深井高地溫及沖擊地壓條件下的防火研究

牛思云 張業(yè)福 祝傳軍

（棗礦集團(tuán)滕東煤礦，山東 滕州 277522）

滕東煤礦井深、高溫，加之受沖擊地壓限產(chǎn)影響，工作面推采速度慢，防火形勢異常嚴(yán)峻。

滕東煤礦由于產(chǎn)量低，只能布置1 個(gè)綜采放頂煤工作面，抓不好防火工作將造成無面可采。因此工作面自然發(fā)火問題成為全礦最大的隱患，全礦上下對工作面防火問題非常重視。

1 礦井概況

滕東煤礦位于滕州市鮑溝鎮(zhèn)境內(nèi),核定生產(chǎn)能力35萬t/a,井田面積27.052 3 km2，主采-865 m水平，為魯南第一深井。本井田含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組，共含可采和局部可采煤層四層，即3上、3下、16、17 煤。煤層傾角5～10°，構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等偏簡單。主采煤層為3下煤層，煤層厚度2.66～8.11 m，平均厚度5.27 m，煤種為中高～特高發(fā)熱量、低中灰、低硫～特低硫優(yōu)質(zhì)氣煤或1/3 焦煤。礦井采用立井單水平開拓，開采方法為走向長壁式，全部垮落法管理頂板，采用綜采放頂煤工藝。礦井通風(fēng)方式采取中央并列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式，副井進(jìn)風(fēng)，主井回風(fēng)。礦井地溫較高,平均地溫梯度為3.79 ℃/hm，現(xiàn)采面煤層溫度高達(dá)40.4 ℃。

經(jīng)北京安科興業(yè)礦山安全技術(shù)研究院有限公司及北京科技大學(xué)評價(jià)3下煤層及采區(qū)均具有中等沖擊危險(xiǎn)。根據(jù)礦井生產(chǎn)實(shí)際，回采工作面以中等及以上沖擊危險(xiǎn)為主，尤其是在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域、斷層煤柱區(qū)域及高位頂板礫巖活動(dòng)期間沖擊危險(xiǎn)性較高。

經(jīng)中煤科工集團(tuán)重慶研究院鑒定現(xiàn)開采的3下煤層，自燃傾向性為Ⅱ類，最短自然發(fā)火期63 d，自然發(fā)火嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。

2 防火困難分析

（1）深井巷道壓力大，造成部分密閉壓裂，為采空區(qū)漏風(fēng)供氧提供條件。

（2）采煤工作面沿空采煤，掘進(jìn)工作面沿空掘進(jìn)，與采空區(qū)只有6 m隔離煤柱，煤柱很容易壓裂，形成漏風(fēng)供氧通道。

（3）采用放頂煤工藝，上下端頭放煤不徹底，丟下大量遺浮煤，采空區(qū)遺煤容易自燃。

（4）受沖擊地壓及產(chǎn)量限制，工作面推采速度慢。正常情況下，工作面月推采40 m 以下，防火壓力非常大，限產(chǎn)后工作面月推采速度低于30 m。

（5）經(jīng)中煤科工集團(tuán)重慶研究院鑒定，滕東煤礦煤層自燃傾向Ⅱ類，自然發(fā)火期63 d。 由于自然發(fā)火鑒定在實(shí)驗(yàn)室鑒定，鑒定溫度從25 ℃開始升溫，而滕東煤礦現(xiàn)采面煤層溫度達(dá)40.4 ℃，自然發(fā)火期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于63 d。

（6）礦山壓力大，使得上下順槽過風(fēng)斷面變小，風(fēng)阻變大。同時(shí)礦山壓力使得工作面超前應(yīng)力集中區(qū)的煤體破碎，延長了煤體預(yù)氧化時(shí)間，增加了采空區(qū)自然發(fā)火的概率。

