深井高地溫自燃厚煤層采煤工作面智能化防滅火研究

張培亭

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 鄆城 274705）

趙樓煤礦隸屬于山東能源集團兗礦能源，坐落于菏澤市鄆城縣境內(nèi)，井田面積143 km2，生產(chǎn)能力330萬t/a，服務年限近60 a。2005年1月開工建設，2009 年12 月竣工投產(chǎn)。煤種以1/3 焦煤、氣肥煤、氣煤為主，局部為天然焦資源，主要產(chǎn)品為二號精煤和混煤，具有低灰、低硫、高粘結性等特點。

礦井采用立井開拓，在工業(yè)廣場設主井、副井、風井三個井筒。礦井開采水平為-860 m 水平，主要開采3 煤層。礦井布置2 個采煤工作面、8 個掘進工作面，井口標高+45 m，歷史最高洪水位+44.1 m。礦井為低瓦斯礦井，水文地質(zhì)類型為中等，沖擊傾向性鑒定結果為3 煤層及頂?shù)装寰哂腥鯖_擊傾向性。主要災害為沖擊地壓、自然發(fā)火、煤塵爆炸。

1 5304 工作面概況

5304 綜放工作面是五采區(qū)南翼第四個工作面，東鄰5303 采空區(qū)，北鄰南部2#回風大巷，南鄰五采區(qū)與七采區(qū)邊界，西部為設計的5305 工作面。工作面范圍內(nèi)整體寬緩褶曲發(fā)育，面內(nèi)煤層西南高、東北低，整體以NNE、NNW 向為主。基礎儲量：232.0 萬t，可采儲量：197.1 萬t，采用綜采放頂煤走向長壁采煤法。平均煤厚6.1 m。

2 煤層自然發(fā)火分析

趙樓煤礦3 煤自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬于自燃煤層，3 煤層最短自然發(fā)火期為55 d。正在回采的5304 綜放工作面在生產(chǎn)期間采空區(qū)遺煤易氧化蓄熱，受沖擊地壓影響，每月進尺不得超過72 m，工作面推進慢，容易向采空區(qū)漏風，如果防滅火措施落實不到位，容易發(fā)生自然發(fā)火，存在火災風險。所以依據(jù)目前安全形勢，采取一套符合趙樓煤礦實際的智能化綜合工作面防滅火工藝已迫在眉睫。

鑒于此，總結以往的經(jīng)驗緊密結合現(xiàn)代化的防滅火智能化設備，經(jīng)過多方綜合實踐論證，形成了深井高地溫自燃煤層限進尺采煤工作面智能化綜合防滅火工藝研究與實踐。該實踐有助于提高工作面回采時的防滅火安全系數(shù)，對于同類型下煤炭自燃火災的防治提出了新的思路和解決辦法。

3 綜合防滅火措施

3.1 通風和降溫系統(tǒng)動態(tài)管控

（1）工作面開采期間，通防工區(qū)通過定期測定風量，動態(tài)通風系統(tǒng)排查，調(diào)節(jié)通風設施，將工作面風量調(diào)整在2060～2265 m3/min，既能保證工作面良好的作業(yè)環(huán)境，也不至于因工作面風量過大導致向采空區(qū)漏風帶來煤層自然發(fā)火風險。

（2）工作面開采過程中，兩順槽利用安設局部通風機及空冷器，通過局部通風機、空冷器風流梯度降溫，由進風流25.2 ℃降至19.8 ℃，大幅度降低采煤工作面和回風流的風流溫度，對工作面和采空區(qū)的防滅火工作較為有利。

3.2 安全監(jiān)控傳感器24 h 可靠運行

（1）在工作面回風流距離回風流10～15 m 位置安設CO 傳感器，定期標校，日常加強維護，確保準確靈敏監(jiān)測到工作面氣體變化。如圖1。

圖1 5304 工作面回風一氧化碳傳感器數(shù)值變化圖

（2）在工作面回風流距離回風流10～15 m 位置安設溫度傳感器，定期標校，日常加強維護，確保準確靈敏監(jiān)測到工作面溫度變化。如圖2。

圖2 5304 工作面回風溫度傳感器數(shù)值變化圖

3.3 利用移動制氮機定期注氮防滅火

（1）將移動制氮機放置在5303 軌順聯(lián)絡巷頂板無淋水和底板平整地點。

（2）從南部1#輔運11#聯(lián)絡巷敷設350 m 長電纜至5303 軌順聯(lián)絡巷，在移動制氮機旁邊安設KBZ-400 饋電開關（編號：TJK-355）作為動力電源，完成移動制氮機的動力供應。

