官地礦28412綜放工作面拆架期間防滅火技術(shù)

王舉舉

安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院

煤礦自燃問題一直困擾著我國煤礦的安全生產(chǎn)，對高效高產(chǎn)的生產(chǎn)造成威脅，造成大量的資源浪費、財產(chǎn)損失及人員的傷亡。近年來我國煤礦廣泛采用綜放開采技術(shù)，生產(chǎn)效率大幅提高，但對于綜放工作面，采場冒落空間大、遺煤量大、漏風(fēng)嚴(yán)重，使得自燃火災(zāi)頻發(fā)，導(dǎo)致綜采設(shè)備被封閉在火區(qū)或煤炭資源被火區(qū)凍結(jié)，造成巨大的經(jīng)濟損失。同時隨著開采的深度增加，煤層的瓦斯含量和瓦斯的壓力都顯著升高，瓦斯異常涌出現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致瓦斯與煤層自燃雙重災(zāi)害呈現(xiàn)出頻發(fā)并逐漸增多。因此研究瓦斯與煤自燃并存危害下綜放面防滅火技術(shù)顯得極為迫切。

1 綜放工作面概況

西山煤電集團官地礦28412綜放工作面聯(lián)合開采8#、9#煤層，8#煤平均厚度4.44m，9#煤層平均厚度3.73m，兩煤層間距為0.20～2.30m，工作面標(biāo)高為979～1067m。9#煤層四周均為未采區(qū)，上部8#煤層?xùn)|鄰28410工作面采空區(qū)，西鄰未采區(qū)。28412工作面采用走向長壁后退式采9#煤放8#煤綜采低位放頂煤綜合機械化采煤方法，采放比1∶1.7。28412綜放工作面正副巷均布置在9#煤層中，采用副巷進(jìn)風(fēng)，正巷回風(fēng)的U型通風(fēng)系統(tǒng)。正巷設(shè)計長度為1595m，副巷設(shè)計長度為1695m，可采走向長1141m，采長197m。

2 拆架期間綜放工作面自然發(fā)火的原因

2.1 煤層自燃傾向性

28412綜放工作面所采煤層均具有自燃傾向性，主采的9#煤層為III類不易自燃煤層，所放的8#煤層為Ⅱ類自燃煤層。Ⅱ類自燃煤層的特點是發(fā)火期為3～6個月，自然發(fā)火期最短能達(dá)到22天；煤塵發(fā)火時，其火焰的長度大于400mm，更重要的是其具有很強的爆炸性。同時采空區(qū)的浮煤都極易自然發(fā)火。根據(jù)官地礦自綜放開采后的自然發(fā)火情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，工作面停采線處自然發(fā)火的隱患占總次數(shù)的23%。

2.2 支架后方的網(wǎng)上煤炭及架頂煤炭

工作面在距停采線20m處為拆除支架而鋪網(wǎng)，此時頂煤帽落在網(wǎng)上不能放出，因此在支架后方采空區(qū)內(nèi)留有寬15～20m，長與工作面斜長同等的破碎煤條帶。工作面停采后，網(wǎng)上煤炭所處的位置仍然能得到氧氣，并且此處熱量也易聚集，因而在得到足夠的氧化時間等條件后，該處的煤炭就很容易自燃。

架頂煤炭與網(wǎng)上煤炭相似，而它們的主要區(qū)別為在工作面停采短期內(nèi)架頂煤炭的破碎程度相對較小，塊度較大，主要呈裂隙狀。當(dāng)支架開始拆除時，架頂煤炭隨支架的拆除而冒落、破碎，緩慢風(fēng)流經(jīng)過該冒落區(qū)，如果工作面的拆除需求時間在30d以上，那么就大大增加了該處煤炭自燃的可能性，若產(chǎn)生了CO氣體，工作面的拆除速度就會減緩，這樣煤炭就得到了更長的氧化、聚熱的時間，最終演變成自燃事故。

2.3 通風(fēng)斷面變小導(dǎo)致局部阻力增大

支架部分拆除后，采空區(qū)漏風(fēng)分布發(fā)生變化當(dāng)工作面的支架開始拆除后，架頂煤炭隨之冒落，原有的通風(fēng)斷面被堵塞，使得局部阻力上升，因而工作面的進(jìn)風(fēng)流就會向采空區(qū)深部擴散，工作面下半部采空區(qū)的漏風(fēng)寬度則隨之增大。因此，在工作面支架拆除期間內(nèi)，最易發(fā)生自燃的位置在工作面下半部從停采線至采空區(qū)50m范圍內(nèi)存有遺留煤炭之處。

2.4 拆架至封閉的過程所需時間

從做拉架開始到支架完全拆除，這個過程最短用時為1個月，在此期間支架不推進(jìn)，采空區(qū)的浮煤在緩慢氧化，隨之產(chǎn)生的熱量不能及時被風(fēng)帶走，因而熱量得以積聚，使得煤體溫度逐漸升高，這就為自然發(fā)火提供了充足的條件。

2.5 采空區(qū)與上下隅角漏風(fēng)

