新景礦自燃煤層末采期間防滅火技術(shù)

張夏彭 路 璐

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

回采工作面采空區(qū)內(nèi)部的遺煤呈現(xiàn)破碎狀態(tài)，在與空氣接觸后，會(huì)發(fā)生一系列物理吸附和氧化反應(yīng)，并產(chǎn)生熱量，達(dá)到一定溫度，極易發(fā)生煤層自然發(fā)火事故[1]。末采期自燃問題最為嚴(yán)重，我國(guó)許多采用綜采放頂煤生產(chǎn)的礦井不同程度發(fā)生過工作面末采回撤期間采空區(qū)自然發(fā)火的事故，輕者會(huì)延誤工作面安全撤除，嚴(yán)重者會(huì)燒毀設(shè)備，甚至造成重大人員傷亡事故[2]。因此，研究制定適合新景礦實(shí)際的末采防滅火技術(shù)措施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工作面概況

新景礦位于陽泉市西部，井田面積64.747km2，15025 工作面位于15#煤西采區(qū)南翼西部，工作面走向長(zhǎng)1202m，傾斜長(zhǎng)200m。本工作面煤層厚度5.45～6.99m，平均為6.51m，煤層傾角2°～9°，平均傾角6°，可采指數(shù)1，變異系數(shù)11.5%，儲(chǔ)存穩(wěn)定。工作面通風(fēng)方式為“U”型通風(fēng)+低位抽采巷+高抽巷。

2 煤層自燃傾向性

新景礦15#煤層自燃傾向性歷史鑒定危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層。煤層統(tǒng)計(jì)自然發(fā)火期為78d，最短自然發(fā)火期為47d。15#煤層在開采80117工作面期間發(fā)生第一次自燃，先后共發(fā)生自燃12起，其中見明火10 次。

15#煤層自燃的主要原因：（1）開采過程中煤層易破碎，煤吸氧速度較快，吸氧量較高，且著火點(diǎn)溫度低；（2）陷落柱、褶曲及斷層多是15#煤層自燃嚴(yán)重的重要原因；（3）煤層中水綠礬和黃鐵礦礦物的存在使煤的自燃危險(xiǎn)性大為提高。

3 防滅火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

工作面防滅火監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括傳感器監(jiān)控系統(tǒng)、火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工檢測(cè)三部分。煤層自然發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立完善，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火區(qū)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，為末采期間火區(qū)管理和采取針對(duì)性的防滅火技術(shù)方案提供依據(jù)。

3.1 傳感器監(jiān)控系統(tǒng)

總回風(fēng)巷、采區(qū)回風(fēng)巷、高、低位瓦斯抽采管路及回采工作面安設(shè)CO 和溫度傳感器。傳感器應(yīng)垂直懸掛在巷道的上方風(fēng)流穩(wěn)定的位置，距頂板不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，CO 報(bào)警濃度為0.0024%[3]。傳感器監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)報(bào)警和自動(dòng)斷電功能，發(fā)生重大火情事故時(shí)，當(dāng)溫度和CO 濃度超限時(shí)切斷工作面電源，避免事故擴(kuò)大。

3.2 火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

對(duì)工作面采空區(qū)及重點(diǎn)區(qū)域安裝KJ428-Z 火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)火情在線監(jiān)測(cè)?；夭善陂g采空區(qū)束管布置方法：回風(fēng)隅角處設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，向采空區(qū)以里按一定間距布置束管采樣點(diǎn)，約30m 設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，保持采空區(qū)內(nèi)部回風(fēng)側(cè)三個(gè)采樣點(diǎn)、回風(fēng)隅角一個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)采空區(qū)內(nèi)120m 的范圍進(jìn)行火情監(jiān)測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置如圖1 所示。

圖1 工作面測(cè)點(diǎn)布置圖

3.3 人工檢測(cè)

人工檢測(cè)方法是采用“四合一”監(jiān)測(cè)儀、紅外線測(cè)溫儀、CO 檢定器等檢測(cè)設(shè)備，人工對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行氣體和溫度檢測(cè)。人工檢測(cè)一般應(yīng)在末采工作面上下隅角、進(jìn)回風(fēng)巷及支架間、密閉觀測(cè)孔、高冒區(qū)等地點(diǎn)，工作面氣體檢查每班檢測(cè)3 次，工作面取氣樣每月2 次。人工檢測(cè)發(fā)現(xiàn)任何地點(diǎn)有CO或溫度異常時(shí)，可隨時(shí)根據(jù)檢測(cè)情況增設(shè)測(cè)點(diǎn)。

