淺析玉川煤礦易自燃煤層采空區(qū)防滅火技術(shù)

張寶琴，王振芳，曹二雄

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)與煤炭學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古伊東煤炭集團，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017100)

許多相關(guān)數(shù)據(jù)表明,采空區(qū)是井下發(fā)生自燃著火危險最高的地方,采空區(qū)冒落帶,一般都會留存許多比較松散的遺留煤渣,再者由于井下漏風(fēng)情況嚴(yán)重,使得這些松散的遺留煤渣非常容易和井下采空區(qū)漏風(fēng)流中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)性的氧化反應(yīng),進而可能造成井下采空區(qū)出現(xiàn)自燃著火的現(xiàn)象。采空區(qū)自燃發(fā)火位置主要是集中于其內(nèi)部的漏風(fēng)通道,例如：出入口或進回風(fēng)巷道內(nèi)側(cè)、開切眼、聯(lián)絡(luò)巷、停采線等。這對煤礦的安全生產(chǎn)、工作人員的生命安全和財產(chǎn)安全造成了極大地威脅。

1 礦井概況

玉川煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)東南方向約32km,歸屬于準(zhǔn)格爾煤田南部詳查區(qū)北部。該礦井為低沼氣煤礦,其中的煤塵對該地區(qū)具有高度爆炸的危險性,根據(jù)該地區(qū)燃點檢測結(jié)果顯示△T0值為91℃,煤層的自燃傾向性等級為易自燃的煤層。

2 防滅火措施的制定

在我國煤炭行業(yè)安全技術(shù)規(guī)程中表明:“在開采容易發(fā)生自燃和含有自燃可能性的煤層,須采取綜合性預(yù)防煤層自燃著火的措施”“在煤炭行業(yè)開采容易發(fā)生自燃和含有自燃可能性的煤層時,必須對采空區(qū)、突出和冒落孔洞等的空隙進行一次預(yù)防性灌漿或全部進行充填、灑阻化劑、注砼、混凝土、注固態(tài)氣體、均壓等控制措施”。依據(jù)我國相關(guān)規(guī)定及其他有關(guān)政策規(guī)范要求:“當(dāng)所有開采煤礦井為容易發(fā)生自燃或者使用放頂煤進行開采自燃煤層的一種煤礦,必須設(shè)計以灌漿為主的兩種以上的綜合防滅火措施,否則不予開采”。地質(zhì)學(xué)報告顯示,本次回采礦井內(nèi)各個煤層都比較容易出現(xiàn)發(fā)生安全自燃的現(xiàn)象,回采工作面上也存在著許多容易發(fā)生安全自燃的著火隱患,礦井需要想辦法進行安全回采,防止其滅火的應(yīng)對措施更是重中之重。這就要求我們在生產(chǎn)的過程中一定要使用可執(zhí)行性強且有較好效果的綜合防火治理技術(shù)。

秉持預(yù)防為主的理念，本礦井確定采用防滅火方式主要是灌漿，結(jié)合注氮防滅火和噴灑阻化劑的綜合防滅火措施，保證了煤礦的安全生產(chǎn)、工作人員的生命安全和財產(chǎn)安全。

3 防滅火措施的實施

3.1 灌漿防滅火

目前,我國大多數(shù)存在著自燃發(fā)火風(fēng)險的采空區(qū)煤體礦井中,基本上所采用的都是灌注泥漿防滅火技術(shù),其主要原因是通過泥漿吸收熱量來降低溫度,且泥漿可以對采空區(qū)煤體進行覆蓋和包裹,從而達到隔絕氧氣的作用,實踐證明該技術(shù)可極大地提高采空區(qū)防滅火效果,故已成為預(yù)防內(nèi)因火災(zāi)所采取的主要措施。

如今我國預(yù)防煤炭自燃的方法有很多種，其中使用比較普遍且卓有成效的一種是預(yù)防性灌漿，所用材料主要分布在水源相對比較多的地帶，其中應(yīng)用較多的是以黃土作為注漿材料，漿液的土水比為1∶3-1∶7。灌漿系統(tǒng)種類繁多，其中埋藏煤層深、礦井灌漿量需求量大、運輸灌漿材料距離長的礦井比較適合采用集中式灌漿。本礦井符合上述條件，主要表現(xiàn)在煤層生產(chǎn)能力強，首采煤層采用綜采一次采全高工藝，灌漿量比較大，為了縮小占地面積并減少支出，并站在方便灌漿及易于管理的角度上，所以確定采用集中灌漿系統(tǒng)，灌漿站設(shè)置在風(fēng)井場地內(nèi)。

根據(jù)本井田地貌優(yōu)勢，設(shè)計選用黃泥作為灌漿防滅火材料。把泥、水按1∶5的比例混合制成泥漿，利用泥漿泵順著給定的管道將泥漿輸送到井下，再經(jīng)專用的超高分子聚乙烯灌漿引管向采空區(qū)或火區(qū)進行灌注，沉積沉淀在礦石上的泥漿會由于滲透作用及附著性，遍布采空區(qū)的浮煤及礦柱龜裂中，從而隔絕空氣，抑制礦石發(fā)生氧化。亦提高了采空區(qū)密閉的封閉性，降低了漏風(fēng)。隨著泥漿中水分的不斷蒸發(fā)，增加了灌漿區(qū)的濕度，抑制了礦石水分蒸發(fā)。因此達到了消滅和預(yù)防礦井火災(zāi)的目的。

