綜采工作面加架期間的防滅火技術(shù)應(yīng)用

聶 飛

（南莊煤炭集團(tuán)南莊分公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 工程概況

1.1 煤層概況

南莊礦井東西寬約3.7 km，南北長(zhǎng)約3.8 km，面積12.571 7 km2。15#煤層賦存于太原組煤系的中下部，煤層厚度5.1～6.76 m，均厚5.8 m，屬特低灰、特高發(fā)熱量的高質(zhì)量無(wú)煙煤，煤層自然發(fā)火傾向性為Ⅱ類自燃型，最短自然發(fā)火期為66 d。8836 工作面煤層傾角約5°～10°，煤層平均厚5.8 m，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布有總厚度為0.4 m 的3～4 層夾石，夾石多為黑色頁(yè)巖和泥巖，主要分布在煤層上部。工作面可采儲(chǔ)量164 萬(wàn)t，本工作面傾向長(zhǎng)為187 m，運(yùn)輸順槽走向長(zhǎng)度1260 m（從軌道口到開切眼），回風(fēng)順槽走向長(zhǎng)度1260 m（從軌道口到開切眼），采用走向長(zhǎng)壁后退式、低位放頂煤綜合機(jī)械化采煤方法，采空區(qū)采用全部垮落法管理頂板。

1.2 綜采工作面加架情況簡(jiǎn)介

根據(jù)南莊公司煤柱回收生產(chǎn)銜接安排，8836 綜采工作面西段向中段銜接期間，由于工作面長(zhǎng)度增加，需要在工作面增加支架，造成工作面停產(chǎn)。8836 工作面是15#煤層大巷煤柱回收工作面，采用放頂煤開采方式，采空區(qū)內(nèi)留有一定量的遺煤，促成了煤自然發(fā)火的基礎(chǔ)條件；工作面架后采空區(qū)漏風(fēng)（主要由進(jìn)、回風(fēng)隅角及輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ、輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ），促成了遺煤氧化發(fā)火的充分條件；由于在中段工作面傾斜長(zhǎng)度變長(zhǎng)，需停產(chǎn)增加支架，預(yù)計(jì)停產(chǎn)時(shí)間為20 d（實(shí)際停產(chǎn)23 d），為采空區(qū)遺煤氧化蓄熱、升溫、發(fā)火提供了條件。

綜合以上分析，初步推斷采空區(qū)內(nèi)有較大可能氧化發(fā)火隱患的區(qū)域范圍為：工作面上段、下段各10 架（約15 m）長(zhǎng)度范圍架后采空區(qū)，以及兩條穿頂老巷對(duì)應(yīng)工作面架頂破碎遺煤及架后采空區(qū)淺部遺煤區(qū)域。

按照“雙防”工作要求，當(dāng)采煤工作面連續(xù)半個(gè)月內(nèi)平均推進(jìn)速度小于0.5 m/d 時(shí)，或連續(xù)一個(gè)月內(nèi)平均推進(jìn)速度小于1.0 m/d 時(shí)（包括末采和拆架期間），需要采取相應(yīng)的防滅火技術(shù)措施，須在15#煤八采區(qū)8836 綜采工作面中段加架停產(chǎn)前，采取防滅火預(yù)防專項(xiàng)措施[1-7]。

2 加架期間的常規(guī)防滅火措施

2.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控防滅火措施

（1）利用安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控工作面溫度和一氧化碳的變化，利用束管監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)加架期間有害氣體變化實(shí)施監(jiān)控，測(cè)定工作面溫度、一氧化碳、C2H6、C3H8等氣體的變化趨勢(shì)。通過(guò)束管采樣儀每天抽取氣樣1 次，并進(jìn)行色譜分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取相應(yīng)的防滅火措施。

（2）每班人工直接在工作面上隅角、南部采空區(qū)側(cè)、支架頂部進(jìn)行氣體檢測(cè)，以此判斷煤層是否有發(fā)火征兆。若發(fā)現(xiàn)氣體檢測(cè)異常，及時(shí)匯報(bào)并采取措施。

（3）監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息中心每?jī)商煲扇斯ぶ苯釉谏嫌缃呛统榉殴苈分刑崛鈽?，送地面進(jìn)行氣樣色譜分析并形成分析報(bào)告。