4 末采期間防滅火技術(shù)措施

綜放面末采期間，推進(jìn)速度嚴(yán)重放緩，發(fā)生煤層自然發(fā)火事故的危險(xiǎn)性大大增加[4]。因此，對(duì)15#煤回采工作面采取減風(fēng)措施、井下移動(dòng)注氮防滅火技術(shù)方案。應(yīng)用采空區(qū)定點(diǎn)測(cè)溫技術(shù)測(cè)定出采空區(qū)支架后方的自然發(fā)火危險(xiǎn)區(qū)域，并對(duì)定點(diǎn)測(cè)溫技術(shù)監(jiān)測(cè)到的自然發(fā)火危險(xiǎn)點(diǎn)采取針對(duì)性的防滅火安全技術(shù)措施。

4.1 減風(fēng)措施

末采期間采取減風(fēng)措施，末采開始至停采之前這段時(shí)期進(jìn)風(fēng)風(fēng)量根據(jù)瓦斯涌出情況由1200m3/ min左右逐漸降至500～600m3/ min 左右，高抽巷和低位抽采巷逐漸降至50m3/ min 左右。同時(shí)加強(qiáng)進(jìn)、回風(fēng)落山退錨、剪網(wǎng)、放頂工作和進(jìn)、回風(fēng)隅角封堵工作，每隔3m 封堵一次進(jìn)、回風(fēng)隅角。

4.2 移動(dòng)注氮防滅火措施

當(dāng)末采期間出現(xiàn)CO 和溫度異常等煤層自然發(fā)火征兆時(shí)，立刻采取移動(dòng)注氮防滅火安全技術(shù)措施，在采空區(qū)提前預(yù)留注氮管路，進(jìn)行預(yù)防性注氮。注氮管路設(shè)置在工作面進(jìn)風(fēng)巷，伸入采空區(qū)內(nèi)部不小于30m，超過30m 時(shí)重新預(yù)埋（邁步距為30m，如圖2 所示），移動(dòng)注氮設(shè)備隨著回采推進(jìn)向前移動(dòng)。同時(shí)在進(jìn)風(fēng)落山處設(shè)置封閉段，通過施工閉墻及時(shí)封堵進(jìn)風(fēng)隅角。并將注氮管路對(duì)接至工作面進(jìn)風(fēng)端頭，工作面封閉時(shí)在閉墻中部預(yù)留注氮管，注氮管管徑不小于75mm。注氮開始時(shí)通風(fēng)隊(duì)瓦檢工負(fù)責(zé)先在工作面進(jìn)風(fēng)端頭閉墻注氮進(jìn)氣口檢測(cè)管內(nèi)氧氣濃度，當(dāng)濃度低于3%時(shí)，方可繼續(xù)進(jìn)行移動(dòng)注氮施工作業(yè)。注氮期間，安排專職瓦檢員在進(jìn)風(fēng)落山端頭閉墻處觀測(cè)有害氣體及溫度的變化情況。

圖2 工作面移動(dòng)注氮示意圖

4.3 采空區(qū)定點(diǎn)測(cè)溫技術(shù)

常用的紅外線、熱成像儀等采空區(qū)測(cè)溫手段只能對(duì)煤體表面溫度測(cè)定[5]。為及時(shí)、準(zhǔn)確地探測(cè)到工作面采空區(qū)深部的煤體溫度，采用定點(diǎn)測(cè)溫法監(jiān)測(cè)采空區(qū)內(nèi)部溫度，對(duì)加強(qiáng)工作面采空區(qū)自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。定點(diǎn)測(cè)溫裝置包括空心鉛絲、導(dǎo)線、溫度傳感器和溫度顯示器[6]。定點(diǎn)測(cè)溫原理是先沿工作面切巷向采空區(qū)打探測(cè)孔，探測(cè)孔底部處于采空區(qū)氧化帶內(nèi)，人工將空心鉛絲穿入預(yù)先施工的探測(cè)孔，空心鉛絲末端加設(shè)溫度傳感器，傳感器深入孔底?？招你U絲前端通過導(dǎo)線連接溫度顯示器，深入孔底的溫度傳感器將探測(cè)到溫度后利用導(dǎo)線傳輸至溫度顯示器，準(zhǔn)確、快捷顯示出采空區(qū)內(nèi)溫度。工作面定點(diǎn)測(cè)溫探測(cè)孔均勻布置，每隔5m 設(shè)置為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)支架后方10m 范圍內(nèi)采空區(qū)溫度。

