元堡煤礦1901綜放面初采期采空區(qū)一氧化碳超限原因分析及防火措施＊

鹿存榮 楊勝?gòu)?qiáng) 李 偉 嚴(yán)家誠(chéng)

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省徐州市，221008；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇省徐州市，221008）

元堡煤礦1901綜放面初采期采空區(qū)一氧化碳超限原因分析及防火措施＊

鹿存榮1，2楊勝?gòu)?qiáng)1，2李 偉1，2嚴(yán)家誠(chéng)1，2

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省徐州市，221008；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇省徐州市，221008）

分析了元堡煤礦初采期采空區(qū)CO超限原因，并提出了降低采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)量、注氮?dú)庀♂尣煽諈^(qū)O2濃度、加快回采等措施。通過(guò)多種措施的實(shí)施與效果分析，結(jié)果表明：通過(guò)降低采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)量的措施能夠起到一定的防火作用，但效果不好，鑒于元堡煤礦推進(jìn)速度難以再提高的現(xiàn)狀，采用注氮防火是有效的。

初采期 一氧化碳超限 綜放工作面 煤炭自燃 注氮防滅火

1 元堡煤礦1901工作面概況

9＃煤層為元堡煤礦首采煤層，1901工作面為首采工作面。該煤層傾角約8°，厚約14.33m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸2～4層。采用綜采放頂煤技術(shù)開(kāi)采，采放比為1∶3。9＃煤層為低瓦斯易自燃煤層，自然發(fā)火期為64d，采用U型通風(fēng)方式，工作面風(fēng)量為1800m3／min。

1901工作面形成開(kāi)切眼大約3個(gè)月后，于6月初開(kāi)始回采?；夭善陂g由于工作面過(guò)長(zhǎng)、機(jī)器磨合、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等因素，導(dǎo)致初采期回采速度較慢，平均不足1m／d，見(jiàn)表1。根據(jù)采空區(qū)埋管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，6月18日距開(kāi)切眼約7m處的采空區(qū)回風(fēng)巷的一氧化碳（CO）濃度為0.0056%（由于開(kāi)采距離較短，采空區(qū)僅此一監(jiān)測(cè)點(diǎn)），而且隨著時(shí)間推移，CO有緩慢上升的趨勢(shì)。根據(jù)元堡煤礦標(biāo)志性氣體報(bào)告（見(jiàn)表2）預(yù)測(cè)，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度已經(jīng)達(dá)到約83℃，因此礦方?jīng)Q定停產(chǎn)進(jìn)行防火治理。

表1 初采期13日以后回采進(jìn)度表

表2 元堡煤礦自燃標(biāo)志性氣體測(cè)定部分結(jié)果表

2 CO超限原因的分析

（1）1901工作面長(zhǎng)197m，開(kāi)切眼處頂板壓力較大，頂板內(nèi)部煤體較破碎。從開(kāi)切眼形成至開(kāi)始回采經(jīng)過(guò)了約3個(gè)月，給暴露的破碎煤體提供了充分的緩慢氧化時(shí)間，回采期間破碎煤體與氧氣的接觸面積進(jìn)一步加大，氧化速度進(jìn)一步加劇。

（2）采空區(qū)遺煤過(guò)多。在回采初期由于未發(fā)生初次來(lái)壓，導(dǎo)致放頂較困難，大部分破碎煤體遺留在采空區(qū)，這是造成自然發(fā)火的隱患。

（3）工作面風(fēng)量過(guò)大，采空區(qū)漏風(fēng)口多。采空區(qū)進(jìn)風(fēng)巷及液壓支柱后方均為漏風(fēng)口，且未發(fā)生初次來(lái)壓，整個(gè)采空區(qū)后方形成了巨大的空間，導(dǎo)致大量風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，使得采空區(qū)大量破碎煤體能夠和氧氣充分接觸。再加上每天平均回采速度不足1 m，破碎煤體能夠有充分的時(shí)間進(jìn)行氧化。

（4）從開(kāi)始回采至CO超限期間，礦方未采取任何防火措施，給采空區(qū)煤體進(jìn)一步氧化提供了條件。

3 CO超限治理措施

經(jīng)過(guò)分析，決定采取降低漏入采空區(qū)風(fēng)量、稀釋采空區(qū)氧濃度和加快推進(jìn)速度措施進(jìn)行CO濃度超限治理。

降低漏入采空區(qū)風(fēng)量的措施有：

（1）降低進(jìn)入工作面風(fēng)量。由于該煤層瓦斯涌出量極小，故可將工作面風(fēng)量降至1000m3／min，使得漏入采空區(qū)風(fēng)量減小。

（2）在采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷巷口打密閉堵漏。將黃土裝袋，在進(jìn)、回風(fēng)巷巷口打垛，外噴快速密封材料，形成密閉墻。每隔2m在采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷各打一密閉。

（3）在工作面下隅角每個(gè)密閉墻前各掛一擋風(fēng)風(fēng)簾，改變進(jìn)入采空區(qū)風(fēng)流方向，進(jìn)一步降低進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)量。

通過(guò)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注氮降低采空區(qū)氧濃度，注氮量為30m3／min，利用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到O2濃度降低到8%為止。

在有條件情況下加快推進(jìn)速度，盡早實(shí)現(xiàn)初次來(lái)壓，可以使得采空區(qū)空間減少，遺煤被壓實(shí)，自然發(fā)火隱患降低。

4 措施應(yīng)用及效果分析

4.1 減少進(jìn)入采空區(qū)風(fēng)量的措施應(yīng)用及效果分析

6月21日進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量降低至1200m3／min，后在23日又降低至987m3／min；6月22日上午回風(fēng)側(cè)第一道密閉打好，下午進(jìn)風(fēng)側(cè)密閉打好并掛風(fēng)簾；24日，兩巷的第二道密閉打好。3種降低漏入采空區(qū)風(fēng)量的措施實(shí)施后，采空區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)O2、CO濃度變化見(jiàn)圖1。

