防瓦斯、防滅火技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

常 江

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司晉華宮礦安監(jiān)站，山西 大同 037000)

引 言

煤炭資源目前仍是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展過(guò)程中無(wú)法替代的一次能源?，F(xiàn)有正開采的煤礦中存在很多高瓦斯厚煤層煤礦，具有自燃性且自燃周期短的特點(diǎn)。針對(duì)此類型煤礦，一般采用綜采放頂煤技術(shù)進(jìn)行開采和挖掘[1]。綜采放頂煤技術(shù)具備很多優(yōu)勢(shì)，如開采成本低、開采效率高、巷道掘進(jìn)量小、單產(chǎn)能力大、對(duì)煤層適應(yīng)能力強(qiáng)等，因此得到廣泛應(yīng)用。但由于煤礦為厚煤層，貯藏著大量瓦斯氣體，在開采過(guò)程中，由于一次性開采體量大，會(huì)導(dǎo)致瓦斯大量涌出，同時(shí)采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致綜采工作面防治瓦斯和防滅火的危險(xiǎn)度和難度大幅增加[2]。因此，非常有必要對(duì)高瓦斯易自燃煤層工作面防瓦斯防滅火技術(shù)進(jìn)行研究。

針對(duì)工作面基于綜采放頂煤技術(shù)開采產(chǎn)生的上述問(wèn)題，本文對(duì)工作面回采不同階段的防瓦斯、防滅火技術(shù)展開了針對(duì)性深入研究，建立了一套可應(yīng)對(duì)回采不同階段的防瓦斯、防滅火技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全生產(chǎn)。

1 工作面瓦斯、火災(zāi)事故發(fā)生影響因素分析

1.1 火災(zāi)事故影響因素分析

煤礦綜采工作面火災(zāi)事故發(fā)生的原因包括外因和內(nèi)因兩個(gè)方面。

1)外因：包括人為因素和設(shè)備因素兩個(gè)方面。人為因素主要是指工作人員的違規(guī)操作造成的火災(zāi)；設(shè)備因素是指井下機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因故障產(chǎn)生火花造成的火災(zāi)；

2)內(nèi)因：主要是指煤炭自燃現(xiàn)象。礦井煤層吸收一定量的氧氣會(huì)使井下溫度逐漸聚集并保持在很高水平，當(dāng)達(dá)到煤炭自燃點(diǎn)時(shí)，如若不及時(shí)治理，便會(huì)發(fā)生火災(zāi)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料發(fā)現(xiàn)，因外因造成的火災(zāi)比例較小，但仍需重視防止此類情況發(fā)生；而因內(nèi)因造成的火災(zāi)要占到90%以上，而且主要發(fā)生在采空區(qū)。

1.2 瓦斯事故影響因素分析

井下工作面瓦斯大量積累主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面[3]：

1)瓦斯預(yù)先抽放時(shí)間短，雖然一定程度上降低了瓦斯的壓力和含量，但煤體瓦斯總體含量仍然高，仍會(huì)涌出大量瓦斯；

2)回撤期瓦斯涌出量大，與正常采煤期相比還要高，回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍黾?，特別是上隅角瓦斯?jié)舛让黠@增加。

2 防治瓦斯和防滅火主要技術(shù)和措施分析

高瓦斯易自燃厚煤層環(huán)境下，工作面瓦斯治理和防滅火之間存在一定的矛盾。瓦斯治理要求進(jìn)行瓦斯抽采以及加強(qiáng)通風(fēng)，而防治火災(zāi)要求減少采空區(qū)漏風(fēng)，防止井下溫度達(dá)到自燃點(diǎn)，因此必須統(tǒng)籌兼顧好瓦斯治理和防滅火措施。

2.1 回采初期防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

利用高抽巷進(jìn)行瓦斯抽采，調(diào)整高抽巷瓦斯抽采流量，可降低工作面回采過(guò)程中的瓦斯?jié)舛?，同時(shí)減少采空區(qū)漏風(fēng)。

在工作面通過(guò)地面固定式灌漿站集中灌漿。灌漿的主要工作流程框圖，如圖1所示。

圖1 灌漿主要工作流程框圖

灌漿流程為：將定量的黃泥進(jìn)行粉碎過(guò)篩，經(jīng)膠帶輸送機(jī)將其運(yùn)送到膠體制備機(jī)，然后通過(guò)濾漿機(jī)將其制成濃度范圍在1：4～1：2之間的黃泥漿，并運(yùn)送到緩沖池中，通過(guò)泥漿泵和注漿管道輸送至防滅火地點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)灌漿防滅火，可在工作面每隔50 m鋪設(shè)一組灌漿管。

2.2 回采中期防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

2.2.1 對(duì)工作面上下隅角進(jìn)行封堵

如圖2所示，為工作面上下隅角位置圖。上下隅角之間存在風(fēng)力壓差，容易造成采空區(qū)漏風(fēng)情況發(fā)生。因此，對(duì)于工作面的上下隅角必須進(jìn)行封堵。上下隅角采用隔段封堵方式，這樣可以縮小氧氣覆蓋的范圍，減小氧化帶范圍。

圖2 工作面上下隅角示意圖

封堵方式：采用袋子墻封堵方式，將袋子墻堆砌工作面上下隅角的端頭支架后部。袋子墻阻燃防爆、密封性能好、施工快、經(jīng)濟(jì)適用，而且當(dāng)頂板有壓力時(shí)，壓力越大密封性能越好。

