特殊環(huán)境下防滅火技術(shù)的應(yīng)用

張修鋒

河南大有能源股份有限公司常村煤礦，河南 義馬 472302

特殊環(huán)境下防滅火技術(shù)的應(yīng)用

張修鋒

河南大有能源股份有限公司常村煤礦，河南 義馬 472302

河南大有能源股份有限公司常村煤礦位于河南省義馬市東南，主采煤層為侏羅系中統(tǒng)下段義馬組煤田，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，為典型的長(zhǎng)焰煤易自燃煤層。在回采過(guò)程中綜放工作面的直接頂中有一老巷與采空區(qū)串通，造成工作面采空區(qū)漏風(fēng)，致使上隅角CO濃度很高，采取防滅火技術(shù)措施，有效控制了該工作面采空區(qū)CO濃度，使回采工作順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)。

自然發(fā)火；凝膠封堵；均壓防滅火；快速推進(jìn)

spontaneous combustion；gel sealing；pressure fire prevention and extinguishment；rapid advance

我國(guó)大中型煤礦生產(chǎn)企業(yè)自然發(fā)火礦井占56%，有自然發(fā)火危險(xiǎn)煤層占累計(jì)可采煤層數(shù)的60%[1]。防滅火工作一直是易自燃煤層工作的重點(diǎn)，采取一系列的防滅火措施取得了較好的效果。

河南大有能源股份有限公司常村煤礦的主采煤層為長(zhǎng)焰煤，由于所采煤層的變質(zhì)程度較低，屬于典型的易自然發(fā)火煤種。2303工作面位于23采區(qū)，從上而下第二個(gè)工作面，上部為已采畢的23011工作面，西部為已采畢的21012工作面，下部為已采畢的2105工作面，東部為斷層煤柱。采用U型上行通風(fēng)方式，工作面上、下巷都采用采取錨網(wǎng)（索）架36U拱型支架支護(hù),支護(hù)凈斷面24.8 m2。

本工作面所采煤層2～3煤，煤層厚度較大，賦存較穩(wěn)定。煤層上半部為半亮型塊狀硬質(zhì)煤，煤質(zhì)較好；下半部為半暗型塊狀硬質(zhì)煤，煤質(zhì)較差。煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，全煤共含2～5層泥巖夾矸，最大采深461m。

工作面可采走向長(zhǎng)度795m，傾斜長(zhǎng)220m，有下至上1至152架縱放支架，面積174900m2。采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤采煤法，自然垮落法管理頂板。煤層容易自燃，自然發(fā)火期為15～30天。該工作面2011年8月開(kāi)始回采，采用正?；夭傻姆罍缁鸺夹g(shù)。在2012年3月12日，發(fā)現(xiàn)其上隅角CO值較大，增加了特殊技術(shù)措施，有效地防止自然發(fā)火，使該工作面順利回采。

1 正?；夭傻姆罍缁鸺夹g(shù)

1.1 火災(zāi)束管檢測(cè)

在2303工作面火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)采用束管監(jiān)測(cè)，利用KSS—200型束管色譜檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)測(cè)該工作面的自然發(fā)火情況。主要分析氣體成分，辨別煤的氧化溫度。烯烴是煤溫達(dá)到某一溫度以后的氧化產(chǎn)物，C2H4出現(xiàn)的臨界溫度為120℃左右，能較準(zhǔn)確的推斷采空區(qū)的氧化溫度。煤炭自燃指標(biāo)氣體涌出的溫度如圖1。

圖1 煤炭自燃指標(biāo)氣體和煤溫的關(guān)系

1.2 氮?dú)夥罍缁?/p>

利用地面制氮設(shè)備（800m3/h）,向井下2303工作面壓送氮?dú)?，在工作面下隅角采空區(qū)氧化自燃帶注氮，惰化可能自燃的區(qū)域，使自燃危險(xiǎn)區(qū)域惰化，該工作面采用開(kāi)放式連續(xù)性注氮。

1.3 灌漿滅火

在2303工作面上拐頭壓灌漿管子，利用地面的粉煤灰站壓注，隨采隨灌。漿液充填煤巖裂隙及其空隙的表面，增大氧化擴(kuò)散的阻力，減少煤與氧的接觸和反應(yīng)面，漿水浸潤(rùn)煤體，增加煤的外在水分，吸熱后冷卻煤巖，加速采空區(qū)冒落煤巖的膠結(jié)，增加采空區(qū)的氣密性。

