綜放工作面采空區(qū)火源探測及綜合治理技術

冀愛仙

(山西省煤炭職業(yè)中等專業(yè)學校，山西 太原 030006)

在我國煤礦火災中，采空區(qū)遺煤火、煤田火是主要的類型，其中采空區(qū)遺煤火在各大礦區(qū)均有發(fā)生。由于其發(fā)火位置具有隱蔽性，發(fā)火前期并不能被人所發(fā)現(xiàn)，這樣就增加了采空區(qū)火源治理的難度。目前單一的防滅火措施治理采空區(qū)火源治理效果不佳，因此在采空區(qū)火源治理過程中要采用防治結(jié)合的綜合治理措施，才能確保良好的防治效果。

1 工程概況

口泉煤業(yè)位于山西省大同市，井田內(nèi)可采煤層為19-22合并煤層、25號煤層，其中19-22號煤厚12.99～26.52 m，平均22.10 m，主要采用綜采放頂煤回采工藝進行開采。8204工作面位于19-22號煤2盤區(qū)，煤層自燃等級Ⅱ級，屬于易自燃煤層，工作面煤厚13.4 m，推進長度640 m，傾向長度為148 m，設計采高3.4 m，放煤高度10 m。

由于工作面煤層較厚，采用放頂煤回采，導致大量遺煤進入采空區(qū)，加之工作面不可避免的存在著漏風，為采空區(qū)煤層自燃創(chuàng)造了良好的條件。在工作面回采過程中發(fā)現(xiàn)回風隅角CO含量集中在20～24×10-6之間，有時甚至超過規(guī)定值24×10-6，由此判斷8204工作面采空區(qū)遺煤可能已經(jīng)自燃，為了保證工作面安全回采，必須要對采空區(qū)遺煤自燃情況進行準確的探測并制定切實可行的防滅火措施。

2 采空區(qū)火源探測

2.1 探測方法選擇

有效治理采空區(qū)煤層自燃的關鍵就是要準確探測采空區(qū)著火位置，從而進行有針對性的防滅火工作。在火區(qū)探測過程中，最常用的方法為測氡法。在煤系地層中氡元素分布廣泛，由于煤炭開采形成了大量采空區(qū)，采空區(qū)覆巖受到采動影響發(fā)生垮落，產(chǎn)生了大量裂隙。采空區(qū)煤層一旦發(fā)生自燃，周圍溫度升高，氡將會從采空區(qū)煤巖體中析出，氡氣濃度出現(xiàn)異常，當濃度達到某一值時就會趨于穩(wěn)定，現(xiàn)場可以根據(jù)氡氣這一性質(zhì)進行采空區(qū)火區(qū)范圍確定。

2.2 探測結(jié)果分析

根據(jù)口泉煤業(yè)8204工作面現(xiàn)場開采情況，確定本次火區(qū)探測區(qū)域東西方向650 m，南北方向550 mm，測點距為15 m×15 m，共布置728個測點，探測面積35.75萬m2。由圖1可知，在8204工作面采空區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)溫度異常區(qū)域1處，高溫氧化區(qū)位于工作面切眼附近，溫度范圍100～200 ℃，火源趨勢由采空區(qū)東南方向西北方逐漸擴散，如不進行治理，會影響到礦井的安全開采。

圖1 測氡法火源探測結(jié)果

3 火源治理技術

3.1 注漿防滅火

根據(jù)探測結(jié)果，并結(jié)合口泉礦實際生產(chǎn)條件，確定在8204工作面切眼西北方側(cè)設置一道隔離墻，并向采空區(qū)火區(qū)進行注漿，用于防治火源蔓延對采掘工作的影響，具體技術參數(shù)如下：

1) 墻體厚度1.5 m，走向長度200 m。

2) 墻體采用無機速凝充填材料，與水溶液充分攪拌后5 min內(nèi)可實現(xiàn)凝結(jié)，2 h后強度可達到1.5 MPa以上。

3) 由8204工作面巷道向切眼附近采空區(qū)進行注漿，每隔20 m設置一個鉆場，共設置11個，鉆場內(nèi)鉆孔方位角為70～100°，孔徑75 mm，孔深50 m，鉆孔施工完成后，一次灌注一組鉆孔。

3.2 采空區(qū)噴灑阻化劑

1) 將裝有阻化劑液體的儲液箱和注液泵安裝在運輸巷平板車上，距離工作面50 m處，用輸液管路將阻化劑輸送到工作面進行噴灑。

2) 將20%濃度的工業(yè)CaCl2倒入儲液箱，用供水管路嚴格按比例加足清水，配成溶液攪拌均勻后，用BH-40/2.5型阻化劑噴射泵將阻化液輸送到工作面。

3) 一臺泵配一支噴槍，由專人手持噴槍，從溜子機頭向機尾從支架間隙向采空區(qū)噴灑，每間隔5組支架噴一次，每次噴灑至少6 min。正常回采期間每循環(huán)噴灑一次，安排在每循環(huán)結(jié)束后進行。如遇停產(chǎn)、過斷層、收尾等情況時，必須對采空區(qū)加大噴灑頻率。噴灑系統(tǒng)工藝如圖2所示。

圖2 移動式噴灑系統(tǒng)工藝

3.3 均壓防滅火

由于工作面與采空區(qū)存在壓差，導致回采過程中采空區(qū)漏風嚴重，也是煤層自燃的主要原因之一。為了緩解采空區(qū)漏風情況，工作面設置了均壓防滅火措施，在8204工作面輔運巷內(nèi)安裝風機，回風巷內(nèi)設置調(diào)節(jié)風窗，用來調(diào)節(jié)工作面風壓。該措施可以有效改變工作面內(nèi)部風壓，調(diào)節(jié)壓差，從而切實減小工作面漏風。

4 應用效果分析

為了檢驗8204工作面采空區(qū)防滅火效果，對采空區(qū)自燃情況進行了監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示。通過多項防滅火措施的實施，采空區(qū)CO濃度大幅度降低，由最初246×10-6%下降到了10×10-6%，并趨于穩(wěn)定，說明采空區(qū)遺煤自燃現(xiàn)象已經(jīng)得到了很好的控制。同時采空區(qū)氧氣濃度在實施防滅火措施7 d后出現(xiàn)了明顯下降，最終穩(wěn)定在2%左右，采空區(qū)溫度也由最初的25.3 ℃下降至11.2 ℃。所有標志采空區(qū)遺煤自燃的指標(CO、O2濃度、溫度)值均沒有出現(xiàn)反復，說明采空區(qū)遺煤自燃滅火后并未發(fā)生復燃現(xiàn)象，且隨工作面回采，采空區(qū)維持良好的狀態(tài)，有效抑制了遺煤自燃。

圖3 采空區(qū)CO濃度隨時間的變化

圖4 采空區(qū)O2濃度隨時間的變化

圖5 采空區(qū)溫度隨時間的變化

5 結(jié) 語

1) 采用測氡法對8204工作面采空區(qū)火源進行了探測，結(jié)果在采空區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)溫度異常區(qū)域1處，高溫氧化區(qū)位于工作面切眼附近，溫度范圍100～200 ℃，火源趨勢有采空區(qū)東南方向西北方逐漸擴散。

2) 結(jié)合火源探測結(jié)果，采用了多種防滅火措施的綜合治理技術， 經(jīng)過現(xiàn)場對采空區(qū)CO、O2濃度、溫度監(jiān)測，結(jié)果表明所有氣體及溫度都出現(xiàn)了明顯下降，并未出現(xiàn)反復的現(xiàn)象，進一步證明采空區(qū)火源得到有效控制。