回采工作面回撤封閉期間防滅火技術(shù)

余偉亮

（山西焦煤汾西礦業(yè)救護(hù)大隊(duì)，山西 孝義 032300）

煤炭開(kāi)采過(guò)程中，瓦斯、水、低溫、煤層自燃等均會(huì)給煤炭安全生產(chǎn)帶來(lái)制約，特別是隨著礦井采掘深度增加，煤層開(kāi)采條件更趨復(fù)雜，從而給礦井災(zāi)害治理帶來(lái)一定制約[1-3]。在正常情況下，采面保持一定的推進(jìn)速度，采空區(qū)內(nèi)遺煤在自燃發(fā)火期以內(nèi)即會(huì)進(jìn)入到采空區(qū)窒息帶內(nèi)，一般不會(huì)出現(xiàn)采空區(qū)遺煤自燃問(wèn)題；當(dāng)采面回采遇地質(zhì)構(gòu)造或者其他原因?qū)е峦七M(jìn)停滯時(shí)，采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火概率增加[4-7]。采煤設(shè)備回撤是煤炭開(kāi)采末期重點(diǎn)工序，受煤炭開(kāi)采設(shè)備重量大、井下環(huán)境條件惡劣等因素制約，設(shè)備回撤一般耗時(shí)較長(zhǎng)，采空區(qū)內(nèi)遺煤極其容易在此階段自燃[8]。為此，文中以3202采煤工作面回撤以及密閉期間防滅火為工程實(shí)例，針對(duì)性提出防滅火技術(shù)措施，以期更好地促進(jìn)煤炭開(kāi)采工作。

1 工程概況

山西某礦3202采煤工作面為3采區(qū)首采工作面，采面開(kāi)采礦區(qū)淺部2號(hào)煤層，煤層埋深平均290 m、厚度均值6.3 m，煤層具有自燃發(fā)火傾向性。2號(hào)煤層賦存較為穩(wěn)定，僅局部區(qū)域賦存有構(gòu)造，煤層頂板、底板巖性均為炭質(zhì)泥巖、粉砂巖以及石灰?guī)r，具體巖性參數(shù)如表1所示。

表1 2號(hào)煤頂?shù)装鍘r性

3202采煤工作面設(shè)計(jì)走向、傾向距離分別為1 359 m、238 m，采面采用綜放開(kāi)采工藝，采放比為1.1.22。3202采煤工作面于2019年5月開(kāi)始回采，至2020年6月回采完畢。采面綜放設(shè)備回撤共耗時(shí)75 d，后續(xù)對(duì)采面進(jìn)行密閉。

2 采面回撤封閉期防滅火技術(shù)分析

2.1 注氮

在3202采煤工作面密閉區(qū)采用注氮方式進(jìn)行防滅火，具體工藝措施：

1）在采面采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)全花眼PVC管路（管徑50 mm、長(zhǎng)度240 mm），花眼直徑10 mm、間距200 mm。

2）在注氮管路埋入到采空區(qū)后方50 m時(shí)即開(kāi)始注氮，從而在采空區(qū)內(nèi)形成高濃度注氮密閉區(qū)，減少采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度，在開(kāi)始注氮的同時(shí)在鋪設(shè)另一條注氮管路，管路間距50 m。

3）采面采空區(qū)內(nèi)注氮管路按照上述方法依次鋪設(shè)。

4）在采面距離停采線120 m時(shí)，將注氮管路鋪設(shè)距離由50 m縮短至30 m，待采面與停采線間隔在40 m時(shí)將注氮管路鋪設(shè)距離縮小至10 m。

5）采面回撤期間持續(xù)注氮，待回撤完成并進(jìn)行密閉后方停止注氮工作。

6）在采面綜放設(shè)備回撤期間，注氮壓力0.12 MPa、24 h不間斷注氮、注氮速度為1 000 m3/h，在采面回撤期間注氮量接近6萬(wàn)m3。

地面制氮機(jī)→回風(fēng)立井→總回風(fēng)巷→綜采工作面進(jìn)風(fēng)順槽→3202采煤工作面，注氮主管路規(guī)格為Φ100 mm×4 mm的無(wú)縫鋼管。注氮設(shè)備為兩套型號(hào)FDA-2300-98的制氮機(jī)，一用一備。FDA-2300-98型制氮裝置產(chǎn)氣量為33.3 m3/min、裝機(jī)功率為4×160 kW、出口壓力為0.6 MPa、電壓為380 V。

2.2 灌漿

末采時(shí)用跨步埋管方式向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行持續(xù)灌漿，具體灌漿技術(shù)方法：

1）在采面按照跨步式方式鋪設(shè)全花眼PVC管（管徑50 mm、長(zhǎng)度10 m），灌漿管路中花眼直徑10 mm、間隔200 mm，灌漿PVC管路與回采巷道內(nèi)主灌漿管連接。

