薄煤層無(wú)煤柱開(kāi)采綜合防滅火技術(shù)

呂 斌

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 通風(fēng)處,山西 大同 037000)

采空區(qū)遺煤自燃作為煤礦火災(zāi)之一,嚴(yán)重影響著礦井的安全高效生產(chǎn),為此眾多學(xué)者從理論和技術(shù)方面對(duì)采空區(qū)遺煤自燃進(jìn)行了大量研究[1-4]。自無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)提出以來(lái),在礦井中得到了一定的應(yīng)用,其采空區(qū)遺煤自燃特征與常規(guī)開(kāi)采技術(shù)也有一定區(qū)別。

馮恩杰等[5]根據(jù)東灘礦綜采放頂煤無(wú)煤柱開(kāi)采煤層自然發(fā)火的特點(diǎn),對(duì)煤層自然發(fā)火區(qū)及發(fā)火等級(jí)進(jìn)行了劃分,闡述了煤層自燃發(fā)火的特征。宋立兵等[6]對(duì)神東礦區(qū)哈拉溝煤礦通風(fēng)系統(tǒng)、采空區(qū)自燃三帶分布等分析,總結(jié)了切頂卸壓無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)采空區(qū)防滅火管理經(jīng)驗(yàn)。張永明等[7]以烏蘭煤礦為例,通過(guò)對(duì)無(wú)煤柱開(kāi)采下煤巖體裂隙發(fā)育狀況和漏風(fēng)通道的分析,研究了易自燃煤層工作面在無(wú)煤柱開(kāi)采條件下的防滅火技術(shù)。馬嬌等[8]通過(guò)數(shù)值模擬分析了煤柱寬度及不同注氮方式下采空區(qū)自燃三帶分布情況,發(fā)現(xiàn)段間無(wú)煤柱開(kāi)采會(huì)形成大面積復(fù)合采空區(qū),使本采空區(qū)氧化帶寬度增加、注氮后高濃度氮?dú)夥e聚區(qū)域減小,降低注氮防滅火效果。

綜上所述,前人對(duì)無(wú)煤柱開(kāi)采防滅火的研究取得了一定的成果,值得我們借鑒。本文以晉華宮煤礦為例,通過(guò)分析現(xiàn)有通風(fēng)方式下無(wú)煤柱開(kāi)采與傳統(tǒng)開(kāi)采采空區(qū)漏風(fēng)的區(qū)別,對(duì)薄煤層無(wú)煤柱開(kāi)采防滅火技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 礦井概況

晉華宮礦7-4#層402盤區(qū)8209工作面,是晉華宮礦第一個(gè)無(wú)煤柱工作面,同時(shí)也是同煤集團(tuán)首批回采的無(wú)煤柱工作面。8209工作面的走向長(zhǎng)度1 232.5 m,傾斜長(zhǎng)度190.5 m,煤層厚度0.95 m～2.1 m,平均厚度為1.4 m,8209工作面回采煤層煤塵具有爆炸性,自燃傾向性等級(jí)Ⅰ級(jí),最短自然發(fā)火期為62 d。采用走向長(zhǎng)壁后退式開(kāi)采,留巷方式為切頂卸壓留巷,預(yù)計(jì)留巷長(zhǎng)度750 m。工作面布置如圖1所示。

圖1 8209工作面布置圖

8209工作面回采至留巷段之前通風(fēng)方式為“一進(jìn)兩回”式通風(fēng),即2209巷進(jìn)風(fēng),2207巷和5209巷回風(fēng)。留巷段期間的通風(fēng)方式為“兩進(jìn)一回”,即2209巷和2207巷進(jìn)風(fēng),5209巷回風(fēng)。

2 采空區(qū)漏風(fēng)分析

回采至留巷段前通風(fēng)方式如圖2所示。該通風(fēng)方式下,采空區(qū)漏風(fēng)與傳統(tǒng)的“U”型通風(fēng)方式一樣,漏風(fēng)主要在進(jìn)風(fēng)巷和工作面后方的采空區(qū)。

圖2 回采至留巷段前通風(fēng)方式及漏風(fēng)

回采至留巷段后通風(fēng)方式如圖3所示。在該通風(fēng)方式下,采空區(qū)漏風(fēng)除了2209進(jìn)風(fēng)巷及工作面后方外,還增加了由切頂留巷段的漏風(fēng)。由于留巷段巷幫一側(cè)為采空區(qū)冒落帶,使留巷段處采空區(qū)處于一種開(kāi)放的狀態(tài),與傳統(tǒng)開(kāi)采方式相比漏風(fēng)相對(duì)嚴(yán)重。同時(shí),由于漏風(fēng)量的增加,導(dǎo)致采空區(qū)氧化帶范圍增大,漏風(fēng)量的增加也會(huì)增加采空區(qū)的氧氣量,會(huì)加速采空區(qū)遺煤的氧化,增加采空區(qū)放滅火的管理難度。

圖3 回采至留巷段后通風(fēng)方式及漏風(fēng)

3 留巷期間防滅火方案及效果

3.1 防滅火方案

采空區(qū)自然發(fā)火主要原因包括兩方面:一是遺煤暴露時(shí)間達(dá)到自然發(fā)火期;二是采空區(qū)漏風(fēng)較大為采空區(qū)遺煤提供充足的氧氣。因此,結(jié)合回采期間采空區(qū)漏風(fēng)分析,回采留巷段期間,為防止采空區(qū)遺煤自燃,主要采取以下防滅火措施:

