雁南礦某綜放工作面綜合防滅火技術(shù)及實(shí)踐

宋佰超 朱景巖

（1.呼倫貝爾學(xué)院礦業(yè)學(xué)院 內(nèi)蒙古 海拉爾 021008 2.內(nèi)蒙古第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院 內(nèi)蒙古 海拉爾 021008）

在我國煤礦礦井火災(zāi)中，自燃火災(zāi)約占70%[1]，井下煤炭自燃產(chǎn)生的有毒有害氣體嚴(yán)重地威脅著煤礦職工的生命安全。由于煤炭自燃，造成煤礦開采部署的破壞，大量煤炭資源和井下材料、設(shè)備的浪費(fèi)，甚至導(dǎo)致礦井的提前報廢，引發(fā)大批的煤礦工人失業(yè)等一系列的社會問題[2]?！邦A(yù)防為主”是我們在開采中與災(zāi)害作斗爭的指導(dǎo)方針，也是防治煤炭自燃火災(zāi)必須遵守的原則。

1.防滅火措施的選擇

預(yù)防性灌漿、均壓防火、阻化劑防火、凝膠防滅火等都是預(yù)防自燃火災(zāi)的常用措施。雁南礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市境內(nèi)，煤種為褐煤，本礦煤層易自燃，其自然發(fā)火期為 3-6個月。北二采區(qū)位于雁南礦井田內(nèi)，其東翼27#層二區(qū)段綜放工作面，至2014年底已安裝完畢進(jìn)入試生產(chǎn)階段，為了防止工作面在回采過程中出現(xiàn)因煤炭自燃發(fā)火而造成事故，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及其它礦井經(jīng)驗(yàn)，制定并實(shí)施以下措施。

1.1 預(yù)埋管注漿

隨著采煤工作面的推進(jìn)同時向采空區(qū)灌漿，其作用一是防止遺煤自燃，二是膠結(jié)冒落的矸石，形成再生的頂板，為下分層開采創(chuàng)造條件。對于開采自燃發(fā)火期短的厚煤層這是一項必須采取的防火措施，其灌漿方法根據(jù)采區(qū)巷道布置方式、頂板冒落情況不同采取不同的方式。如埋管灌漿、插管灌漿、工作面灑漿、鉆孔灌漿等。根據(jù)資料及其它煤礦的經(jīng)驗(yàn)來看，預(yù)埋管注漿防滅火措施的效果是非常顯著的[3]。首先注入采空區(qū)的泥（灰）漿將采空區(qū)內(nèi)的浮煤進(jìn)行包裹和覆蓋，減少了煤與氧氣的接觸，減緩煤炭的氧化速度；其次，漿液中含有大量的水，注入后能吸收并帶走煤的氧化熱，破壞其蓄熱環(huán)境和條件，使煤炭溫度不能持續(xù)升高而燃燒；第三，注入采空區(qū)的泥（灰）漿會在采空區(qū)內(nèi)形成一條20—30m的泥漿帶，可減小采空區(qū)的漏風(fēng)量。

1.1.1 管路系統(tǒng)

當(dāng)工作面推進(jìn)時，于放頂之前，沿著回風(fēng)巷在采空區(qū)預(yù)先鋪好灌漿管，放頂之后再開始灌漿。灌漿管埋入冒落區(qū)10～15m，拼筑臨時木垛，采取保護(hù)措施以防冒落矸石砸壞，隨著工作面的推進(jìn)用回柱絞車向外牽引預(yù)埋灌漿管。本文選擇的灌漿管路如下：（1）由北二注漿孔 →回風(fēng)下山→回風(fēng)順槽 →采空區(qū)（2）由北二注漿孔→回風(fēng)下山→運(yùn)輸順槽→采空區(qū)。

1.1.2 注漿步距

注漿按照與回采的關(guān)系大體可分為采前注漿、隨采隨注和采后封閉注漿三種類型。隨采隨注則是隨著采煤工作面推進(jìn)的同時向有發(fā)火危險的采空區(qū)進(jìn)行注漿，這是注漿采用的主要方法，也是本文所選擇的方法。注漿步距如下：

（1）初次注漿：工作面開始回采，就進(jìn)行注漿。

（2）正常注漿：工作面正?；夭珊?，每隔20—30m向采空區(qū)注一次漿。

（3）末采注漿：當(dāng)工作面進(jìn)入末采后，要每隔20m向采空區(qū)注一次漿。當(dāng)工作面距停采線10m時再埋一趟管路，以保證工作面回撤期間的安全。

（4）特殊時期注漿：工作面如果遇到停產(chǎn)放假時，要隨時對工作面進(jìn)行注漿。

1.1.3 注漿材料選擇

漿材的選取必須滿足下列基本要求：（1）不含或少含可燃和自燃物質(zhì)；（2）不含催化物質(zhì)；（3）粒度一般不大于 2mm，細(xì)小顆粒占大部分；（4）相對密度一般要求2.5～2.6，塑性指數(shù)9～14，膠體混合物 25%～30%（5）易于脫水又具有一定穩(wěn)定性。除了滿足上述基本要求以外，還要求其來源豐富，運(yùn)輸和加工成本低廉，盡量不占或少占耕地和良田。

鑒于以上基本要求，注漿材料的種類通常包括黃土、頁巖、礦井矸石、粉煤灰、尾礦等。大雁礦區(qū)內(nèi)其它礦井傳統(tǒng)注漿方法均選用黃土作為注漿材料，該方法雖簡單適用，但卻破壞了自然環(huán)境，造成水土流失。粉煤灰做為一種新型環(huán)保注漿材料，不僅不破壞自然環(huán)境，而且材料來源廣，成本低，借鑒我國南方礦井成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合礦井實(shí)際，采用粉煤灰作為雁南礦井下充填材料為好。

