復(fù)采自燃煤層高溫點(diǎn)防治技術(shù)研究與應(yīng)用

李金龍

（興隆縣平安礦業(yè)有限公司，河北 承德 067201）

興隆縣平安礦業(yè)公司隸屬承德興隆礦業(yè)有限責(zé)任公司，礦區(qū)面積：7.9085km2，開采深度由+740m 至0m 標(biāo)高，屬中型礦井。2021 年度在汛期地面連續(xù)降雨后，井下+386m 水平多處出現(xiàn)涌水點(diǎn)，通過觀察，井下122 泄水巷出現(xiàn)了高溫點(diǎn)，出水溫度32℃。為進(jìn)一步做好通防管理工作，需按照“預(yù)測預(yù)報(bào)、系統(tǒng)排查、因地制宜、科學(xué)防范、多措并舉”的工作方法，對(duì)井下出現(xiàn)的高溫點(diǎn)進(jìn)行綜合防治，確保井下安全生產(chǎn)[1]。

1 礦井防滅火基本情況

1.1 礦井通風(fēng)

礦井采用壓入式分區(qū)通風(fēng)，主井、副井為進(jìn)風(fēng)，進(jìn)風(fēng)井安裝兩臺(tái)型號(hào)為FBYDZ-6-No20 型軸流式通風(fēng)機(jī)，二號(hào)風(fēng)井、三號(hào)風(fēng)井、四號(hào)風(fēng)井為回風(fēng)，其中二號(hào)風(fēng)井主要擔(dān)負(fù)142 采區(qū)、143 采區(qū)和122 變電所的回風(fēng)，三號(hào)風(fēng)井主要擔(dān)負(fù)123 采區(qū)、原141 采區(qū)及300水平的回風(fēng)，四號(hào)風(fēng)井擔(dān)負(fù)122 采區(qū)的主要回風(fēng)。

1.2 礦井瓦斯涌出量測定

礦井屬于高瓦斯礦井，2021 年瓦斯涌出量測定的結(jié)果，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量0.10m3/min，礦井相對(duì)瓦斯涌出量0.58m3/t，礦井二氧化碳絕對(duì)涌出量1.97m3/min，礦井二氧化碳相對(duì)涌出量11.50m3/t。礦井及相鄰礦井無煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）噴出或突出現(xiàn)象。

1.3 礦井自然發(fā)火及煤塵

根據(jù)2017 年1 月3 日唐山冀東礦業(yè)安全檢測檢驗(yàn)有限公司煤層自燃傾向性鑒定報(bào)告（TJAJ-YB 煤-20170 001-0003），確定386 水平二層煤自燃傾向性等級(jí)為Ⅲ類，不易自燃，煤塵無爆炸性；386 水平四層煤自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類，自燃傾向性為自燃，煤塵有爆炸性；自然發(fā)火期為18-24 個(gè)月。

1.4 礦井自然發(fā)火標(biāo)志氣體及臨界值測定

根據(jù)華北理工大學(xué)提供的《煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體及臨界值測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告》確定四煤層選擇一氧化碳指標(biāo)氣體作為標(biāo)志氣體，臨界溫度為80℃，對(duì)應(yīng)濃度為53ppm；出現(xiàn)乙烷氣體表明已達(dá)到80℃，出現(xiàn)乙稀表明達(dá)到150℃[2]。

1.5 礦井防滅火設(shè)施構(gòu)建情況

公司在地面工業(yè)廣場構(gòu)建了注漿站，注漿站內(nèi)設(shè)用灌漿系統(tǒng)、注氮系統(tǒng)以及三相泡沫系統(tǒng)，分別安裝專用管路延至井下運(yùn)輸大巷，并在井下交岔巷道口分別安裝三通閥門，可根據(jù)井下自然發(fā)火條件進(jìn)行防火注漿、注氮及注漿+三相泡沫等。

