì)可向采空區(qū)注二氧化碳?xì)怏w6000m3。

4.井下注入口及設(shè)備布置。井下注入口選定在2311回順側(cè)采空區(qū)距工作面80m 處。由于二氧化碳比空氣重，可以從上部向下流動(dòng)。從回風(fēng)側(cè)深部灌注，有利于淹沒采空區(qū)氧化升溫帶。根據(jù)井下實(shí)際情況，二氧化碳槽車放置在回風(fēng)巷距離工作面約80m 處，利用灌漿金屬管路連接到采空區(qū)注惰管注液態(tài)二氧化碳。

5.井下灌注液態(tài)二氧化碳。首先檢查液態(tài)二氧化碳滅火裝置出口是否與注二氧化碳管路連接好，井下工作面回風(fēng)側(cè)以外至回風(fēng)井人員是否已經(jīng)撤離。當(dāng)一切準(zhǔn)備好后，由救護(hù)隊(duì)員在回風(fēng)側(cè)液態(tài)二氧化碳灌注設(shè)備處實(shí)施二氧化碳灌注工作。灌注二氧化碳管路通采空區(qū)松散體外部接出液閥。灌注初期，關(guān)閉該閥門，釋放氣態(tài)二氧化碳，提高二氧化碳灌注管路壓力，防止管路中結(jié)成干冰。當(dāng)管路中壓力大于0.8MPa 時(shí)，由救護(hù)隊(duì)員打開排液閥，開始向采空區(qū)回風(fēng)側(cè)注二氧化碳。液態(tài)二氧化碳到達(dá)后慢慢打開出液閥，進(jìn)行液態(tài)二氧化碳灌注。

礦井建立了KQF-8 型礦用多組份氣體分析束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)路數(shù)8 路、分析氣體成分8 種、分析范圍1ppm-100%、傳輸方式為正壓傳輸、分析時(shí)間6-7分鐘/每路。

1.束管布置路線。束管布置路線：三盤區(qū)軌道大巷→東翼軌道大巷→2311 綜放工作面回順繞道→2311回順→上隅角→2311 綜放工作面。

2.束管敷設(shè)。上隅角埋設(shè)1 個(gè)采樣頭，在距上隅角10m 的回順安設(shè)第1 個(gè)采樣頭，并隨著工作面的推采而移動(dòng)；隨著工作面的推采，每10m 埋設(shè)1 個(gè)。共4 路束管通過采樣頭抽取氣樣，對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行自動(dòng)分析。

3.敷設(shè)要求。（1）束管管纜在回風(fēng)巷上幫敷設(shè)，吊掛高度離底板1.7m，每隔3m 設(shè)置一個(gè)吊掛點(diǎn)。（2）管纜吊掛整齊、平行，不得與電纜、電話線等其他線路纏繞。（3）上隅角及采空區(qū)的束管在回風(fēng)巷相對(duì)位置較低處各接入儲(chǔ)水器一個(gè)。（4）管纜上各接頭要嚴(yán)密，保證不漏氣。（5）為提高采樣效果且防止采空區(qū)積水堵塞束管，則每個(gè)探頭抬高0.3m 以上。

4.監(jiān)測(cè)方式。隨著綜采面的推進(jìn)，傳感器采集、收集采空區(qū)信息。待綜采面推進(jìn)30m 后，截?cái)嗌嫌缃鞘?，重新布置，并安裝傳感過濾器。

5.加強(qiáng)束管監(jiān)測(cè)工作。及時(shí)分析采空區(qū)氣體成分及其濃度，掌握采空區(qū)情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取有效措施，防止采空區(qū)自燃發(fā)火。

6.束管管理。（1）每班安排專人檢查束管管路，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。（2）上隅角測(cè)點(diǎn)采樣器埋設(shè)時(shí)，人員不得進(jìn)入采空區(qū)，不得在懸掛地點(diǎn)長(zhǎng)期逗留。（3）束管必須按要求懸掛到煤壁上，通風(fēng)科定期檢查懸掛情況。（4）任何人不得隨意拉扯、刮破、隔斷束管管纜。

2.4 2311 綜放工作面設(shè)置三道防火門

2311 運(yùn)順防火門→位于2311 綜放工作面運(yùn)順停采線以外10m 處。

2311 回順防火門→位于2311 綜放工作面回順停采線以外10m 處。

2311 泄水巷防火門→位于2311 綜放工作面泄水巷停采線以外10m 處。

2.5 上下隅角堵漏

隨著工作面的推采，由綜采隊(duì)每天對(duì)上下隅角進(jìn)行堵漏，厚度為1m 袋子墻，并使用不燃性材料封堵。

2.6 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

根據(jù)崔家溝煤礦裝備和技術(shù)，利用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和在2311 工作面回采過程中，瓦斯檢查工每班對(duì)2311工作面上隅角及回風(fēng)巷中的CH4、CO2、CO 等氣體濃度和溫度觀測(cè)一次，對(duì)比數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，2311 工作面在上隅角、工作面或回風(fēng)巷安裝一氧化碳傳感器，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，防患于未然。