1.1.4 注漿材料來源、水土比及注漿量

預(yù)防性灌漿量主要取決于灌漿形式，灌漿區(qū)的容積，采煤方法等因素，此礦井注漿材料來源自雁南熱電廠，用水槍取灰，制成灰漿，送入井下，灰水比采用（1∶3—1∶5 ），一次注漿量

式中：Q灰——注漿用灰量 m3

K——注漿系數(shù)，即漿泥的固定材料體積與需要灌漿的采空區(qū)容積之比。在K值中考慮了冒落巖石的松散系數(shù)，泥漿收縮系數(shù)和炮漿系數(shù)等綜合因素影響。它只能根據(jù)現(xiàn)場情況來確定，如淮南取0.03～0.04，開灤取0.05。本文取0.03

M——工作面采高， m

L——注漿區(qū)走向長度，m

H—注漿區(qū)傾斜長度，m

C——回采率, %

式中：Q水——注漿用水量,m3

S——灰水比（1：4）

K——沖洗管路用水量的備用系數(shù),一般取1.10～1.25（本例中取1.25）

Q水=828.63×4×1.25=4143.15 m3

一次注漿量為Q灰+Q水=4971.78 m3

1.2 加強(qiáng)檢測

煤礦注漿防滅火技術(shù)規(guī)范中規(guī)定，具有自然發(fā)火危險程度的礦井均應(yīng)建立完善的火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)或地面氣體分析實(shí)驗(yàn)室，氣體分析成分主要有氧氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等。采集氣體的地點(diǎn)為：回采工作面的回風(fēng)巷、上隅角，采空區(qū)氧化帶回風(fēng)側(cè)；通向火區(qū)的密閉墻內(nèi)側(cè)或鉆孔內(nèi)；其他需要的地點(diǎn)。

為防止工作面上隅角CO超限現(xiàn)象發(fā)生，通風(fēng)隊配備專職瓦斯檢查員和檢測儀器，現(xiàn)場跟班作業(yè)，每隔2小時對工作面進(jìn)行一次有害氣體檢測，數(shù)據(jù)及時反饋到隊里及礦里。另外利用KJF--2000礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)對工作面進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，實(shí)時掌握工作面有害氣體情況，以便采取相應(yīng)措施。在通風(fēng)處引進(jìn)氣體分析儀器后，每周對工作面上隅角進(jìn)行一次氣體采樣，進(jìn)行氣體分析，建立記錄，有異常及時采取措施處理，把自然發(fā)火隱患消滅在萌芽之中。

1.3 工作面合理配風(fēng)

工作面風(fēng)量過大，會造成采空區(qū)漏風(fēng)增加，加快采空區(qū)浮煤自燃，風(fēng)量過小，工作面涌出的各種有害氣體將無法排出。根據(jù) 27#層工作面需風(fēng)量計算情況，27#層工作面初采階段配備風(fēng)量875m3／min左右，以后隨著工作面回采再進(jìn)行調(diào)整。測風(fēng)員要定期對工作面風(fēng)量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)有變化時，要立即查明原因進(jìn)行調(diào)整，保證工作面風(fēng)量時刻處于合理穩(wěn)定狀態(tài)。

1.4 保證工作面推進(jìn)度

在工作面采空區(qū)距支架 5—20m左右的空間內(nèi)為散熱帶，一般不發(fā)生自燃。散熱帶向采空區(qū)內(nèi)部延伸約25～60m，漏風(fēng)小，蓄熱條件好，浮煤自燃的危險性大，稱為自燃帶[4]。為此必須將此空間的浮煤迅速延伸到距工作面60m以外的采空區(qū)深部，靠老頂跨落的作用，將此段浮煤壓實(shí)、壓密，杜絕浮煤由低溫氧化階段向自燃階段發(fā)展。資料表明，工作面每月推進(jìn)大于25—30m就能有效控制采空區(qū)煤炭自燃。為此采煤隊每月推進(jìn)度必須保證在30m以上。

1.5 報廢巷道封閉

《煤礦安全規(guī)程》第一百五十四條規(guī)定：采空區(qū)必須及時封閉。隨采煤工作面的推進(jìn)逐個封閉通至采空區(qū)的連通巷道。采區(qū)開采結(jié)束后45天內(nèi)，必須在所有與已采區(qū)相連通的巷道中設(shè)置密閉墻，全部封閉采區(qū)[5]。并設(shè)置觀測孔和注漿孔，隨時觀測封閉區(qū)內(nèi)氣體濃度。其原理是較長時間的阻斷風(fēng)流，使采空區(qū)缺氧，無法形成自燃條件。觀測孔和注漿孔平時也要用木塞或閘門堵塞，以防止漏風(fēng)。

1.6 其他措施

（1）加強(qiáng)工作面電風(fēng)焊管理，必須嚴(yán)格按照礦發(fā)“關(guān)于井下電風(fēng)焊管理”的文件要求審批，進(jìn)行電風(fēng)焊；

（2）加強(qiáng)工作面浮煤清理工作，減少向采空區(qū)丟浮煤；

（3）采煤隊要保護(hù)好工作面內(nèi)的監(jiān)測探頭及線路；加強(qiáng)職工關(guān)于“一通三防”知識培訓(xùn)，增強(qiáng)其自主保安意識；

（4）及時維修各種檢測儀器，使儀器始終處于完好狀態(tài)，發(fā)揮其作用。

2. 結(jié)論

以上措施應(yīng)用于生產(chǎn)中，并通過現(xiàn)場應(yīng)用反饋，取得了較好的效果，有效地防止了采空區(qū)煤炭自燃的發(fā)生，為安全生產(chǎn)提供了保障，為其它同類工作面煤炭自燃的防治提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。