2 井下高溫點(diǎn)情況

2020 年5 月20 日巡回瓦安員在安全巡查過程中，發(fā)現(xiàn)井下122 泄水巷風(fēng)門附近二氧化碳濃度為1.61%，一氧化碳濃度為0ppm，瓦斯?jié)舛葹?.00%，溫度為20℃，無煙霧出現(xiàn)。針對(duì)此情況，公司采取對(duì)二氧化碳涌出地點(diǎn)的頂部進(jìn)行注水，裂隙注漿，并對(duì)風(fēng)路進(jìn)行調(diào)整，使溫度和二氧化碳涌出量得以控制。

2021 年8 月3 日在帶班巡查時(shí)，發(fā)現(xiàn)井下122 泄水巷風(fēng)門附近溫度增高，測量溫度為32℃；2021 年8月7 日22 點(diǎn)班在巡回瓦安員巡查時(shí)，發(fā)現(xiàn)二氧化碳濃度為1.91%，一氧化碳濃度為0ppm，瓦斯?jié)舛葹?.00%，有水霧。針對(duì)此情況，現(xiàn)場對(duì)386 發(fā)放硐室的風(fēng)量進(jìn)行控制，加大122 泄水巷進(jìn)風(fēng)風(fēng)量，經(jīng)一個(gè)原班后，二氧化碳濃度為0.08%。

3 高溫點(diǎn)防治的現(xiàn)狀分析

122 泄水巷在掘進(jìn)過程中，中部穿厚度8.6m 的四層復(fù)采煤巷，頂部是原馬圈礦開采過的四層煤，開采區(qū)域在+440m-+474m 水平，而122 泄水巷標(biāo)高在+390m水平，另外在2020 年5 月從386 六層向122 泄水巷頂部打注水、注漿鉆孔看，推斷122 泄水巷的四層煤屬于斷面邊角煤，原煤是受原馬圈礦或周邊小煤礦掘進(jìn)和形成煤倉破壞，如采用注漿治理，受標(biāo)高和地貌限制，從井上下打注漿鉆孔有些難度，同時(shí)巷道頂部、兩幫煤巖破碎，注漿易流漿，因此治理有些困難，另外在122 泄水巷里上山，二層煤與四層煤層間距小，很有可能四層自燃引燃二層煤隱患，詳見圖1。

圖1 巷道布置圖

4 治理方案及安全措施

4.1 治理方案

1.保證巷道有效控制風(fēng)量和風(fēng)量的穩(wěn)定性，對(duì)高溫地段的頂部補(bǔ)打注水鉆孔，進(jìn)行自然發(fā)火抑制，延長發(fā)火時(shí)間。

2.在122 泄水巷溫度高的地段，對(duì)巷道進(jìn)行噴漿，隔絕四層煤與氧氣的接觸。

3.在122 泄水巷兩側(cè)提前預(yù)構(gòu)防火門墻，386 六層側(cè)可以利用原有門框，安裝永久風(fēng)門，如遇有特殊情況時(shí)，可以提前進(jìn)行封堵控制。

4.對(duì)122 泄水巷溫度偏高和二氧化碳涌出量偏大的局部地點(diǎn)，設(shè)置自然發(fā)火觀測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測和檢測，掌握巷道周邊煤層變化情況。

5.加強(qiáng)附近1223 采面回采推進(jìn)速度，盡快對(duì)122泄水巷兩側(cè)進(jìn)行封閉，縮短四層煤與氧氣接觸量和時(shí)間。

6.密閉122 泄水巷時(shí)，在巷道頂部預(yù)留注漿管路，并延接注漿管路到運(yùn)輸大巷，方便遇有應(yīng)急時(shí)，對(duì)該巷道進(jìn)行注漿治理。

7.利用高差關(guān)系，在上部+418m 標(biāo)高1223 運(yùn)輸巷向+440m-+474m 之間的455 巷道打注漿鉆孔，進(jìn)行間斷性注漿。