3 安全技術(shù)措施

1.將2311 綜放工作面作為防火工作重點(diǎn)，特別是把斷層、始采線、終采線、上下煤柱線上下隅角和三角點(diǎn)等地點(diǎn)作為防火檢查重點(diǎn)，加強(qiáng)這些地點(diǎn)檢查力度，回采期間對(duì)回風(fēng)隅角的CH4、CO2、CO、溫度、漏風(fēng)情況進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)調(diào)度；當(dāng)該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)自然發(fā)火可疑地點(diǎn)。

2.該區(qū)域發(fā)現(xiàn)煤層自然發(fā)火可疑點(diǎn)后，安排人員每天取氣樣，進(jìn)行色譜分析，收集數(shù)據(jù)，分析發(fā)火趨勢(shì)；對(duì)于該區(qū)域的自然發(fā)火、瓦斯涌出情況，組織進(jìn)行認(rèn)真分析，以便采取有效的防滅火、防瓦斯措施；保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

3.生產(chǎn)單位負(fù)責(zé)該工作面回順、運(yùn)順供水系統(tǒng)可靠，根據(jù)需要及時(shí)設(shè)置三通閥門，以便隨時(shí)注水，保證注水量充足；回采期間2311 綜放工作面回順、運(yùn)順必須形成有足夠排水能力，排水系統(tǒng)完善可靠；工作面停采后，要及時(shí)回撤，保證頂板垮落，冒落嚴(yán)實(shí)；工作面封閉后，對(duì)停采線加強(qiáng)灌漿；2311 綜放工作面的工作人員必須熟知該系統(tǒng)的避災(zāi)路線以及基本防滅火知識(shí)。

4.嚴(yán)格按配風(fēng)計(jì)劃配風(fēng)。采面配風(fēng)穩(wěn)定可靠，減少采空區(qū)漏風(fēng)。提高放頂煤回收率，減少采空區(qū)遺煤，且浮煤清理干凈。加快采面上下隅角放頂、封堵、回收木料工作，減少發(fā)火隱患。

5.2311 運(yùn)順皮帶運(yùn)輸機(jī)巷中，消防管路每隔50m設(shè)置一閥門和三通，并備有消防軟管和器材；其它巷道中，消防管路每隔100m 設(shè)置一閥門和三通；皮帶運(yùn)輸機(jī)必須使用阻燃膠帶。皮帶運(yùn)輸機(jī)要使用有防煙霧、撕裂、跑偏和溫度監(jiān)測(cè)等功能的綜合保護(hù)裝置，及時(shí)清理滾筒下的浮煤和積煤，托輥轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，嚴(yán)禁重載啟動(dòng)；采煤結(jié)束后必須在45d 內(nèi)進(jìn)行永久性封閉。

4 外因火災(zāi)防滅火安全技術(shù)措施

1.皮帶輸送機(jī)必須保護(hù)齊全可靠，使用阻燃皮帶，皮帶托輥保持運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，浮煤隨時(shí)清理，嚴(yán)禁托皮帶。皮帶安裝可靠，定期升井處理。

2.井下禁止使用汽油、煤油。井下使用的潤(rùn)滑油、棉紗等必須在蓋嚴(yán)的鐵桶內(nèi)存放，用過以后不得亂扔、亂放、亂倒。

3.電氣設(shè)備在使用中應(yīng)保持良好的防爆、防火花性能。電纜接頭嚴(yán)禁有“羊尾巴”“雞爪子”“明接頭”。

4.外因火災(zāi)滅火措施：礦值班調(diào)度和在現(xiàn)場(chǎng)的隊(duì)長(zhǎng)、班組長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)依照災(zāi)害預(yù)防和處理計(jì)劃的規(guī)定，將所有可能受火災(zāi)威脅區(qū)域中的人員撤離，并組織人員滅火。電氣設(shè)備著火時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先切斷其電源；在切斷電源前，必須使用不導(dǎo)電的滅火器材進(jìn)行滅火。

5 結(jié)語

崔家溝煤礦2311 綜放工作面采用以注氮?dú)?、注液態(tài)二氧化碳為主，黃泥灌漿、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、防火門墻、堵漏和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)為輔的綜合防滅火措施，主要防滅火方面投入安裝有1 套DTJY-1000 型制氮設(shè)備，其制氮量為1000m3/h 和CPW-2.0 礦用移動(dòng)式液態(tài)二氧化碳防滅火裝置，豐富了綜放工作面的防滅火方法，實(shí)現(xiàn)了高瓦斯礦井開采自燃煤層不出現(xiàn)自然發(fā)火事故和瓦斯事故，為高瓦斯礦井開采自燃煤層防滅火方法提供了事實(shí)依據(jù)。