2.2 通風(fēng)防滅火措施

（1）15#煤八采區(qū)8836 綜采工作面中段采用三進(jìn)一回的通風(fēng)方式，在停產(chǎn)加架期間適當(dāng)降低工作面風(fēng)量，但是不得低于700 m3/min（運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)300 m3/min，8826 回風(fēng)斜巷進(jìn)風(fēng)180 m3/min，輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ70 m3/min，輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ150 m3/min），保證運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷通風(fēng)斷面風(fēng)路暢通，每3 d 對(duì)8836 綜采工作面中段進(jìn)行一次全面測(cè)風(fēng)。

（2）每天對(duì)15#煤八采區(qū)8836 綜采工作面中段風(fēng)門、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行檢查，確保工作面風(fēng)流穩(wěn)定。

（3）定期檢查工作面周邊采空區(qū)閉墻完好情況、漏風(fēng)情況，采空區(qū)CO、溫度等有害氣體的變化情況。周邊采空區(qū)包括南側(cè)的8826 采空區(qū)以及上部12#煤采空區(qū)。

2.3 抽放防滅火措施

（1）合理調(diào)整抽放量。確保8836 綜采工作面瓦斯不超限的情況下，適當(dāng)降低工作面瓦斯抽放量，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。在停架后停止8836 工作面上隅角抽放，高抽巷抽放量調(diào)整為50 m3/min（特殊情況具體調(diào)整）。

（2）抽放泵站每天對(duì)抽放管路中的CO 取樣檢測(cè)一次，并建立臺(tái)賬做好記錄。

3 普瑞特Ⅱ防滅火新技術(shù)在加架期間的應(yīng)用

普瑞特Ⅱ防滅火新技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)部位：（1）進(jìn)回風(fēng)隅角及工作面兩端隱患漏風(fēng)通道的封堵；（2）工作面支架頂部（輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ、輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ）漏風(fēng)區(qū)域的封堵。

3.1 普瑞特Ⅱ防滅火材料應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

工作面進(jìn)、回風(fēng)巷落山范圍內(nèi)未壓實(shí)的“三角”漏風(fēng)通道及工作面上下部一定長(zhǎng)度范圍的漏風(fēng)通道需要灌注充填封堵型防滅火材料進(jìn)行封堵。該防滅火封堵材料應(yīng)具有不燃且不助燃特性、常溫反應(yīng)、擴(kuò)散性能強(qiáng)、固結(jié)黏附性強(qiáng)、封堵隔氧效果優(yōu)等性能。

相比較于其他防滅火材料，普瑞特Ⅱ型防滅火材料不僅具備上述所需性能，且該材料粘度高、凝結(jié)速度快、滲透率低、利用率高；與其他膠體材料相比，普瑞特Ⅱ的保水性較好，在凝固生產(chǎn)組不易失水，不會(huì)造成漏風(fēng)裂隙，封堵效果更嚴(yán)密。

3.2 兩隅角及工作面兩端部漏風(fēng)通道封堵

工作面停采后，在進(jìn)回風(fēng)隅角位置處分別實(shí)幫、實(shí)底掏槽打設(shè)雙重袋子墻進(jìn)行封堵，并使用噴涂封堵材料噴涂袋子墻外表面及圍巖表面裂隙，噴涂厚度不低于50 mm，確保封堵效果。

工作面停采后，針對(duì)工作面兩端部各8 架范圍，在進(jìn)風(fēng)隅角向2#架架后打鉆，進(jìn)風(fēng)側(cè)4#～5#、7#～8#架架間打鉆；回風(fēng)隅角向88#架后打鉆，回風(fēng)側(cè)82#～83#、85#～86#架間打鉆。采用專用一次性防滅火鉆頭、鉆桿配合氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)或電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔終孔點(diǎn)控制在架后5 m，煤層底板之上3.5 m 位置，確保防滅火材料能夠擴(kuò)散堆積分布全面封堵遺煤隱患氧化區(qū)域。

3.3 工作面支架頂部漏風(fēng)區(qū)域封堵

對(duì)輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ、輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ等兩條老巷巷道中心線兩側(cè)共10 m 范圍架頂垮落破碎漏風(fēng)通道進(jìn)行注漿封堵，鉆孔開孔布置在支架前梁位置，鉆孔角度70°左右，鉆孔深度2.5 m 左右。

工作面兩端部及老巷穿頂范圍架間鉆孔平面示意圖及架間鉆孔設(shè)計(jì)剖面示意如圖1、圖2。

圖1 工作面兩端部及輔助進(jìn)風(fēng)巷鉆孔布置平面圖（m）

圖2 架頂鉆孔設(shè)計(jì)剖面示意圖（m）

3.4 材料成本計(jì)算

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況，結(jié)合防滅火材料特性及項(xiàng)目治理經(jīng)驗(yàn)，估算如下；

