余偉亮
(山西焦煤汾西礦業(yè)救護(hù)大隊(duì),山西 孝義 032300)
煤炭開(kāi)采過(guò)程中,瓦斯、水、低溫、煤層自燃等均會(huì)給煤炭安全生產(chǎn)帶來(lái)制約,特別是隨著礦井采掘深度增加,煤層開(kāi)采條件更趨復(fù)雜,從而給礦井災(zāi)害治理帶來(lái)一定制約[1-3]。在正常情況下,采面保持一定的推進(jìn)速度,采空區(qū)內(nèi)遺煤在自燃發(fā)火期以內(nèi)即會(huì)進(jìn)入到采空區(qū)窒息帶內(nèi),一般不會(huì)出現(xiàn)采空區(qū)遺煤自燃問(wèn)題;當(dāng)采面回采遇地質(zhì)構(gòu)造或者其他原因?qū)е峦七M(jìn)停滯時(shí),采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火概率增加[4-7]。采煤設(shè)備回撤是煤炭開(kāi)采末期重點(diǎn)工序,受煤炭開(kāi)采設(shè)備重量大、井下環(huán)境條件惡劣等因素制約,設(shè)備回撤一般耗時(shí)較長(zhǎng),采空區(qū)內(nèi)遺煤極其容易在此階段自燃[8]。為此,文中以3202采煤工作面回撤以及密閉期間防滅火為工程實(shí)例,針對(duì)性提出防滅火技術(shù)措施,以期更好地促進(jìn)煤炭開(kāi)采工作。
山西某礦3202采煤工作面為3采區(qū)首采工作面,采面開(kāi)采礦區(qū)淺部2號(hào)煤層,煤層埋深平均290 m、厚度均值6.3 m,煤層具有自燃發(fā)火傾向性。2號(hào)煤層賦存較為穩(wěn)定,僅局部區(qū)域賦存有構(gòu)造,煤層頂板、底板巖性均為炭質(zhì)泥巖、粉砂巖以及石灰?guī)r,具體巖性參數(shù)如表1所示。
表1 2號(hào)煤頂?shù)装鍘r性
3202采煤工作面設(shè)計(jì)走向、傾向距離分別為1 359 m、238 m,采面采用綜放開(kāi)采工藝,采放比為1.1.22。3202采煤工作面于2019年5月開(kāi)始回采,至2020年6月回采完畢。采面綜放設(shè)備回撤共耗時(shí)75 d,后續(xù)對(duì)采面進(jìn)行密閉。
在3202采煤工作面密閉區(qū)采用注氮方式進(jìn)行防滅火,具體工藝措施:
1)在采面采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)全花眼PVC管路(管徑50 mm、長(zhǎng)度240 mm),花眼直徑10 mm、間距200 mm。
2)在注氮管路埋入到采空區(qū)后方50 m時(shí)即開(kāi)始注氮,從而在采空區(qū)內(nèi)形成高濃度注氮密閉區(qū),減少采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度,在開(kāi)始注氮的同時(shí)在鋪設(shè)另一條注氮管路,管路間距50 m。
3)采面采空區(qū)內(nèi)注氮管路按照上述方法依次鋪設(shè)。
4)在采面距離停采線120 m時(shí),將注氮管路鋪設(shè)距離由50 m縮短至30 m,待采面與停采線間隔在40 m時(shí)將注氮管路鋪設(shè)距離縮小至10 m。
5)采面回撤期間持續(xù)注氮,待回撤完成并進(jìn)行密閉后方停止注氮工作。
6)在采面綜放設(shè)備回撤期間,注氮壓力0.12 MPa、24 h不間斷注氮、注氮速度為1 000 m3/h,在采面回撤期間注氮量接近6萬(wàn)m3。
地面制氮機(jī)→回風(fēng)立井→總回風(fēng)巷→綜采工作面進(jìn)風(fēng)順槽→3202采煤工作面,注氮主管路規(guī)格為Φ100 mm×4 mm的無(wú)縫鋼管。注氮設(shè)備為兩套型號(hào)FDA-2300-98的制氮機(jī),一用一備。FDA-2300-98型制氮裝置產(chǎn)氣量為33.3 m3/min、裝機(jī)功率為4×160 kW、出口壓力為0.6 MPa、電壓為380 V。
末采時(shí)用跨步埋管方式向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行持續(xù)灌漿,具體灌漿技術(shù)方法:
1)在采面按照跨步式方式鋪設(shè)全花眼PVC管(管徑50 mm、長(zhǎng)度10 m),灌漿管路中花眼直徑10 mm、間隔200 mm,灌漿PVC管路與回采巷道內(nèi)主灌漿管連接。
2)末采期間鋪設(shè)的灌漿管路埋入到采空區(qū)距離依次為70 m、45 m、25 m,待管路埋入采空區(qū)后10 m即開(kāi)始進(jìn)行灌漿。