4.4 針對(duì)性采空區(qū)防滅火技術(shù)措施

結(jié)合采空區(qū)定點(diǎn)測(cè)溫技術(shù)監(jiān)測(cè)出的自然發(fā)火危險(xiǎn)區(qū)域采取相對(duì)應(yīng)的防滅火安全技術(shù)措施，目前采用注普瑞特或史達(dá)夫防滅火材料的方法對(duì)高溫危險(xiǎn)區(qū)域防滅火。

（1）壓注普瑞特防滅火材料

通過對(duì)工作面架后采空區(qū)遺煤、前探梁以上煤體采取架間施工鉆孔，通過鉆孔向采空區(qū)灌注6%濃度的防滅火材料普瑞特，實(shí)現(xiàn)液壓支架采空區(qū)浮煤的覆蓋，延緩浮煤的氧化時(shí)間，防治煤炭自燃。

注漿工藝為：首先在200L 的空桶中，將一定比例的水與發(fā)泡劑（凝膠劑）均勻混合，采取人工攪拌。發(fā)泡劑與水的配比（體積比）為4:50，即每桶水中加入發(fā)泡劑15.2L。凝膠劑與水配比為2:50，即每桶水中加入凝膠劑7.6L。然后用1 臺(tái)氣動(dòng)泵分別抽加水稀釋后的發(fā)泡劑（A 料）和凝膠劑（B 料）。稀釋后的發(fā)泡劑與凝膠劑混合進(jìn)入發(fā)泡成膠設(shè)備，并在發(fā)泡成膠設(shè)備一側(cè)引入氮?dú)?，發(fā)泡劑、凝膠劑、水和氮?dú)饣旌贤ㄟ^發(fā)泡成膠設(shè)備反應(yīng)生成普瑞特后，注入鉆孔內(nèi)，完成對(duì)架后采空區(qū)的充填工作，從而達(dá)到采空區(qū)遺煤阻燃的目的。如圖3 所示。

圖3 普瑞特固化泡沫的灌注工藝示意圖

（2）壓注史達(dá)夫防滅火材料

壓注史達(dá)夫工藝與注普瑞特類似，均是通過氣動(dòng)泵向預(yù)先打好的鉆孔壓注防滅火材料。鉆孔施工深度7m，前探梁頂部鉆孔為35°，向架后延伸0.6m。鉆孔施工完畢后全程下套管，并通過氣動(dòng)泵向支架后部采空區(qū)碎煤內(nèi)壓注史達(dá)夫防滅火材料，直至支架后部滲出為止，史達(dá)夫與水的比例為1:16。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)末采期間的自然發(fā)火特點(diǎn)和危險(xiǎn)區(qū)域，建立了傳感器監(jiān)控系統(tǒng)、火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工檢測(cè)三種手段相統(tǒng)一的防滅火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，有效監(jiān)測(cè)采空區(qū)自然發(fā)火情況。

（2）在自然發(fā)火監(jiān)測(cè)監(jiān)控的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整工作面風(fēng)量，對(duì)末采期間綜放工作面采用減風(fēng)、井下移動(dòng)注氮的防滅火技術(shù)措施，預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火。

（3）通過采空區(qū)定點(diǎn)測(cè)溫技術(shù)監(jiān)測(cè)出的采空區(qū)內(nèi)自然發(fā)火危險(xiǎn)點(diǎn)采取針對(duì)性的防滅火措施，即注普瑞特或史達(dá)夫防滅火材料的方法，有效保障了15025 綜放工作面末采期間的安全生產(chǎn)。