易燃煤層工作面設(shè)備回撤期間正壓通風(fēng)防滅火技術(shù)

張亞龍

（潞安化工集團(tuán)有限公司山西新元煤炭有限責(zé)任公司， 山西 壽陽(yáng) 045400）

引言

如何對(duì)易燃煤層防滅火是自燃煤炭開采時(shí)需要重點(diǎn)解決的問題，同時(shí)隨著礦井采掘深度增加，開采煤層中自燃煤層占比呈遞增趨勢(shì)。當(dāng)采煤工作面處在停采、設(shè)備回撤階段時(shí)，煤層容易自燃[1-4]。山西某礦31103 綜采工作面開采的11 號(hào)煤層為容易自燃煤層，設(shè)備回撤期間面臨采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火問題，為此，礦井根據(jù)以往研究成果及鄰近礦井11 號(hào)煤層工作面設(shè)備回撤防滅火經(jīng)驗(yàn)，提出采用正壓通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行防滅火，并結(jié)合使用探灌孔、灌漿孔、注氮等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了采煤工作面設(shè)備的安全回撤。

1 31103 綜采工作面概況

31103 綜采工作面傾向長(zhǎng)度為175 m、走向推進(jìn)距離1 308 m，開采的11 號(hào)煤層厚度均值為4.9 m。11 號(hào)煤層自燃發(fā)火傾向性為I 類，自燃發(fā)火期介于48～105 d，煤層頂?shù)装鍘r層以粉砂巖、泥巖為主。31103 綜采工作面開采過程中有小煤窯破壞區(qū)，在采面末采期間發(fā)現(xiàn)小煤窯破壞區(qū)空巷。采面末采期間受到地質(zhì)構(gòu)造、小煤窯破壞等因素影響，采空區(qū)內(nèi)遺煤量較大，采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性較高。同時(shí)，在采面回撤巷道周邊存在小煤窯破壞區(qū)，采面漏風(fēng)量有所增加。

31103 綜采工作面在正常回采期間采用負(fù)壓通風(fēng)方式，受到末采期間采面推進(jìn)速度慢、采空區(qū)遺煤量大、采動(dòng)裂隙發(fā)育等因素影響，采面部分液壓支架后方監(jiān)測(cè)到CO 濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）最高為12×10-6。31103 綜采工作面回撤期間，避免采空區(qū)遺煤及鄰近小煤窯破壞區(qū)煤炭自燃是需要著重解決的問題。為此，礦井根據(jù)31103 綜采工作面回撤現(xiàn)狀及現(xiàn)場(chǎng)防滅火需要，提出綜合使用正壓通風(fēng)、灌孔、注氮等技術(shù)進(jìn)行防滅火。

2 正壓通風(fēng)防滅火技術(shù)實(shí)施

2.1 采面回撤通道預(yù)防滅火

在31103 綜采工作面與回撤通道相距13 m 時(shí)，即開始進(jìn)行末采防火工作。在采面液壓支架頂板上鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，在金屬網(wǎng)中間夾雜一層風(fēng)筒布，并在采面開始掛設(shè)第一道鋼絲繩，采面在末采期間共計(jì)布置15 道鋼絲繩（圖1 中展現(xiàn)1～12 道），鋼絲繩間距設(shè)計(jì)為0.8 m[5-6]。在鋼絲繩、金屬網(wǎng)片及風(fēng)筒布等共同作用下對(duì)頂板進(jìn)行支撐并減少采空區(qū)內(nèi)有害氣體外溢量。對(duì)采面頂板裂隙發(fā)育區(qū)及小煤窯破壞區(qū)施工鉆孔，并灌注高分子材料封堵。具體防滅火技術(shù)措施如圖1 所示。

圖1 防滅火技術(shù)措施應(yīng)用示意圖

在采面回撤通道形成后，在進(jìn)風(fēng)及回風(fēng)隅角分別砌筑兩道密閉墻，在密閉墻內(nèi)預(yù)留探測(cè)孔，并布置U 型壓力計(jì)，對(duì)密閉范圍內(nèi)、外壓力差進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 正壓通風(fēng)