8.如注漿時(shí)，復(fù)采煤層經(jīng)噴漿后，流漿嚴(yán)重，可利用注漿鉆孔向采空區(qū)注入阻化劑，延長發(fā)火期。

9.如在1223 采面未推過122 泄水巷巷口，就出現(xiàn)122 泄水巷自然發(fā)火嚴(yán)重時(shí)，調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，使該巷道風(fēng)流反向，并對(duì)預(yù)構(gòu)防火門墻進(jìn)行封閉、加固，對(duì)巷道頂部預(yù)留管路安裝壓力傳感器，進(jìn)行注漿，使巷道漿液注滿，最后再對(duì)1223 運(yùn)輸巷注漿鉆孔進(jìn)行注漿。

4.2 做好高溫點(diǎn)的安全監(jiān)測

根據(jù)礦井現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)122 高溫點(diǎn)、采煤工作面回風(fēng)巷、采區(qū)回風(fēng)巷、總回風(fēng)巷安裝一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、甲烷傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并按規(guī)定進(jìn)行調(diào)校[3]。具體設(shè)置傳感器要求如下：

1.在122 泄水巷高溫點(diǎn)下風(fēng)側(cè)10-15m 附近安裝一氧化碳傳感器，設(shè)置報(bào)警濃度為≥0.0024%。

2.在122 泄水巷高溫點(diǎn)頂部設(shè)置溫度傳感器，設(shè)置報(bào)警值為30℃。

3.為保持122 泄水巷風(fēng)流穩(wěn)定，在122 泄水巷、122 采區(qū)回風(fēng)巷的測風(fēng)站設(shè)置風(fēng)速傳感器，當(dāng)風(fēng)速低于或超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定值時(shí)，發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。

4.在122 泄水巷高溫點(diǎn)下風(fēng)側(cè)10-15m 處安裝二氧化碳傳感器，設(shè)置報(bào)警值為0.50%。

5.在122 泄水巷高溫點(diǎn)下風(fēng)側(cè)10-15m 處安裝煙霧傳感器，有煙時(shí)，發(fā)出報(bào)警。

6.一氧化碳傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器垂直懸掛，距頂板（頂梁）不大于300mm，距巷壁不小于200mm；風(fēng)速傳感器設(shè)置在巷道前后10m 內(nèi)無分支風(fēng)流、無拐彎、無障礙、斷面無變化、能準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)量的地點(diǎn)；二氧化碳傳感器設(shè)置在距底板不大于300mm，距巷壁不小于200mm，且保證不影響行人和行車。

4.3 安全管理措施

1.組織好通風(fēng)區(qū)隊(duì)的人員，把打孔、注漿工作進(jìn)行量化考核，使職工盡最大的努力進(jìn)行打鉆進(jìn)尺，使注漿的水土比達(dá)到相應(yīng)濃度。

2.把礦井防滅火工作例入公司召開安全辦公會(huì)、技術(shù)例會(huì)、早調(diào)度會(huì)的議程，實(shí)時(shí)分析礦井防滅火形勢、當(dāng)前需采用防治措施及風(fēng)險(xiǎn)的管控等，落實(shí)各職人員責(zé)任，做到群防群治，嚴(yán)防礦井火災(zāi)的發(fā)生。

3.每月進(jìn)行礦井安全大檢查時(shí)，要把防滅火工作作為一項(xiàng)重要內(nèi)容進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)隱患，要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

4.堅(jiān)持防滅火工作集體會(huì)審制，會(huì)審會(huì)議由公司主要負(fù)責(zé)人、技術(shù)負(fù)責(zé)人組織，明確責(zé)任施工單位、責(zé)任人和完成期限。

5.通風(fēng)區(qū)對(duì)高溫點(diǎn)、密閉墻實(shí)行建檔跟蹤管理，通風(fēng)專業(yè)不定期進(jìn)行分析、匯報(bào)。

