煤礦下分層開采防滅火技術(shù)研究

劉小鋒

(陜西華彬煤業(yè)股份有限公司下溝礦 陜西 咸陽(yáng) 713500)

采用分層綜采技術(shù)進(jìn)行煤礦開采，可以較好地提高煤礦開采工作的效率，但是這和技術(shù)也帶來(lái)了一定的負(fù)面影響。利用此方法在進(jìn)行煤礦開采的時(shí)候，采空區(qū)遺留殘余的煤比較多，漏風(fēng)情況也比較嚴(yán)重，從而使得容易發(fā)生自燃的每層和開采自燃每層的礦井煤炭自燃發(fā)生火災(zāi)的概率加大，而在這種火災(zāi)中以采空區(qū)煤自燃火災(zāi)最為突出。本文以實(shí)際的煤礦開采工作為例，分析了煤礦下分層開采自燃火災(zāi)的類別，并提出了相應(yīng)的預(yù)防解決措施。

一、案例

在本礦區(qū)每層的平均厚度為9.5m，平均去傾斜角度為13°，主要以亮煤為主，夾雜著暗煤條帶，塊狀等等。在一些部位上的頂板上有二合頂，中間夾有200-500mm的煤。主要采用分層開采技術(shù)，分三層進(jìn)行煤礦開采，其中第一層和第二層采高為2.3m，第三層沿底回采時(shí)放中間層剩下的煤炭，可以進(jìn)一步提高煤炭開采的效率。本煤礦的煤的吸氧量為0.73ml/g，屬于一類容易發(fā)生自燃的煤層。

二、造成煤礦下分層開采發(fā)生火災(zāi)的原因

首先，在實(shí)際的開采工作中，一分層采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)的情況比較小，下分層和相鄰層在要開采的時(shí)候發(fā)生火災(zāi)的幾率比較大。在這種情況的原因是在對(duì)下分層進(jìn)行煤礦開采的時(shí)候要重新展現(xiàn)新的煤層，這就會(huì)使得煤層中的空氣大量進(jìn)入，供氧量增加，從而不斷氧化上分層的煤，再加上遺煤在之間就已經(jīng)被部分氧化，后期開采的時(shí)候供氧量有增大，浮煤自燃發(fā)火期就大大減小，相應(yīng)的火災(zāi)危險(xiǎn)也就增加[1]。

無(wú)煤柱開采也使得工作和周圍相鄰的采空區(qū)形成較大片的采空區(qū)，在這一采空區(qū)中各個(gè)工作線也是相互連接的，在這個(gè)過(guò)程中，如果有一個(gè)地方發(fā)生火災(zāi)，相應(yīng)的其他地區(qū)也會(huì)發(fā)生火災(zāi)。甚至更嚴(yán)重的可能導(dǎo)致火災(zāi)產(chǎn)生的對(duì)人體和環(huán)境有危害的氣體擴(kuò)散到工作面，不僅對(duì)工作人員的生命安全造成影響，同時(shí)由于采空區(qū)的漏風(fēng)規(guī)律比較繁雜，也增加了對(duì)有害氣體的處理難度。

三、煤礦下分層開采防滅火技術(shù)

基于上述分析，可以發(fā)現(xiàn)造成火災(zāi)的最主要的原因就是采空區(qū)出現(xiàn)較大的漏風(fēng)量和浮煤。因此，在開展煤礦下分開采防滅火技術(shù)的時(shí)候要從上述造成火災(zāi)的原因出發(fā)，從根本上消除煤礦下分層發(fā)生火災(zāi)的情況?；诖?，本文提出了以下對(duì)策。

(一)注重前期預(yù)報(bào)技術(shù)

在發(fā)生火災(zāi)前進(jìn)行預(yù)報(bào)可以有效減少火災(zāi)的發(fā)生，一般采用的方法有三種：直接感知法、溫度預(yù)報(bào)法、氣體分析法。其中直接感知法就是理由人體的嗅覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等感官對(duì)煤層自燃情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種方法受人體影響比加大[2]。第二種方法溫度預(yù)報(bào)法主要通過(guò)在鉆孔內(nèi)安裝測(cè)溫儀器或者是在特定區(qū)域安裝溫度傳感器和無(wú)線電發(fā)射裝置，根據(jù)測(cè)定的溫度或者是接收到的信號(hào)變化來(lái)判斷是否發(fā)生煤炭自燃，下圖1為一種溫度傳感器儀表原理圖。這種方法最燃直觀可靠，但是由于媒體的熱傳導(dǎo)能力比較弱，放熱影響的范圍比較小，有些時(shí)候鉆孔及時(shí)已經(jīng)達(dá)到了火源邊緣附近1m的范圍內(nèi)，也很難感知到高溫火源點(diǎn)的存在。最后一種方法氣體分析法，精準(zhǔn)有效，是當(dāng)前最常用的預(yù)報(bào)方法。在氣體分析法中，一般將一氧化碳作為預(yù)報(bào)煤自燃的指標(biāo)氣體，表1為對(duì)該煤礦36個(gè)回采工作面的長(zhǎng)期觀測(cè)，得到了一氧化碳絕對(duì)生成量相應(yīng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)臨界指標(biāo)。將C2H4和C3H6作為自燃朝著更快的方向發(fā)展的氣體標(biāo)志，將C2H6或C2H4作為判斷自燃進(jìn)展情況的標(biāo)志氣體。表2為C2H4產(chǎn)生的臨界溫度值，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度達(dá)到100攝氏度的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)C2H6或C2H4，同時(shí)隨著礦井溫度的越來(lái)越高，這些氣體的濃度也會(huì)不斷增加。通過(guò)這種方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦下分層火災(zāi)情況的有效預(yù)測(cè)。