灌漿系統(tǒng)應(yīng)從灌漿站出發(fā)，通過回風(fēng)立井至首采煤層鋪設(shè)注漿管路，主管路沿井下回風(fēng)大巷鋪設(shè)，最后到達綜采工作面。采用的注漿方法為采灌結(jié)合，注漿后要求在采空區(qū)底板形成5cm左右的泥漿層以預(yù)防浮煤發(fā)火。

3.2 注氮防滅火

依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定和我國制氮設(shè)備能力及其他礦井氮氣防滅火的成功經(jīng)驗，本礦井自身的氮氣不僅可用作預(yù)防性注氮,還可以通過注氮方式進行滅火。日常生產(chǎn)中可以根據(jù)實際情況適當(dāng)?shù)剡M行一些預(yù)防性的注氮,當(dāng)火災(zāi)征兆出現(xiàn)時進行持續(xù)性注氮,直至征兆完全排除為止。同時在井上下建立完善的安全防滅火及自動化監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2.1 預(yù)防性注氮。為了節(jié)約注氮時過大的消耗鋼材，在設(shè)計工作面采空區(qū)防火措施時，優(yōu)先使用拖管注氮工藝這項先進技術(shù)。注氮工作方式為：工作面進行正常回采時，使用方式為間斷式注氮，當(dāng)傳感器監(jiān)測到有發(fā)火征兆隱患時立即進行注氮操作。在工作面運輸順槽一側(cè)順著采空區(qū)埋設(shè)相應(yīng)長度的注氮鋼管至要求深度，然后利用順槽回柱絞車牽引移動注氮管，使之隨工作面的移動而移動。

用絲扣將5節(jié)共10m長的Φ89×4.5地質(zhì)鉆桿與管道進行了連接,然后順著運輸?shù)捻槻蹖@桿和管路架設(shè)在至于工作面的下隅角,當(dāng)于工作面開始有序地往前推進時,采空區(qū)便將各個管路逐步埋入,采空區(qū)所需要埋入的管路長度一般應(yīng)保持在15m～35m的范圍內(nèi),方便拉管。為了有效防止碎氮氣碎物太多,造成采空區(qū)域出氮氣管道堵塞,可以在距離采空區(qū)出氮氣管道2m以內(nèi)的一個鉆桿上多次地鉆上些微細洞,讓這些氮氣能夠在管內(nèi)順暢地流動。當(dāng)一個工作面有出現(xiàn)火災(zāi)的征兆，把在采空區(qū)內(nèi)部分埋入的鉆桿移動至距切頂線15m處,再用20m長的橡膠軟管將鉆桿連接到一條順槽式管路,接著開始灌注氮。伴隨著工作面的快速推進,當(dāng)鉆桿所在氮口位于距離工作面切頂線35m左右時,切斷多余的氮氣,拔掉一條橡膠軟管,將鉆桿用絞車再次拉至離切頂線15m左右處,連接好的橡膠軟管后再繼續(xù)向下注氮,如此循環(huán)往復(fù),直至把一個沒有發(fā)生火災(zāi)等征兆的范圍全部甩入采空區(qū)域或者窒息地帶之中為止。

3.2.2 滅火性注氮。主要采用鉆孔注氮、插管注氮和墻內(nèi)注氮幾種方式。鉆孔注氮是指在施注位置附近巷道通過鉆孔方式向井下著火區(qū)或火災(zāi)隱患區(qū)灌注氮氣。插管注氮是針對在工作面的起、停采線或巷道高冒頂發(fā)生火災(zāi)時，直接向火源點插管灌注氮氣的滅火方式。墻內(nèi)注氮是指利用在防火墻上預(yù)先安裝好的注氮管向有火區(qū)或存在火災(zāi)隱患的地方灌注氮氣。

3.3 噴灑阻化劑防滅火

阻化劑防滅火技術(shù)是目前國內(nèi)外正在積極引入并推廣的一種預(yù)防煤層自燃的全新技術(shù)方法,它為我國在少土、缺水地區(qū)開展煤礦井下預(yù)防滅火工作的開展起到了重要作用。阻化劑防滅火技術(shù)的主要優(yōu)點之處在于:技術(shù)上遠遠領(lǐng)先其他的防滅火技術(shù)、工藝簡單、經(jīng)濟性好。阻化劑的來源比較廣泛、且阻化率都比較高、物美價廉。針對本礦井水資源嚴(yán)重缺乏的情況和現(xiàn)狀,并綜合考量降低環(huán)境污染的可能性,尤其適宜采用阻化劑式防滅火系統(tǒng)。本礦設(shè)計選用工業(yè)氯化鈣(CaCl2·5H2O)作為礦井防滅火阻化劑，其優(yōu)點是阻化效果比較好、貨源相對充裕、運輸倉儲方便、對井下裝置和其他金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕性小,對身體健康無害。根據(jù)實際需要通過輸送膠管從噴射泵接到防滅火的處理地點，并與封孔器和噴嘴相連接。電機啟動后，噴射泵將啟動壓注和噴灑程序?qū)崿F(xiàn)滅火操作。

4 結(jié)束語

針對玉川礦煤層具有自燃發(fā)火傾向性的特點，采取了以灌漿為主，同時輔以注氮氣和阻化劑等綜合防滅火方法，可以防止采空區(qū)遺煤的自燃，采用綜合防治技術(shù)措施卓有成效，從礦井投產(chǎn)至今，從未發(fā)生礦井火災(zāi)事故，這為礦井安全生產(chǎn)提供了保障。