2）末采期間鋪設(shè)的灌漿管路埋入到采空區(qū)距離依次為70 m、45 m、25 m，待管路埋入采空區(qū)后10 m即開(kāi)始進(jìn)行灌漿。

3）在采面綜放設(shè)備回撤期間進(jìn)行間歇灌漿，灌漿速度保持在60 m3/h，在采面設(shè)備回撤至密閉區(qū)間累積灌漿量可達(dá)到7 500 m3。

2.3 構(gòu)建隔離帶

3202采煤工作面與停采線間距30 m時(shí)強(qiáng)化放煤管理，期間重點(diǎn)需要放凈煤，可適當(dāng)放松對(duì)煤質(zhì)管理。從而在采空區(qū)內(nèi)形成一定寬度10 m隔離帶，有效隔絕深部采空區(qū)與采面回撤通道間聯(lián)系通道。具體采面內(nèi)注氮、灌漿以及隔離帶布置如圖1所示。

圖1 注氮、灌漿以及隔離帶布置示意圖

2.4 溫度監(jiān)測(cè)

在采面推進(jìn)至停采線10 m時(shí)開(kāi)始鋪設(shè)測(cè)溫用鋼管（管徑50 mm），在采面共計(jì)布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間間隔30 m。在測(cè)溫鋼管內(nèi)布置束管、鉑電阻等，以便對(duì)采空區(qū)內(nèi)氣體成分以及溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體溫度監(jiān)測(cè)布置如圖2所示。

圖2 溫度監(jiān)測(cè)示意圖

2.5 漏風(fēng)封堵措施

在采面回風(fēng)隅角位置以及綜放支架后方采用噴涂方式降低采空區(qū)漏風(fēng)，具體采面噴涂分兩步完成。在采面末采期間，每天對(duì)回風(fēng)隅角噴涂，以便減少回風(fēng)隅角漏風(fēng)量，噴涂長(zhǎng)度控制在15 m以上。采面停采后，在支架后方全斷面掛網(wǎng)并噴涂密閉，以便降低采空區(qū)漏風(fēng)量并避免注氮大量外溢。

3 采空區(qū)溫度、氣體成分監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在常溫常壓狀態(tài)下，煤與氧氣接觸氧化后會(huì)緩慢出現(xiàn)升溫，特別是采空區(qū)內(nèi)遺煤體松軟，與空區(qū)接觸面積大，在散熱條件不好時(shí)容易導(dǎo)致局部熱量集聚；采空區(qū)遺煤氧化自燃過(guò)程中會(huì)釋放一定量的CO等氣體，通過(guò)對(duì)采空區(qū)內(nèi)溫度以及氣體成分等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可掌握密閉范圍內(nèi)采空區(qū)遺煤氧化自燃情況。

在3202采煤工作面采空區(qū)密閉后持續(xù)進(jìn)行75 d監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)期間未有CO濃度以及溫度異常等情況出現(xiàn)，具體監(jiān)測(cè)獲取得到的采空區(qū)氣體成分如表2所示。

表2 綜合防滅火措施應(yīng)用前后標(biāo)志性氣體濃度變化情況

由表2看出，采取綜合防滅火措施后，3202采煤工作面密閉空間內(nèi)氣體成分均在正常范圍內(nèi)，結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)綜合使用的注氮、灌漿、構(gòu)建隔離帶等綜合防滅火措施可有效防止密閉區(qū)內(nèi)遺煤自燃問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采用的防滅火措施取得較好成果。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)開(kāi)采煤層具有自燃發(fā)火傾向時(shí)，如何避免采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。3202采煤工作面采用綜放開(kāi)采方式，回采的2號(hào)煤層為自燃煤層，同時(shí)由于采面斜長(zhǎng)為238 m，綜放設(shè)備回撤時(shí)間長(zhǎng)，在設(shè)備回撤期間采空區(qū)遺煤容易自燃發(fā)火，給礦井生產(chǎn)安全帶來(lái)制約。

為避免采空區(qū)遺煤自燃，提出綜合使用注氮、灌漿、構(gòu)建隔離帶、降低漏風(fēng)等措施進(jìn)行防滅火，并通過(guò)監(jiān)測(cè)采空區(qū)內(nèi)溫度、氣體成分方式對(duì)采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化自燃情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在3202采煤工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采空區(qū)內(nèi)遺煤在綜放設(shè)備回撤期間未有自燃發(fā)火征兆，為采面綜放設(shè)備回撤高效回撤創(chuàng)造良好條件；對(duì)采面密閉后采空區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體（CO）濃度出現(xiàn)明顯變化，同時(shí)采空區(qū)內(nèi)溫度保持穩(wěn)定。文中所提出的采煤工作面回撤封閉期間采用的防滅火技術(shù)可避免采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火，現(xiàn)場(chǎng)取得較好成果。