經(jīng)測(cè)算灌漿管路輸送倍線7.8，符合要求。

1.4 上、下隅角封堵

為了加強(qiáng)工作面上下隅角的漏風(fēng)，每移動(dòng)一次綜放支架，在上、下拐頭建煤袋墻。每隔5m ，在工作面上、下隅角煤袋墻中進(jìn)行注膠封堵,使上、下隅角與采空區(qū)充分隔離,以減少采空區(qū)漏風(fēng)對(duì)遺煤供氧,從而降低煤炭自燃。

凝膠具有較好的防滅火作用：①吸熱降溫；據(jù)測(cè)定1m3凝膠的吸熱量大于4MJ,對(duì)煤體有很好的降溫作用。②堵漏風(fēng)；成膠前其具有很好的流動(dòng)性，充分滲透到煤的縫隙中，成膠后一般強(qiáng)度大于2KPa,能有效地堵住漏風(fēng)通道，在井下潮濕封閉條件下，凝膠一個(gè)月的收縮率小于20%能在一定時(shí)期內(nèi)能起堵漏風(fēng)作用。③保水作用；硅酸所形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能有效地阻止水分的流失[2]。

1.5 吊掛風(fēng)簾

工作面下隅角往上的45米和上隅角往下的30米吊掛擋風(fēng)簾，吊掛在綜放支架的前后柱之間，上接頂、下接地。吊掛風(fēng)簾有利于工作面采空區(qū)防火及減少采空區(qū)瓦斯涌出 ,但如果管理不善，則容易造成采空區(qū)“呼吸”可引起采空區(qū)發(fā)火。

1.6 采用低位鉆場(chǎng)高位注水

在2303工作面上下巷每隔40米開(kāi)設(shè)一個(gè)注水鉆場(chǎng)，使上隅角152架到132架淋水和下隅角1架到20架頂板及采空區(qū)淋水，減少采空區(qū)氧化帶的氧化。

1.7 在工作面上下巷尾30米注水防火

通過(guò)灑水，把煤體氧化所產(chǎn)生的熱量帶走。還可以使上下巷尾的遺煤的縫隙被水分子包圍，起到了隔絕氧氣的作用，在一定時(shí)期內(nèi)延緩采空區(qū)的遺煤氧化升溫。

2 特殊情況的防火措施

2.1 均壓防滅火

圖2（a）所示工作面采空區(qū)漏風(fēng)形式，在風(fēng)巷安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，工作面的通風(fēng)情況發(fā)生變化。

圖2（b）對(duì)比安設(shè)風(fēng)窗前后壓力坡線變化可見(jiàn)。

圖2 工作面采空區(qū)漏風(fēng)形式

采用開(kāi)區(qū)均壓，以減少采空區(qū)漏風(fēng)，抑制遺煤自燃，防止一氧化碳等有毒有害氣體超限聚集或者工作面涌出，從而保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，采用調(diào)節(jié)風(fēng)門風(fēng)窗均壓，在回風(fēng)巷通過(guò)調(diào)節(jié)回風(fēng)量，使工作面的通風(fēng)狀況發(fā)生變化。

（1）風(fēng)窗的上風(fēng)側(cè)風(fēng)流的壓能增加，風(fēng)窗下風(fēng)側(cè)的風(fēng)流壓能減少，增加與減少的幅度隨據(jù)風(fēng)窗距離的增大而減少。

（2）風(fēng)窗前后風(fēng)路上因風(fēng)量減少壓力坡度線變緩（即工作面兩端壓差變小，采用風(fēng)窗調(diào)節(jié)方法，在采空區(qū)風(fēng)阻不變時(shí)，則工作面的擴(kuò)散漏風(fēng)必然減少），這對(duì)抑制采空區(qū)因擴(kuò)散漏風(fēng)所造成的煤炭自燃是有利的，