拆架期間，由于破壞了通風(fēng)系統(tǒng)，因而加大了采空區(qū)漏風(fēng)，使風(fēng)量從進(jìn)風(fēng)隅角沿采空區(qū)流向回風(fēng)。從而在支架背后形成“三帶”：“散熱帶、氧化帶、窒息帶”，如下圖。“三帶”的范圍與工作面的風(fēng)量有相當(dāng)大的關(guān)系，風(fēng)量大小與漏風(fēng)多少呈現(xiàn)正比關(guān)系，并且氧化帶的區(qū)域越寬，著火就越容易。

圖 采空區(qū)“三帶”分布

在采煤工程中，由于上下巷道煤柱的支撐作用，靠近煤柱側(cè)有條未冒實的三角漏風(fēng)帶，特別是進(jìn)風(fēng)側(cè)受風(fēng)流沖擊最大，影響范圍也較深（向采空區(qū)里），為采空區(qū)自燃提供了連續(xù)供氧條件，這是綜放工作面發(fā)火的主要隱患。

3 28412綜放工作面回采期間防治自然發(fā)火措施

3.1 通風(fēng)方面

28412綜放工作面采用副巷進(jìn)風(fēng)、正巷回風(fēng)的U型通風(fēng)方式，該面絕對瓦斯涌出量為8m3/min，根據(jù)稀釋瓦斯的要求，通過計算可以得到工作面配風(fēng)量為1250m3/min。為減少采空區(qū)漏風(fēng)和上隅角瓦斯積聚，工作面每推進(jìn)一個循環(huán)在上下隅角采用垛袋方式封堵采空區(qū)，上隅角的瓦斯治理采用埋管方式。

3.2 束管監(jiān)測與預(yù)測監(jiān)控

建立了完善的束管監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測分析，每天2次對采空區(qū)、上隅角、回風(fēng)流、采區(qū)回風(fēng)巷進(jìn)行取樣化驗分析，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即采取相應(yīng)措施。

通風(fēng)科建立了28412工作面防滅火臺賬，臺賬主要包括各地點CH4、CO2、溫度、風(fēng)量、防滅火措施實施情況、工作面推進(jìn)度等內(nèi)容，以便進(jìn)行防滅火分析。同時，在上隅角和回風(fēng)流處安設(shè)CO、溫度傳感器。皮帶頭下風(fēng)側(cè)安設(shè)CO、煙霧傳感器。

3.3 注氮系統(tǒng)及噴灑阻化劑

在中四采區(qū)8#煤軌道聯(lián)絡(luò)巷安設(shè)移動制氮機組，向采空區(qū)不間斷的輸入濃度不小于97%的氮氣，經(jīng)計算注氮能力為864m3/h。在工作面副巷安設(shè)一臺阻化劑泵，阻化劑材料為氯化鎂，從工作面上下隅角向采空區(qū)浮煤足量噴灑。一個循環(huán)對兩端頭6m范圍內(nèi)和工作面全長噴灑一次阻化劑。在副巷安設(shè)一臺噴霧泵，每拉架一次對兩端頭6m范圍內(nèi)和工作面全長噴灑一次阻化劑。

3.4 特殊時期的防滅火措施

由于工作面頂板破碎、設(shè)備等原因的影響，工作面推進(jìn)速度緩慢，為防止自然發(fā)火，將噴灑阻化劑的配比濃度由15%增加到30%，向采空區(qū)加大了注氮量由原來的一臺注氮泵向采空區(qū)注氮改為兩臺同時向采空區(qū)注氮。

3.5 其它方面

回采期間除上述措施外每10個支架間安設(shè)一臺滅火器，工作面敷設(shè)一條消防專用管路，正副巷各構(gòu)筑了一道防火門套。皮帶頭、油脂庫、材料庫、控制臺安設(shè)沙箱、滅火器。

4 28412綜放工作面拆架期間防滅火技術(shù)

4.1 保持工作面正常的需風(fēng)量以及上隅角通風(fēng)暢通

工作面仍采用副巷進(jìn)風(fēng)、正巷回風(fēng)的U型通風(fēng)系統(tǒng)。據(jù)上述計算工作面需風(fēng)量取1250m3/min。因為拆架期間工作面不進(jìn)行回采，所以拆架期間的風(fēng)量按回采期間需風(fēng)量的50%取值，風(fēng)量為650m3/min。控制風(fēng)量可在副巷合適位置安設(shè)兩道調(diào)節(jié)風(fēng)門并進(jìn)行閉鎖，安排專人負(fù)責(zé)看管，保證通風(fēng)系統(tǒng)合理、穩(wěn)定。

針對28412綜放工作面撤架期間易造成工作面通風(fēng)紊亂工作面需風(fēng)量減少，大量風(fēng)量流進(jìn)采空區(qū)，因此在工作面支架拆除前，第一個木垛架設(shè)在工作面與回風(fēng)巷交叉口處，依次沿工作面煤壁架設(shè)木垛，工作面每隔5個架（根據(jù)現(xiàn)場礦壓而定）架設(shè)一木垛，在2個木垛間每隔一米架設(shè)一個帶帽點柱，使28412綜放工作面在拆架過程中有一個回風(fēng)通道，實現(xiàn)工作面正常通風(fēng)。