在采面回撤通道施工完畢后，采用局部通風(fēng)機(jī)向回撤通道內(nèi)供風(fēng)，在回風(fēng)巷內(nèi)施工密閉墻、機(jī)巷內(nèi)施工風(fēng)門，從而為回撤通道進(jìn)行正壓供風(fēng)。根據(jù)回撤通道瓦斯涌出量、作業(yè)人員數(shù)量、風(fēng)速要求等，確定回撤通道供風(fēng)量為采面正常供風(fēng)量的50%，即回撤通道供風(fēng)量設(shè)計(jì)為350～40 m3/min。回撤通道供風(fēng)選用型號(hào)為FBDNo6.0/2×15，乏風(fēng)經(jīng)回撤通道、機(jī)巷等進(jìn)入鄰近采面?zhèn)溆孟锏馈?/p>

在回撤通道進(jìn)行正壓通風(fēng)后，每班均對(duì)采面密閉、回撤通道、架后等位置氣體成分進(jìn)行測(cè)定。由于回撤通道采用正壓通風(fēng)，采空區(qū)內(nèi)有害氣體在風(fēng)壓作用下會(huì)向下風(fēng)側(cè)移動(dòng)，回撤通道內(nèi)有害氣體溢出量較低。具體采面采空區(qū)有害氣體溢出線路如圖2 所示。

圖2 采空區(qū)有害氣體溢出線路

在回撤通道采用正壓通風(fēng)后對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)獲取到的有害氣體成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)各個(gè)測(cè)點(diǎn)CO 濃度整體呈降低趨勢(shì)，但是采空區(qū)內(nèi)有害氣體在風(fēng)壓作用下向回風(fēng)側(cè)涌出，應(yīng)采取措施對(duì)回風(fēng)巷道圍巖裂隙進(jìn)行封堵，從而降低采空區(qū)內(nèi)CO 外溢量及漏風(fēng)量。

在采面回撤通道開始回撤后，即向采空區(qū)注氮，注氮量設(shè)計(jì)為1 500 m3/h、氮?dú)鉂舛龋ㄙ|(zhì)量分?jǐn)?shù)）為97%以上，采空區(qū)內(nèi)注氮量遠(yuǎn)大于漏風(fēng)量。采用U 型壓力計(jì)對(duì)采空區(qū)內(nèi)、外壓力進(jìn)行測(cè)定，隨著注氮量增加采空區(qū)內(nèi)壓力呈增加趨勢(shì)，壓力增大降低了采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量并抑制采空區(qū)內(nèi)潛在火區(qū)向上風(fēng)側(cè)移動(dòng)；隨著采空區(qū)內(nèi)氮?dú)鉂舛仍黾樱鯕鉂舛炔粩嘟档?，采空區(qū)遺煤不具備氧化、自燃環(huán)境，從而可有效抑制遺煤自燃。

2.3 實(shí)施效果

在采面末采期間，液壓支架后方出現(xiàn)一定的CO涌出，采空區(qū)內(nèi)遺煤有較高的自燃發(fā)火危險(xiǎn)性。在采面停采、設(shè)備回撤期間采用正壓通風(fēng)后，通過預(yù)先埋設(shè)的束管對(duì)采空區(qū)內(nèi)CO 濃度進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定發(fā)現(xiàn)，正壓通風(fēng)期間采空區(qū)內(nèi)CO 濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）最高為15×10-6，同時(shí)采空區(qū)內(nèi)溫度基本不發(fā)生變化。

由此可見，采面回撤通道采用正壓通風(fēng)防滅火技術(shù)后，可有效抑制采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量；同時(shí)通過及時(shí)密閉采空區(qū)、漏風(fēng)通道灌漿及采空區(qū)注氮等措施，可有效避免采空區(qū)遺煤自燃并抑制采空區(qū)內(nèi)CO 向回撤通道涌出。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出在采面末采期間在液壓支架頂梁上鋪設(shè)金屬網(wǎng)、風(fēng)筒布將采空區(qū)與回撤通道隔絕，降低采空區(qū)漏風(fēng)量及有害氣體溢出量；綜合使用正壓通風(fēng)、注氮及漏風(fēng)通道封堵等措施進(jìn)行防滅火，依據(jù)采面情況對(duì)正壓通風(fēng)技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采空區(qū)內(nèi)CO 濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）測(cè)定最高為15×10-6，回撤通道內(nèi)未測(cè)定到CO，為設(shè)備安全回撤創(chuàng)造了良好條件。