2.2.2 注入凝膠形成隔離帶

在工作面支架后注凝膠：凝膠可以封堵煤層縫隙，阻斷空氣流動(dòng)，同時(shí)凝膠可吸收采空區(qū)遺煤表面產(chǎn)生的熱量，抑制煤層溫度的升高。注凝膠工藝流程示意圖，如圖3所示。

圖3 注凝膠工藝流程

2.2.3 注氮惰化采空區(qū)

現(xiàn)場(chǎng)采用移動(dòng)式膜分離制氮設(shè)備進(jìn)行氮?dú)馍a(chǎn)，同時(shí)通過(guò)Ф108無(wú)縫鋼管將氮?dú)膺\(yùn)輸?shù)焦ぷ髅妗Ｔ诰C采工作面，沿傾斜方向每隔15 m～20 m鋪設(shè)1趟注氮花管，貫通整個(gè)綜采面?；夭善陂g，注氮周期為間隔4 h一次。如果要進(jìn)行停產(chǎn)檢修，那么需要24 h不間斷注氮。

2.2.4 噴灑阻化劑系統(tǒng)。

采用移動(dòng)式噴射泵來(lái)噴灑阻化劑。將阻化劑通過(guò)Φ13高壓膠管運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?，并需要每天用其噴灑端頭。

2.2.5 灌注三相泡沫

灌注三相泡沫時(shí)可不需要安裝新的運(yùn)輸系統(tǒng)，可采用原有灌漿運(yùn)輸系統(tǒng)將其直接運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅妫竭_(dá)工作面后，需在注漿管路上安裝發(fā)泡器，并與注氮管路連接，使氮?dú)馀c漿液充分發(fā)泡后灌注至采空區(qū)。

2.2.6 建立監(jiān)測(cè)監(jiān)控和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

在膠帶順槽、膠帶順槽與煤壁之間、回風(fēng)隅角等關(guān)鍵部位分別安裝CO傳感器、CH4傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器，利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，使其傳到調(diào)度指揮中心，進(jìn)行預(yù)警。

2.3 回采末期和回撤期間防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

1)加強(qiáng)灑水。這個(gè)階段需要進(jìn)一步通過(guò)加強(qiáng)灑水來(lái)對(duì)順槽端部的遺煤進(jìn)行潤(rùn)濕，抑制煤體的氧化速率。

2)增強(qiáng)監(jiān)控功能。在回采末期和支架回撤期間，通過(guò)各類傳感器要實(shí)時(shí)對(duì)工作面采空區(qū)的空氣參數(shù)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3)風(fēng)量調(diào)節(jié)?；夭山Y(jié)束之后，將風(fēng)量調(diào)節(jié)到800 m3/min左右，并維持不變，支架回撤成為掩護(hù)架之后，作業(yè)面應(yīng)當(dāng)采取軌道順槽局部供風(fēng)。

4)注凝膠。在支架回撤之后，作業(yè)面頂板塌落會(huì)有碎煤掉落并成為遺煤，應(yīng)立刻注入凝膠。

2.4 回采后封閉期防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

對(duì)于回采后封閉期，為防止采空區(qū)發(fā)生自燃性火災(zāi)：

1)可采用移動(dòng)式液態(tài)CO2防滅火裝置直接灌注到易發(fā)生火災(zāi)地點(diǎn)。CO2防滅火措施可采用兩種注入方式：地面液態(tài)CO2壓注滅火方式和井下移動(dòng)式壓注滅火方式[3]。

2)對(duì)工作面氣體進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)。采空區(qū)封閉之后，要定時(shí)采集束管及密閉內(nèi)外的樣品進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)采空區(qū)內(nèi)部氣體的狀態(tài)變化做到心中有數(shù)。

3)對(duì)采空區(qū)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。利用感溫光纜或者相關(guān)溫度檢測(cè)設(shè)備對(duì)采空區(qū)的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)溫度的變化情況采取針對(duì)性的措施。

3 實(shí)際防治效果總結(jié)與分析

上述各項(xiàng)防治技術(shù)和措施均已應(yīng)用到綜采工作面。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的防治之后，在綜采過(guò)程中，通過(guò)對(duì)采空區(qū)氣體采樣分析發(fā)現(xiàn)，袋子墻內(nèi)、上隅角采空區(qū)、采空區(qū)CO濃度均有顯著下降，有效阻止了采空區(qū)遺煤進(jìn)一步氧化升溫，同時(shí)在防治期間采空區(qū)煤炭并沒(méi)有發(fā)生自燃情況，表明所提出的技術(shù)和措施科學(xué)有效，具有較好的防滅火效果，為以后其他煤層綜采防滅火、防瓦斯提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)高瓦斯易自燃厚煤層煤礦采用綜采放頂煤工藝后存在的諸多缺點(diǎn)與不足，根據(jù)綜采面不同回采階段的特點(diǎn)，即回采初期、回采中期、回采末期和回撤期、回采后封閉期，對(duì)防瓦斯、防滅火技術(shù)進(jìn)行了深入探討，并給出具體的、科學(xué)的、合理的、有效的防瓦斯、防滅火技術(shù)。目前，防滅火技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行與應(yīng)用，減小了煤礦火災(zāi)的發(fā)生率，其而且成本低廉、防火效果明顯，值得廣泛應(yīng)用。