4.2 封堵采空區(qū)的漏風(fēng)通道

工作面擴循環(huán)結(jié)束后，為防止上隅角瓦斯積聚將采空區(qū)埋管抽放改為插管抽放，在上下隅角切頂線處各架設(shè)一個木垛用垛袋方式進(jìn)行封堵，之后釘上木板用黃泥滿抹。

4.3 采空區(qū)注漿

由于8#煤為自燃煤層，為了避免造成采空區(qū)遺煤自燃，對采空區(qū)采取注漿防滅火技術(shù)，在工作面每隔5個支架打一組扇形孔，每組為3個鉆孔，開孔位置在9#煤層頂板處，開孔間距為500mm,孔徑為108mm，終孔為8#煤層頂板，終孔間距為5m,水平距深入采空區(qū)2.5m。

在工作面副巷安設(shè)兩臺移動注漿泵，一備一用，型號為DM-1000，注漿能力為20m3/h,注漿材料為大同康潔公司。為了縮短回采時間，加快日推進(jìn)度，在工作面擴循環(huán)前20m，停止放8#煤，只采9#煤，使其自然垮落，注漿固化，隔離采空區(qū)。

4.4 注氮防滅火

28412工作面拆架期間，仍使用回采期間的注氮系統(tǒng)，氮氣釋放口在距工作面收尾擴循環(huán)前20m,為增加注氮量將原來的一臺注氮泵注氮改為兩臺同時向采空區(qū)注氮，注氮能力由864m3/h提高到1728m3/h。

4.5 噴灑阻化劑防滅火

28412工作面拆架期間，仍使用回采期間的噴灑阻化劑系統(tǒng)，工作面回采至擴循環(huán)前20m開始，為提高阻化劑效果，配比濃度由原來的15%改為30%。在拆架過程中每拆除一個支架在其后部及采空區(qū)浮煤足量噴灑一次。

4.6 束管監(jiān)測預(yù)測預(yù)報

28412工作面拆架期間，加強束管監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報的頻次。人工取樣化驗由原先的每天兩次改為每天三次。認(rèn)真化驗、分析，結(jié)果及時報送領(lǐng)導(dǎo)組審閱。

4.7 28412綜放工作面拆架期間的安全技術(shù)措施

拆架期間礦拆架領(lǐng)導(dǎo)組必須周密部署、精心組織加快拆除支架速度，在45天內(nèi)拆除支架予以封閉，力爭在30天內(nèi)完成，盡快消除自然發(fā)火隱患。拆架和封閉過程中出現(xiàn)的問題與技術(shù)措施的實施必須由拆架領(lǐng)導(dǎo)組安排與決定。在工作面副巷內(nèi)安設(shè)2×30KW局部通風(fēng)機，并將風(fēng)筒接到撤架工作空間，當(dāng)有人工作空間CH4濃度≥0.8%、CO2濃度≥1.5%、CO濃度≥0.0024%、O2濃度≤18%時，必須責(zé)令停止作業(yè)，需要開起局部通風(fēng)機，撤人，并查找原因進(jìn)行處理，只有隱患處理后，經(jīng)瓦斯員檢查證實無異常后匯報通風(fēng)調(diào)度和礦調(diào)度，經(jīng)礦拆架領(lǐng)導(dǎo)組同意后，人員方可進(jìn)入。

工作面配備一趟不小于4寸供水管，供水管一直鋪設(shè)到撤架工作面。工作面配備2臺以上鉆機，電源與開關(guān)到位，隨時可以投入工作。工作面上下巷道都備好封閉材料，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，立即撤人封閉工作面：工作面回風(fēng)巷道CO濃度大于200ppm，且有繼續(xù)增加趨勢，并出現(xiàn)煙霧跡象時；在撤支架過程中，出現(xiàn)支架頂煤與支架后面的煤柱出現(xiàn)明火，而短時間無法立即撲滅情況下；出現(xiàn)發(fā)現(xiàn)采空區(qū)有高溫點，瓦斯?jié)舛壬仙?，采空區(qū)O2濃度上升，而且采取措施后效果不明顯，通過撤除支架領(lǐng)導(dǎo)小組研究決定封閉工作面。

5 結(jié)論

（1）綜放面撤架過程中容易出現(xiàn)采空區(qū)遺煤自燃的情況，其他因素還有采空區(qū)遺煤較多、隅角存在漏風(fēng)通道、工作面通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定、停采時間較長及防火工程不能按設(shè)計要求完成等原因，采用的防滅火技術(shù)必須依據(jù)現(xiàn)場的真實情況而定。

（2）28412開采工作面因停采線局部碎煤氧化升溫導(dǎo)致工作面架間CO氣體濃度升高，采取改善通風(fēng)狀況、采空區(qū)注漿、注氮及噴灑阻化劑防滅火、監(jiān)控預(yù)警預(yù)報等措施，效果明顯，抑制了遺煤自然升溫過程，保證該工作面安全回撤。

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