3)在采面綜放設(shè)備回撤期間進(jìn)行間歇灌漿,灌漿速度保持在60 m3/h,在采面設(shè)備回撤至密閉區(qū)間累積灌漿量可達(dá)到7 500 m3。
3202采煤工作面與停采線間距30 m時(shí)強(qiáng)化放煤管理,期間重點(diǎn)需要放凈煤,可適當(dāng)放松對(duì)煤質(zhì)管理。從而在采空區(qū)內(nèi)形成一定寬度10 m隔離帶,有效隔絕深部采空區(qū)與采面回撤通道間聯(lián)系通道。具體采面內(nèi)注氮、灌漿以及隔離帶布置如圖1所示。
圖1 注氮、灌漿以及隔離帶布置示意圖
在采面推進(jìn)至停采線10 m時(shí)開(kāi)始鋪設(shè)測(cè)溫用鋼管(管徑50 mm),在采面共計(jì)布置6個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)間間隔30 m。在測(cè)溫鋼管內(nèi)布置束管、鉑電阻等,以便對(duì)采空區(qū)內(nèi)氣體成分以及溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體溫度監(jiān)測(cè)布置如圖2所示。
圖2 溫度監(jiān)測(cè)示意圖
在采面回風(fēng)隅角位置以及綜放支架后方采用噴涂方式降低采空區(qū)漏風(fēng),具體采面噴涂分兩步完成。在采面末采期間,每天對(duì)回風(fēng)隅角噴涂,以便減少回風(fēng)隅角漏風(fēng)量,噴涂長(zhǎng)度控制在15 m以上。采面停采后,在支架后方全斷面掛網(wǎng)并噴涂密閉,以便降低采空區(qū)漏風(fēng)量并避免注氮大量外溢。
在常溫常壓狀態(tài)下,煤與氧氣接觸氧化后會(huì)緩慢出現(xiàn)升溫,特別是采空區(qū)內(nèi)遺煤體松軟,與空區(qū)接觸面積大,在散熱條件不好時(shí)容易導(dǎo)致局部熱量集聚;采空區(qū)遺煤氧化自燃過(guò)程中會(huì)釋放一定量的CO等氣體,通過(guò)對(duì)采空區(qū)內(nèi)溫度以及氣體成分等進(jìn)行監(jiān)測(cè),可掌握密閉范圍內(nèi)采空區(qū)遺煤氧化自燃情況。
在3202采煤工作面采空區(qū)密閉后持續(xù)進(jìn)行75 d監(jiān)測(cè),在監(jiān)測(cè)期間未有CO濃度以及溫度異常等情況出現(xiàn),具體監(jiān)測(cè)獲取得到的采空區(qū)氣體成分如表2所示。
表2 綜合防滅火措施應(yīng)用前后標(biāo)志性氣體濃度變化情況
由表2看出,采取綜合防滅火措施后,3202采煤工作面密閉空間內(nèi)氣體成分均在正常范圍內(nèi),結(jié)果表明,現(xiàn)場(chǎng)綜合使用的注氮、灌漿、構(gòu)建隔離帶等綜合防滅火措施可有效防止密閉區(qū)內(nèi)遺煤自燃問(wèn)題,現(xiàn)場(chǎng)采用的防滅火措施取得較好成果。
當(dāng)開(kāi)采煤層具有自燃發(fā)火傾向時(shí),如何避免采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。3202采煤工作面采用綜放開(kāi)采方式,回采的2號(hào)煤層為自燃煤層,同時(shí)由于采面斜長(zhǎng)為238 m,綜放設(shè)備回撤時(shí)間長(zhǎng),在設(shè)備回撤期間采空區(qū)遺煤容易自燃發(fā)火,給礦井生產(chǎn)安全帶來(lái)制約。
為避免采空區(qū)遺煤自燃,提出綜合使用注氮、灌漿、構(gòu)建隔離帶、降低漏風(fēng)等措施進(jìn)行防滅火,并通過(guò)監(jiān)測(cè)采空區(qū)內(nèi)溫度、氣體成分方式對(duì)采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化自燃情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在3202采煤工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,采空區(qū)內(nèi)遺煤在綜放設(shè)備回撤期間未有自燃發(fā)火征兆,為采面綜放設(shè)備回撤高效回撤創(chuàng)造良好條件;對(duì)采面密閉后采空區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體(CO)濃度出現(xiàn)明顯變化,同時(shí)采空區(qū)內(nèi)溫度保持穩(wěn)定。文中所提出的采煤工作面回撤封閉期間采用的防滅火技術(shù)可避免采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火,現(xiàn)場(chǎng)取得較好成果。