綜合防滅火技術(shù)在采空區(qū)中的應(yīng)用

王利文

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)，山西 霍州 031400）

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)三交河煤礦203工作面位于井下+850水平南翼，工作面上部為2-314工作面（底板標(biāo)高+1 080～+1 089 m）、2-504工作面（底板標(biāo)高+1 083～+1 117 m）、2-502工作面 （底板標(biāo)高+1 080～+1 116 m），工作面與上部2#煤層采空區(qū)層間距98～102 m。

203工作面走向長(zhǎng)度1 415 m，傾向長(zhǎng)度241 m。工作面回采煤層為10#煤層，其平均厚度2.2 m，平均傾角為3°； 采用綜合機(jī)械化回采工藝，工作面采用MG2×200/930-WD 型雙滾筒采煤機(jī)割煤，采用ZF/15000/27.5/42支架進(jìn)行頂板支護(hù)，采用PF6/ 1142型刮板輸送機(jī)進(jìn)行煤矸運(yùn)輸。

截止目前203工作面已回采至里程牌240 m。由于受工作面回采工藝影響，采空區(qū)內(nèi)遺煤量大，受采空區(qū)漏風(fēng)影響，在回采期間出現(xiàn)煤層自燃現(xiàn)象，采空區(qū)內(nèi)最大CO濃度為0.004 7%，嚴(yán)重威脅工作面生產(chǎn)。

2 綜合防滅火技術(shù)措施

為了保證工作面回采施工安全，通過(guò)技術(shù)研究，決定對(duì)203工作面后期回采期間采空區(qū)采取“噴灑阻化劑+注氮”綜合防滅火技術(shù)。

2.1 噴灑阻化劑

（1）阻化劑防滅火原理

阻化劑防滅火主要是利用可以有效阻止煤層自燃的化學(xué)溶劑噴灑在采空區(qū)煤層表面上，在水分以及氧氣氧化作用下，在煤體表面形成一層隔絕氧薄膜，從而起到杜絕煤體氧化作用；同時(shí)阻化劑在形成隔膜期間大量吸收空氣水分，確保被隔絕的煤體長(zhǎng)期處于低潮濕狀態(tài)，而且阻化劑在吸收水分時(shí)處于吸熱狀態(tài)，對(duì)煤體起到降溫作用，從而達(dá)到了抑制煤層自燃、延長(zhǎng)自然發(fā)火期的目的。

（2）阻化劑噴灑設(shè)備及化學(xué)材料

①設(shè)備：采用BH-160/12.5-G型往復(fù)式拉桿泵進(jìn)行采空區(qū)阻化劑噴灑施工，配套一根Φ為10 mm的輸送軟管以及一根Φ為13 mm鋼管，以及閘閥、噴槍、壓力表、流量計(jì)等壓注設(shè)備，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 BH-160/12.5 -G型往復(fù)式拉桿泵阻化劑噴灑設(shè)備技術(shù)參數(shù)

②化學(xué)材料：為了降低成本費(fèi)用以及減小對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，決定采用MgCl2與水配比溶液作為阻化劑。根據(jù)氯化鎂在水中的溶解度，結(jié)合霧化效果及阻化效果等因素，確定氯化鎂和水的配比為1:30，結(jié)合203工作面煤層特點(diǎn)，初步確定選用15%的濃度。

③阻化劑防滅火工藝：a、203工作面采取人工噴灑阻化劑的方式對(duì)采空區(qū)及頭尾端頭的遺煤進(jìn)行阻化劑噴灑，在綜采工作面頭、中、尾各安設(shè)一組噴頭，用Φ10 mm的高壓膠管連接至阻化泵，將阻化劑噴灑后從采空區(qū)漏風(fēng)通道隨風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，從而達(dá)到墮化采空區(qū)浮煤、防治浮煤自燃發(fā)火的目的；b、在工作面初采階段或者結(jié)采期間，受地質(zhì)條件、工藝等影響，回采速度相對(duì)較慢時(shí)，應(yīng)采用噴槍人工近距離對(duì)回風(fēng)隅角、架后10 m范圍內(nèi)等重點(diǎn)容易發(fā)火區(qū)進(jìn)行噴灑阻化劑，每天一次，達(dá)到抑制煤層自燃的效果。