（3）連接好移動制氮機的冷卻水出水口和進水口，完成移動制氮機至5304 工作面的制氮防滅火管路連接工作。

（4）開啟制氮裝置，通過氮氣純度自動控制及連續(xù)在線監(jiān)測，確保制氮濃度和流量、壓力等，5304軌順隅角安排好人員排查，確保制氮防滅火效果。

3.4 每天噴灑阻化劑防滅火

根據(jù)礦井防滅火設計要求，采取阻化劑防滅火措施，每天至少向工作面隅角壓注一次阻化劑或向兩隅角人工撒放MEA-1 煤礦防滅火阻化劑。使用人工撇撒時，每處撇撒量不少于70 kg。

3.5 兩順槽隅角定期施工隔離墻

（1）工作面正常推采過程中，在兩順槽切頂線處每隔15 m打一道隔離墻，以減少向采空區(qū)漏風。

（2）隔離墻施工時，煤粉袋按長邊平行于巷道的方式壘砌，上下層交錯布置，將煤粉袋開口壓于煤粉袋下。密閉墻上下到頂?shù)装?，不采幫到幫，施工密閉墻后在煤粉墻外側(cè)覆蓋一層風筒布加強封閉，確保隔離墻的齊直、穩(wěn)固。

3.6 巧妙利用擋風簾、導風簾降溫防滅火墻

（1）工作面進風隅角必須設置擋風簾，減少工作面向采空區(qū)漏風量，降低自然發(fā)火風險。采煤工作面進風隅角設置1 道擋風簾，位置與工作面支架前立柱平齊。擋風簾要沿頂?shù)装濉①N幫設置，封堵完好。

（2）工作面回風隅角使用導風簾，防止回風隅角處瓦斯等有害氣體積聚。第1 道導風簾設置在距離工作面回風順槽3～4 架處，自工作面煤壁延伸至支架前立柱。第2 道導風簾自工作面1～2 架前立柱延伸隅角切頂線附近。

（3）風簾使用阻燃、抗靜電等標準材料，吊掛整齊美觀，根據(jù)工作面支架推移情況、氣體情況及時調(diào)整風簾位置。

5304 工作面擋風簾和導風簾布置如圖3。

圖3 5304 工作面擋風簾和導風簾布置圖

3.7 束管自動監(jiān)測系統(tǒng)

利用埋入回風隅角采空區(qū)的束管監(jiān)測氣體，實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測采空區(qū)氣體成分變化，上傳至JSG-7 型煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)進行遠程全自動束管監(jiān)測分析，24 h 不間斷分析回風隅角和采空區(qū)氣體情況。如圖4。

圖4 5304 工作面束管自動監(jiān)測布置圖

3.8 加強工作面放煤考核

采用自動放煤與人工找補放煤相結合，采放平行作業(yè)，一刀一放，放煤步距0.8 m，放煤平均高度為3.1 m，平均采放比為1:0.88。初次放煤為工作面頂煤冒落后開始放煤，工作面后部輸送機在支架前移后處于放煤位置，擺動尾梁、伸縮插板進行放煤操作，見矸后停止放煤，伸出插板。當班區(qū)隊驗收員和礦安監(jiān)員逐架驗收，確保放煤徹底，不留遺煤。

3.9 每天人工檢測和每周球膽化驗分析

（1）安全監(jiān)察處瓦檢工每班利用CO 便攜儀進行工作面、回風隅角和回風流CO 濃度檢查，并向通風調(diào)度匯報。

（2）通防工區(qū)測風工每周進行球膽取樣分析，對工作面采空區(qū)的氣體進行色譜儀化驗分析，綜合評價防滅火效果。詳見表1。

表1 5304 工作面球膽取樣分析表

4 效果分析

4.1 經(jīng)濟效益

（1）節(jié)省成本。此研究保證了工作面的正常推采，避免了工作面因煤炭自然發(fā)火發(fā)生被封面的情況，間接地省了每年3000 萬元的設備費用。

（2）通過深井高地溫自燃厚煤層限進尺采煤工作面智能化綜合防滅火工藝研究與應用，確保礦井2 個采煤工作面高效、安全生產(chǎn)，礦井生產(chǎn)效率提高了12%。

4.2 社會效益

（1）通過煤礦智能化監(jiān)控系統(tǒng)遠程監(jiān)測可以綜合調(diào)度分析采煤工作面自然發(fā)火風險性分析，避免人員檢查和管理不到位帶來的自然發(fā)火隱患或事故。

（2）此次研究應用，在趙樓煤礦智能化礦井建設中應用良好，極大地提升了礦井智能化、自動化和遠程監(jiān)控水平，具有較好的推廣價值。

5 結語

深井高地溫自燃厚煤層限進尺采煤工作面智能化綜合防滅火工藝，確定了煤自燃指標氣體變化規(guī)律及臨界值，摸索了松散煤體自燃過程中高溫點的形成與演化規(guī)律，確定了分級預警溫度、氣體指標及臨界值。

該綜合智能化防滅火工藝提高了工作面正常推采期間的防滅火安全系數(shù)，有效保障了礦井安全生產(chǎn)，降低了礦井防滅火成本和工作量，完善了高地溫礦井煤自燃隱患分級精準防控技術體系。