1)加強(qiáng)采空區(qū)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。通過(guò)瓦檢員加強(qiáng)工作面及混合風(fēng)流CO等自然發(fā)火指標(biāo)氣體和回風(fēng)流溫度檢查,同時(shí)留巷巷道內(nèi)每回采150 m增設(shè)一個(gè)CO傳感器,加強(qiáng)預(yù)報(bào)手段,時(shí)刻關(guān)注采空區(qū)是否存在自然發(fā)火征兆,以便發(fā)現(xiàn)工作面溫度明顯上升、有芳香族碳?xì)浠衔?、CO濃度超過(guò)0.002 4%或增加較快等發(fā)火征兆時(shí),及時(shí)撤人并采取防滅火措施。

2)架間噴灑氯化鎂阻化劑。在回采工作面支架內(nèi)每隔30 m安設(shè)1個(gè)霧化器,對(duì)采空區(qū)噴灑氯化鎂阻化劑。噴灑氯化鎂阻化劑后能夠吸收空氣空的水分,在煤的表面形成含水液膜,阻止了煤與氧氣的接觸,同時(shí)會(huì)增加煤在低溫時(shí)的化學(xué)惰性,降低煤的氧化速度。

3)2209進(jìn)風(fēng)順槽端頭封堵。利用砂袋裝填黃土,沿工作面切頂線構(gòu)筑封堵墻,封堵墻沿巷道走向呈分層垂直咬合壘砌,封堵墻的兩側(cè)必須與相鄰的支架尾梁和巷道煤壁接嚴(yán),且頂端必須與巷頂接實(shí)。當(dāng)工作面正?；夭蓵r(shí),每推進(jìn)30 m左右構(gòu)筑一道封堵墻,減少采空區(qū)漏風(fēng)。

4)采空區(qū)注漿、注氮?；夭蛇^(guò)留巷段30 m后,在采空區(qū)中部對(duì)應(yīng)地面向8209采空區(qū)中部施工1個(gè)Φ108 mm灌漿孔作為備用;在2209進(jìn)風(fēng)順槽安裝1臺(tái)制氮機(jī)、2臺(tái)空壓機(jī)并隨串車移動(dòng),確保存在自然發(fā)火隱患時(shí)可立即采取向采空區(qū)注氮的措施。

3.2 防滅火效果

回采過(guò)留巷段32 m、61 m、92 m、120 m、150 m時(shí),在2209巷端頭對(duì)應(yīng)切頂線處分別構(gòu)筑了1道封堵墻,根據(jù)回風(fēng)流漏風(fēng)量測(cè)定結(jié)果,發(fā)現(xiàn)構(gòu)筑封堵墻前漏風(fēng)量均在175 m3/min左右,構(gòu)筑封堵墻后漏風(fēng)量均在60 m3/min～90 m3/min之間,有效降低了采空區(qū)漏風(fēng)。

留巷距離達(dá)98 m時(shí),5209巷回風(fēng)流中氣體化驗(yàn)顯示存在C2H6和CO氣體,隨著回采繼續(xù)推進(jìn),C2H6氣體從0.002 6%逐漸增大至0.062 8%,CO氣體逐漸從0.000 6%升高到0.001 4%,為防止采空區(qū)自燃,啟用了注氮系統(tǒng)。C2H6和CO氣體濃度隨注氮時(shí)間變化如圖4所示。

從圖中可以看出,隨著注氮時(shí)間的增加,5209回風(fēng)巷中C2H6氣體濃度和CO氣體濃度逐漸降低,注氮時(shí)間達(dá)到第10 d時(shí)C2H6氣體濃度降到0,注氮時(shí)間達(dá)到第9 d時(shí),CO濃度降低到0,表明注氮效果良好,有效防止了采空區(qū)遺煤自燃事故的發(fā)生。在之后的回采留巷過(guò)程中,采用該防滅火技術(shù)措施,采空區(qū)沒(méi)有發(fā)生自燃現(xiàn)象。

4-b CO氣體濃度變化曲線

4 結(jié) 論

1)無(wú)煤柱開(kāi)采與傳統(tǒng)開(kāi)采方式相比,采空區(qū)處于一種開(kāi)放式狀態(tài),增加了采空區(qū)的漏風(fēng)量,加速采空區(qū)遺煤氧化,增加了采空區(qū)防滅火的難度。

2)采用進(jìn)風(fēng)順槽端頭封堵技術(shù)后,采空區(qū)漏風(fēng)量由175 m3/min降低到60 m3/min～90 m3/min之間,有效降低了采空區(qū)的漏風(fēng)量。

3)回風(fēng)流中CO和C2H6氣體濃度升高后,為防止采空區(qū)自燃,啟用注氮措施,有效防止了自燃事故的發(fā)生。

4)采用加強(qiáng)預(yù)報(bào)、端頭封堵、噴灑阻化劑、采空區(qū)注漿注氮綜合防滅火技術(shù)能夠有效降低采空區(qū)自燃事故的發(fā)生,保證工作面地安全回采。