3 防火研究

（1）根據(jù)重慶煤科院《煤樣升溫氧化試驗(yàn)結(jié)果》，為了實(shí)現(xiàn)自燃火災(zāi)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，研究建立了四級預(yù)報(bào)體系。當(dāng)采煤工作面回風(fēng)流或密閉內(nèi)外的溫度超過35 ℃時(shí)，進(jìn)行CO 濃度測定；當(dāng)CO 增量濃度達(dá)10 ppm 時(shí)，說明熱源溫度已達(dá)70 ℃以上，此時(shí)發(fā)出早期預(yù)報(bào)，以便做好思想和物資準(zhǔn)備；當(dāng)乙烯濃度達(dá)1 ppm 時(shí)，證明熱源溫度將接近臨界值，此時(shí)發(fā)出中期預(yù)報(bào)，要求迅速制定滅火措施，控制火情發(fā)展；當(dāng)烷烯比值達(dá)到3 時(shí)，說明熱源溫度已達(dá)到臨界溫度，已處于加速氧化期，此時(shí)發(fā)出后期預(yù)報(bào)，通知有關(guān)部門立即采取果斷措施，撲滅熱源；當(dāng)烷烯比值等于1 時(shí)發(fā)出緊急預(yù)報(bào)，在無把握準(zhǔn)確找到熱源的情況下，須果斷封閉火區(qū)。

（2）開展采煤工作面自然發(fā)火“三帶觀測”，得出自燃帶為40～80 m 結(jié)論，為推采速度與防火關(guān)系提供理論數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)施采空區(qū)探溫技術(shù)，提高自然發(fā)火預(yù)測的準(zhǔn)確性。在工作面兩巷預(yù)埋DN50 管路，高度1.5 m，隨推采進(jìn)入采空區(qū)，每隔一段距離進(jìn)行測溫1 次，定期監(jiān)測采空區(qū)溫度變化，根據(jù)溫度變化情況及時(shí)采取有效措施。

4 防火措施及對策

（1）加強(qiáng)氣體檢測，提前預(yù)測自然發(fā)火隱患。利用KJ90X 監(jiān)控系統(tǒng)，24 h 實(shí)時(shí)監(jiān)測工作面回風(fēng)隅角、回風(fēng)巷回風(fēng)流的氣體變化，重點(diǎn)監(jiān)測、掌握一氧化碳、瓦斯、溫度變化。對工作面回風(fēng)隅角、工作面回風(fēng)流及可能積熱著火的地點(diǎn)人工取樣檢測，每周取樣2 次，出現(xiàn)發(fā)火征兆及時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)。

（2）加強(qiáng)井下通防設(shè)施巡查，確保井下風(fēng)門、調(diào)節(jié)風(fēng)窗完好，確保工作面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。每10 d 對3下115 工作面全面測風(fēng)一次，及時(shí)掌握工作面的風(fēng)速、風(fēng)量、溫度情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

（3）根據(jù)工作面的地質(zhì)條件精采細(xì)放，適當(dāng)加快推采速度，對工作面兩巷、架前、架間能人工回收的浮煤及時(shí)清理至底板，不能回收的浮煤及時(shí)灑水澆透。

（4）工作面機(jī)頭、機(jī)尾鋪網(wǎng)段要剪網(wǎng)放煤，對兩巷不散頭、不變形、能用退錨機(jī)退錨的錨索及時(shí)退錨。

（5）工作面兩巷隅角懸掛好擋風(fēng)簾（采用阻燃材料）,機(jī)頭掛設(shè)2 道，機(jī)尾掛設(shè)1 道。擋風(fēng)簾要能覆蓋機(jī)頭、機(jī)尾全斷面，隨工作面推采留在采空區(qū)內(nèi)。

（6）工作面每推采20 m，在上下兩巷隅角各砌筑1 道擋風(fēng)隔離墻。擋風(fēng)隔離墻使用碎煤和快速壘砌材料施工。

（7）工作面機(jī)頭、機(jī)尾老塘側(cè)擋風(fēng)簾以里安裝1 道2 個(gè)噴頭的噴霧簾，噴霧方向面向老塘煤堆，24 h 開啟，以便淋濕落煤。

（8）如工作面氣體濃度升高，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要決定是否采取向采空區(qū)壓注液態(tài)CO2的措施。

5 結(jié) 論

根據(jù)《煤樣升溫氧化試驗(yàn)結(jié)果》，建立了四級預(yù)報(bào)體系，提出了防火對策措施并嚴(yán)格實(shí)施，確保了滕東煤礦綜放工作面在月推采30 m 左右的情況下防火形勢的穩(wěn)定，保證了綜放工作面的安全開采。