4.4 安全技術(shù)措施

1.在122 泄水巷高溫點(diǎn)及無分支的回風(fēng)巷設(shè)置自然發(fā)火觀測站，每7 天使用檢測管檢測一次，發(fā)現(xiàn)變化異常時(shí)，收集氣樣利用氣相色譜儀分析一次。檢測的主要?dú)怏w成分為O2、CH4、CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6、氣溫、水溫等參數(shù)。

2.縮短122 泄水巷高溫點(diǎn)相鄰幾處永久密閉檢查時(shí)間，每天用檢測管對(duì)密閉觀測孔、周邊噴漿地段進(jìn)行一次全面的有害氣體檢查，掌握密閉內(nèi)氣體變化情況，發(fā)現(xiàn)有自燃隱患時(shí)，應(yīng)立即向當(dāng)班調(diào)度員進(jìn)行匯報(bào)。

3.優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，降低礦井通風(fēng)阻力，減少礦井內(nèi)部漏風(fēng)，簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，以便于進(jìn)行調(diào)壓控制。

4.在復(fù)采區(qū)域減少聯(lián)絡(luò)巷道，在保證通風(fēng)系統(tǒng)可靠的情況下，減少通風(fēng)設(shè)施。必須構(gòu)建設(shè)施時(shí)，盡量構(gòu)建在復(fù)采區(qū)域的進(jìn)風(fēng)側(cè)，以便降低復(fù)采區(qū)域壓力差。

5.加強(qiáng)井巷維修工作，減小礦井通風(fēng)阻力，減少因壓力過大而造成的內(nèi)部漏風(fēng)。

6.安裝供水施救管路系統(tǒng)，在122 泄水巷縮短三通截門距離，每隔50 米至少留有一個(gè)三通截門，便于應(yīng)急注水使用。

7.做好注漿管理，在注漿前，對(duì)注漿影響區(qū)域要設(shè)置柵欄，禁止人員入內(nèi)，同時(shí)要檢測構(gòu)建的密閉的強(qiáng)度，在條件允許后方可進(jìn)行。

注漿時(shí)，在地面要先用水沖洗管路及鉆孔，檢查注漿孔是否暢通，有無堵塞現(xiàn)象。檢測、沖洗工作完成后，可根據(jù)吸水量選擇合適的漿液開始注漿。施工過程中，要根據(jù)現(xiàn)場情況隨時(shí)調(diào)整漿液配比及注漿延續(xù)時(shí)間。

井下注水、注漿、注阻化劑等作業(yè)人員要提高安全意識(shí)，每次操作時(shí)必須從該區(qū)域的進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)入，并保證一行至少2 人。

注漿鉆孔要標(biāo)注在采掘工程平面圖、防火注漿管路系統(tǒng)圖上，防止今后生產(chǎn)出現(xiàn)透水等意外事故。

做好注漿量、出水量、出水溫度及有害氣體的觀測，并填寫記錄。

8.汛期過后，結(jié)合礦井土地治理項(xiàng)目，對(duì)高溫點(diǎn)相應(yīng)地面位置的土地進(jìn)行平整，填平地面塌陷坑、裂隙，堵塞、減少地面漏風(fēng)通路。

9.加強(qiáng)地面鉆孔巡查，發(fā)現(xiàn)有漏風(fēng)現(xiàn)象，要及時(shí)進(jìn)行封堵，防止給自然發(fā)火創(chuàng)造條件。

5 結(jié)論

通過合理組織實(shí)施和現(xiàn)場安全監(jiān)測和檢測，最終使井下122 泄水巷高溫點(diǎn)得到控制，順利的使1223 回采面推過該地點(diǎn)巷道，并使122 泄水巷兩側(cè)巷道進(jìn)行封閉，進(jìn)行了巷道內(nèi)及頂部煤層整體注漿，做到了根源上的治理，使礦井通防進(jìn)一步得到安全保證。