（1）兩隅角及架后采空區(qū)漏風(fēng)通道封堵注普瑞特Ⅱ材料用量

將工作面回風(fēng)隅角及架后采空區(qū)范圍的充填治理空間簡(jiǎn)化為一個(gè)長(zhǎng)×寬×高=15 m×3 m×4 m的長(zhǎng)方體空間，其孔隙空間內(nèi)充填普瑞特Ⅱ防滅火材料?？偪臻g體積V=15×3×3=135 m3；充填空間體積V2=V×f=135×0.3=40 m3，其中f為孔隙率，取0.3；材料使用量T2=V2÷n×k=40÷10×1.05 ≈4.2 t，其中n為發(fā)泡倍數(shù)10，k為用量系數(shù)1.05。同理，算得進(jìn)風(fēng)隅角范圍充填普瑞特Ⅱ材料用量約為4.2 t。

綜上，工作面兩端部充填封堵用普瑞特Ⅱ材料用量約為8.4 t。

（2）輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ漏風(fēng)通道封堵注普瑞特Ⅱ材料用量

將輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ充填治理空間簡(jiǎn)化為一個(gè)長(zhǎng)× 寬× 高=10 m×3 m×3 m 的 長(zhǎng) 方 體 空間，其孔隙空間內(nèi)充填普瑞特Ⅱ防滅火材料?？偪臻g體積V=10×3×3=90 m3；充填空間體積V2=V×f=90×0.3=27 m3，其中f為孔隙率，取0.3；材料使用量T2=V2÷n×k=27÷10×1.05 ≈2.8 t，其中n為發(fā)泡倍數(shù)10，k為用量系數(shù)1.05。同理，輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ充填普瑞特Ⅱ材料用量約為2.8 t。

綜上，輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ、輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ充填封堵用普瑞特Ⅱ材料用量約為5.6 t。

（3）鉆頭鉆桿用量

配合灌注普瑞特Ⅱ所需的鉆頭使用量ZT和鉆桿使用量ZG。

工 作 面 回 風(fēng) 側(cè) 采 空 區(qū) 范 圍 共 布置 鉆 孔 數(shù)ZT取 值3 個(gè)。 鉆 桿 使 用 量ZG=ZT×l÷m×k=6.8×3÷0.8×1.1 ≈28 根，其 中l(wèi)為平均單個(gè)鉆孔長(zhǎng)度，m為單根鉆桿長(zhǎng)度，k為用量系數(shù)1.1。綜上，兩端封堵鉆頭使用量約為6 個(gè)，鉆桿使用量約為56 根。

輔 助 進(jìn) 風(fēng) 巷 Ⅰ 采 空 區(qū) 范 圍 共 布置 鉆 孔 數(shù)ZT取 值2 個(gè)。 鉆 桿 使 用 量ZG=ZT×l÷m×k=2.4×2÷0.8×1.1 ≈7 根，其中l(wèi)為平均單個(gè)鉆孔長(zhǎng)度，m為單根鉆桿長(zhǎng)度，k為用量系數(shù)1.1。同理，輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ封堵鉆頭使用量約為2 個(gè)，鉆桿使用量約為7 根。

綜上，輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅰ、輔助進(jìn)風(fēng)巷Ⅱ封堵鉆頭使用量約為4 個(gè)，鉆桿使用量約為14 根。

8836 工作面停采后所需防滅火材料及鉆頭鉆桿估算使用量見表1。

表1 8836 工作面注漿所需材料統(tǒng)計(jì)

4 應(yīng)用效果和結(jié)論

針對(duì)南莊公司8836 綜采工作面加架停產(chǎn)期間存在自然發(fā)火隱患，通過(guò)采取普瑞特Ⅱ防滅火新技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)了進(jìn)回風(fēng)隅角及工作面兩端封堵隱患漏風(fēng)通道和工作面支架頂部漏風(fēng)區(qū)域的有效封堵。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，CO 最大濃度為1.16×10-5，監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)C2H4氣體，徹底解除了工作面架后采空區(qū)漏風(fēng)問(wèn)題。在8836 綜采工作面加架停產(chǎn)23 d 后實(shí)施復(fù)產(chǎn)，未發(fā)生自然發(fā)火現(xiàn)象，保障了礦井安全生產(chǎn)。