2.2 加快推進(jìn)度

加快工作面的推進(jìn)速度，使氧化自燃帶的寬度減少，讓其快速進(jìn)入窒息帶，較少工作面上隅角的CO涌出量，確保了安全生產(chǎn)。

2.3 向老巷打防火鉆孔

當(dāng)發(fā)現(xiàn)上隅角CO增加時(shí)，進(jìn)行原因分析后，立即在下巷上幫垂直于老巷打防火鉆孔，每隔10米打一個(gè)Φ62的鉆孔，打透老巷后，插入Φ42的防火鋼管，利用鉆孔先注氮?dú)?個(gè)小時(shí) ，再注防火材料8個(gè)小時(shí)，最后進(jìn)行注膠封閉老巷，截?cái)嗫諝馔ㄟ^(guò)老巷向采空區(qū)的流動(dòng)通道。

通過(guò)壓住防火材料，（FLM礦用阻化劑）進(jìn)行防火。壓注阻化劑后，使阻化劑吸附在煤表面上，形成一層能抑制氧與煤接觸的保護(hù)膜，阻止了氧氣與煤結(jié)構(gòu)上的活動(dòng)鏈基反應(yīng)，使煤炭和氧的親和能力降低，同時(shí)氯化物是一種吸水能力很強(qiáng)的物質(zhì)，它吸收大量水分覆蓋在煤的表面，也減少了氧與煤接觸的機(jī)會(huì)，延長(zhǎng)煤的自然發(fā)火。

在凝膠封堵中，使用基料（液體水玻璃，俗稱泡花堿，化學(xué)分子式Na2O·nSiO2）+促凝劑（碳酸氫銨）。滅火時(shí)成膠時(shí)間控制在基料和促凝劑混合后30～50S較好，用于堵漏防火時(shí)，成膠時(shí)間控制在5min～10min為宜[2]。當(dāng)基料濃度一定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)促凝劑濃度及其所占比重增加，使成膠時(shí)間縮短。當(dāng)基料濃度為6%時(shí)，碳酸氫銨的濃度選擇2%～8%，成膠時(shí)間在混合后的6′30″～26″。在此防火鉆孔注膠，封堵漏風(fēng)。利用注膠泵注膠時(shí)，為了增加凝膠的封堵斷面，碳酸氫銨溶液濃度控制在2%～5%，使成膠較多的流入煤巖的縫隙或裂隙中，增加堵漏風(fēng)的強(qiáng)度和效果。如圖3。

圖3 水玻璃的濃度為6%時(shí)，碳酸氫銨與成膠時(shí)間的關(guān)系

從2012年3月12日發(fā)現(xiàn)CO異常，采取以上措施后，3月28日該工作面已完全恢復(fù)正常。通過(guò)以上方法，使綜放工作面回采期間遇到老巷的特殊防滅火措施，快速的撲滅火災(zāi)隱患，使該工作面正?；夭?。對(duì)于易發(fā)火的地點(diǎn)做好重點(diǎn)檢查工作，像巷道變坡點(diǎn)前后，空頂和剎頂后的巷道，變形的錨桿孔，采面過(guò)老巷的區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造帶（特別是斷層）附近，密閉周圍的煤體等都應(yīng)定期做防火檢查，必要時(shí)取氣樣進(jìn)行分析通過(guò)嚴(yán)格的管理方式和多種防火措施并用，使常村煤煤礦該工作面順利回采。常村煤礦形成了自己特有的防滅火技術(shù)和防滅火體系，具有較先進(jìn)的推廣意義。

[1]王付全.高莊礦煤層自然發(fā)火原因分析及防止對(duì)策 [J].中州煤炭，2012（3）：95-96

[2]余明高，潘榮錕.煤礦火災(zāi)防治理論與技術(shù)[M].河南：鄭州大學(xué)出版社，2008

Under the special environment of application of fire prevention and control technology

Zhang Xiufeng
Henan great energy Limited by Share Ltd of Changcun coal mine, Henan Yima 472302

Henan great energy Limited by Share Ltd of Changcun Coal Mine in Henan province is located in the southeast of the city of Yima, the main coal seam in the Jurassic system in Yima coalfield geological section group, simple structure, is a typical long flame coal spontaneous combustion seam. In the process of mining of fully mechanized caving face of immediate roof in a lane with old goaf collusion, resulting in the working face gob air leakage, resulting in up corner CO concentration is high, take prevention and control measures, effective control of the working face goaf CO concentration, so that the work carried out smoothly, achieve the mine production safety.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.086