圖1 21日－24日采空區(qū)O2、CO濃度變化圖

由圖1可知，O2濃度隨著措施的采取在逐漸降低，從21日的16.38%降低到了24日的13.4%，但降低幅度較小。CO的濃度起初由于采空區(qū)風(fēng)量減小導(dǎo)致濃度相對(duì)上升，至23日后，采空區(qū)煤體緩慢氧化受到限制，導(dǎo)致CO生成率降低，相應(yīng)地濃度也降低。但整體看來(lái)CO濃度仍高居不下，濃度穩(wěn)定在0.0055%～0.0073%。

因此通過(guò)減少漏入采空區(qū)的風(fēng)量措施確實(shí)可以抑制采空區(qū)破碎煤體的緩慢氧化作用，但效果不明顯，不能徹底防治CO超限或者火災(zāi)發(fā)生。

4.2 注氮?dú)獯胧?yīng)用及效果分析

由于CO濃度及O2濃度仍降不下來(lái)，于6月25日上午11∶05開(kāi)始注氮?dú)猓髁繛?80～1300 m3／h。至6月28日6∶50停止注氮。注氮后N2、O2、CO濃度隨時(shí)間變化如圖2所示。

圖2 25日－28日采空區(qū)O2、CO、N2濃度變化圖

從圖2可以看出，氮?dú)鉂舛葟?3.92%一直上升到87.35%，說(shuō)明采空區(qū)氮?dú)饬恳恢痹谠黾?。隨著氮?dú)鉂舛壬仙琌2濃度在相應(yīng)地下降，由25日的12.98%降到27日的7.8%，停止注氮后觀測(cè)1天，28日O2濃度又降到7.68%；CO濃度也持續(xù)在下降，由25日的0.007%降到27日的0.0049%，28日降低到0.0046%。其中26日下降較快，說(shuō)明注氮?dú)夥阑鹁哂幸欢ǖ臏笮裕?6日氮?dú)獠女a(chǎn)生明顯效果，而且利用氮?dú)庀♂屍渌麣怏w效果很好。

因此利用注氮?dú)饪梢杂行У乜刂艭O的濃度，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。但由于初采期采空區(qū)空間較大，稀釋氧氣濃度所需的氮?dú)饬枯^大，加之?dāng)U散到監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要一定的時(shí)間，注氮?dú)夂笮Ч@現(xiàn)具有一定的滯后性。對(duì)于防火來(lái)說(shuō)效果好，但對(duì)于滅火來(lái)說(shuō)僅能作為輔助措施。

4.3 加快推進(jìn)速度

工作面推進(jìn)速度是伴隨著其他防火措施同步進(jìn)行的。從21日起，截止到28日，回采速度平均每天提高約2m。推進(jìn)速度對(duì)防火具有一定的作用。但由于1901工作面過(guò)長(zhǎng)，加之構(gòu)造單元過(guò)多，該階段的回采速度并不具有代表性。在以后通過(guò)提高回采速度來(lái)防火的方法比較困難。

5 結(jié)論

元堡煤礦初采期采空區(qū)CO超限，在采取降低工作面風(fēng)量、采空區(qū)進(jìn)回風(fēng)巷巷口打密閉、工作面下隅角掛風(fēng)簾等降低采空區(qū)漏風(fēng)量和注氮?dú)庀♂尣煽諈^(qū)氧氣濃度以及加快回采速度等措施的情況下，CO濃度得到控制，O2濃度也降低到了可能引起自燃的濃度以下。但經(jīng)過(guò)分析后認(rèn)為：元堡煤礦采取的降低采空區(qū)風(fēng)量的方法僅能對(duì)采空區(qū)防火起到一定的抑制作用；通過(guò)加快回采方法雖然有效，但本礦井的回采速度有一定的限制；注氮?dú)夥阑鹦Ч罴?，能夠?qū)2降到可能引起自燃的濃度以下，同時(shí)防止煤體緩慢氧化生成一氧化碳。

[1] 王德明.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007

[2] 王德明.礦井火災(zāi)學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008

[3] 徐永亮，時(shí)國(guó)慶，王德明等.條帶工作面煤自燃綜合防滅火技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（10）

[4] 關(guān)德久.放頂煤綜采面采空區(qū)注氮防滅火技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1991（8）

Analysis on CO over limit in goaf of No.1901 fully mechanized caving face during initial mining period in Yuanbao Coal Mine and its fire prevention measures

Lu Cunrong1，2，Yang Shengqiang1，2，Li Wei1，2，Yan Jiacheng1，2

（1.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China；2.School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

The causes for CO over limit in the goaf during the initial mining period in Yuanbao coal mine were analyzed and the corresponding measures were proposed to decrease air－leakage in the goaf，dilute the O2concentration in the goaf and speed up mining.The results showed that the only measure of decreasing air－leakage in the goaf could prevent the fire to a certain extent，but the effect was not satisfied.In view of no possibility of speeding up mining in Yuanbao coal mine，the nitrogen injection was effective for the fire prevention and extinguishment.

initial mining period，CO over limit，fully mechanized caving face，coal spontaneous combustion，fire prevention and extinguishment by nitrogen injection

TD752.2

A

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（50834005）；國(guó)際科技合作攻關(guān)項(xiàng)目（2008DFB70100）

鹿存榮（1987－），男，江蘇徐州人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生，從事礦井火災(zāi)與瓦斯防治方面研究。

（責(zé)任編輯 梁子榮）