圖1 AD590溫度傳感器測(cè)試儀表原理圖

表1 煤礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)一氧化碳指標(biāo)

表2 不同煤種代表性煤樣C2H4產(chǎn)生的臨界溫度值

(二)建立完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在本礦區(qū)開展了“三帶”劃分的研究，采用鉆孔取樣的方式對(duì)礦井下的氣體進(jìn)行采集和分析，為周圍響鈴的采空區(qū)的區(qū)域劃分提供了大量的數(shù)據(jù)。針對(duì)后方的采空區(qū)“三帶”分布規(guī)律的考察主要采用了鋪設(shè)管道的方式和束管監(jiān)測(cè)方法[3]。其中束管監(jiān)測(cè)方法可以對(duì)一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷等多種氣體成分進(jìn)行分析，通過(guò)束管將這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣體抽取到地面進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果煤自燃的情況進(jìn)行分析，進(jìn)行采取相應(yīng)的解決措施。束管檢測(cè)系統(tǒng)由采樣系統(tǒng)、控制裝置、采樣分析、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、顯示和報(bào)警幾個(gè)部分組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)下分層自燃情況的有效監(jiān)督。

(三)采取有針對(duì)性的措施

在工作面回采的時(shí)候要防止頂煤的留存，對(duì)木料進(jìn)行嚴(yán)格的回收，在斷層這些地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜的地區(qū)要將留存的頂煤從架尾部放出去，以免影響工作面的正常運(yùn)行。在開展分層開采工作面兩巷掘進(jìn)工作的時(shí)候，要在停采線注射泥漿，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)停采線內(nèi)部剩余下來(lái)的煤進(jìn)行包裹，防止在工作期間造成供氧自燃的情況[4]。在工作面每推進(jìn)一定的距離后就要鋪設(shè)相應(yīng)長(zhǎng)度的注漿管，注漿管的出口要盡量沿著漿流的方向逐漸變小，同時(shí)還要確保漿液能夠充分覆蓋采空區(qū)，將留在采空區(qū)的熱量帶走，同時(shí)還可以對(duì)采空區(qū)的裂縫進(jìn)行填充。

(四)均壓防滅火

在采區(qū)有較大概率發(fā)生漏風(fēng)的地方和密封墻處設(shè)置相應(yīng)的測(cè)壓裝置，對(duì)這些地點(diǎn)的壓力差分布情況進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)。在礦井的通風(fēng)機(jī)等設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，對(duì)井下風(fēng)的流向和流量進(jìn)行調(diào)整，改變主要巷道風(fēng)壓分布情況，使采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)和出風(fēng)側(cè)的風(fēng)壓差趨于平衡，避免漏風(fēng)情況的出現(xiàn)，同時(shí)防止采空區(qū)內(nèi)部空氣的流通，實(shí)現(xiàn)氧氣的徹底斷絕，切斷自燃的必備條件。及時(shí)發(fā)生火災(zāi)也可以窒息惰化火區(qū)。

(五)完善防火設(shè)施

在二分層工作面材料工具室和運(yùn)輸巷運(yùn)輸機(jī)頭處要設(shè)置足夠數(shù)量的泡沫滅火器、防火沙箱子和滅火鏟。發(fā)生火災(zāi)后，如果明火范圍比較小，工作人員可以直接用水、滅火器等設(shè)備進(jìn)行滅火[5]。此外，在相應(yīng)的停采線處還要嚴(yán)格按照防滅火設(shè)計(jì)要求構(gòu)建相應(yīng)的防火門墻，完善防火設(shè)置。

綜上所述，研究煤礦下分層防滅火技術(shù)是十分重要的，在實(shí)際工作中，要充分掌握導(dǎo)致煤自燃的因素，采取相應(yīng)的措施，才能真正做到防滅火，實(shí)現(xiàn)礦井作業(yè)的安全。