2.2 注淡施工

（1）氮?dú)夥罍缁饳C(jī)理

采空區(qū)注入氮?dú)夂笤黾恿瞬煽諈^(qū)靜壓作用，采空區(qū)與工作面氣壓差減小，減少采空區(qū)漏風(fēng)量，從而降低了采空區(qū)內(nèi)煤體與氧氣接觸機(jī)會(huì)；同時(shí)采空區(qū)內(nèi)注入氮?dú)夂笤谶M(jìn)入煤體裂隙過(guò)程中，減少了煤體對(duì)空氣的吸附量，降低了煤體氧化現(xiàn)象，氮?dú)膺M(jìn)入煤體后可對(duì)煤體進(jìn)行吸熱，減緩了煤體升溫速度，以及降低周?chē)橘|(zhì)溫度，破壞了煤體氧化升溫條件，避免了煤體氧化自燃現(xiàn)象。

（2）注氮設(shè)備

203工作面采用DTG-1500/6.5型變壓吸附固定式碳分子篩制氮機(jī)組進(jìn)行注氮施工，注氮壓力為0.65 MPa，采用DN250無(wú)縫鋼管作為輸?shù)鞴苈?，長(zhǎng)度為1 800 m； 采用DN100無(wú)縫鋼管作為輸?shù)Ч苈?，長(zhǎng)度為2 400 m。

（3）注氮工藝

①在工作面的輔運(yùn)順槽內(nèi)鋪設(shè)一趟DN100注氮管路，每60 m預(yù)留1個(gè)三通閥門(mén)，在每條聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)安裝上下兩趟分支管路，分支管路間距為1.2 m，分支管路與DN100注氮管路采用角閥絲扣連接。

圖1 203工作面采空區(qū)注氮管路鋪設(shè)平面

②工作面在回采前對(duì)所有聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行密閉，并關(guān)閉注氮管路閥門(mén)；當(dāng)工作面逐漸推進(jìn)，第一個(gè)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采空區(qū)10～15 m后及時(shí)打開(kāi)注氮管路閥門(mén)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注氮施工；當(dāng)工作面回采至第二個(gè)聯(lián)絡(luò)巷時(shí)拆開(kāi)第一個(gè)聯(lián)絡(luò)巷注氮管路，打開(kāi)第二個(gè)聯(lián)絡(luò)巷注氮管路，以此類推直至工作面回采結(jié)束，見(jiàn)圖2。

3 火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)

（1）設(shè)備組成：束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)型號(hào)為SG-2003，該系統(tǒng)主要由粉塵過(guò)濾系統(tǒng)、束管采樣器、集控器、氣體采樣控制器、主機(jī)、抽氣泵、礦用色譜儀、系統(tǒng)軟件等部分組成。

（2）設(shè)備技術(shù)參數(shù)：該設(shè)備寬×高×深為0.6 m×0.45 m×0.45 m，額定電壓為200 V，功率為2.1 kW，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 SG-2003束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

3.2 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置

203工作面共計(jì)布置四個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置一個(gè)束管采樣器，1#測(cè)點(diǎn)布置在回風(fēng)隅角處，隨工作面開(kāi)采而移動(dòng)，監(jiān)測(cè)氣體組份和濃度；2#、3#、4#三個(gè)測(cè)點(diǎn)布置回風(fēng)順槽側(cè)，間距為20 m，隨著工作面不斷推進(jìn)三個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)，可對(duì)采空區(qū)0～60 m范圍內(nèi)有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，見(jiàn)圖2。

圖2 SG-2003束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置

3.3 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

（1）預(yù)報(bào)功能：該系統(tǒng)可通過(guò)監(jiān)測(cè)的各組分濃度、烷烯比、鏈烯比的計(jì)算以及氣體含量在一段時(shí)間內(nèi)變化情況，及時(shí)準(zhǔn)確的反映采空區(qū)高溫及火源溫度變化情況，進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)程度判別。

（2）自動(dòng)控制功能：該系統(tǒng)中氣體采樣控制器可對(duì)多個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)巡回采樣，并對(duì)氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，同時(shí)將分析結(jié)果上傳至主機(jī)系統(tǒng)中，通過(guò)系統(tǒng)軟件計(jì)算出煤層自燃情況，并發(fā)出警報(bào)。

（3）存儲(chǔ)報(bào)表功能：該系統(tǒng)可對(duì)數(shù)據(jù)保存十年以上，為防滅火提供各種數(shù)據(jù)；同時(shí)該系統(tǒng)具有報(bào)表、曲線、儲(chǔ)存、打印功能，并能夠以報(bào)表的形式供參考分析。

4 結(jié)語(yǔ)

2019年7月對(duì)三交河煤礦203工作面采空區(qū)采取“噴灑阻化劑+注氮”綜合防滅火技術(shù)，通過(guò)采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)發(fā)火現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)6個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，采取綜合防滅火技術(shù)措施后，203工作面后期回采過(guò)程中采空區(qū)內(nèi)CO濃度控制在0.001 5%以下，消除了采空區(qū)煤層自燃隱患，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應(yīng)用成效。