Y 型通風(fēng)采煤工作面采空區(qū)遺煤防火技術(shù)研究

趙澤鑫

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

0 引言

沿空留巷技術(shù)可降低井下回采巷道掘進(jìn)工程量，并使得采面通風(fēng)方式由原有的U 型轉(zhuǎn)換成Y 型，解決回采上隅角瓦斯集聚、超限等問(wèn)題[1-2]。隨著沿空留巷技術(shù)推廣應(yīng)用，Y 型通風(fēng)工作面數(shù)量不斷增加，采用Y 型通風(fēng)使得采面工作人員、機(jī)頭及機(jī)尾設(shè)備均在新鮮風(fēng)流中，改善采面環(huán)境質(zhì)量并提高安全保障能力[3-5]。采用Y 型通風(fēng)時(shí)，由于回風(fēng)段無(wú)保護(hù)煤柱同時(shí)進(jìn)、回風(fēng)兩端存在有風(fēng)壓差，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)較為嚴(yán)重，當(dāng)開采煤層有自燃發(fā)火傾向性時(shí)，采空區(qū)遺煤防滅火難度較高[6]。山西某礦8205 綜采工作面采用Y 型通風(fēng)且回采的8#煤層具有自燃發(fā)火傾向性，文中就以8205 綜采工作面采空區(qū)遺煤防滅火為工程背景，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)及采空區(qū)漏風(fēng)情況針對(duì)性提出采空區(qū)遺煤防滅火技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)取得較好的防滅火效果。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

8205 綜采工作面回采的8# 煤層厚度在2.35～3.27 m，均值2.78 m，煤層傾角3～8°，頂?shù)装鍘r性以炭質(zhì)泥巖、粉砂巖以及砂質(zhì)泥巖等為主。8#煤層具有瓦斯突出危險(xiǎn)性，煤層具有自燃發(fā)火傾向性，自燃發(fā)火周期介于80～135 d。采面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度為680 m、傾向長(zhǎng)度為198 m，采用切頂留巷方式將5205 巷（材料巷）保留下來(lái)為鄰近的8207 工作面生產(chǎn)服務(wù)，采用采用Y 型通風(fēng)方式，2205 巷（運(yùn)輸巷）及5205 巷均用以進(jìn)風(fēng)，配風(fēng)量分別為1 350、480 m3/min，留巷段用以回風(fēng)，采面通風(fēng)方式，如圖1 所示。2205 巷及5205 巷斷面均為矩形，凈高2.8 m、凈寬4.5 m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，5205 巷留巷段主要通過(guò)噴灑封堵材料、懸掛風(fēng)筒布等方式減少采空區(qū)漏風(fēng)量。

圖1 8205 工作面通風(fēng)示意圖

1.2 采空區(qū)漏風(fēng)情況

8205 綜采工作面采用Y 型通風(fēng)方式，由于進(jìn)風(fēng)巷（2205 巷）及采面與回風(fēng)段（5205 巷留巷段）間有較大的風(fēng)壓差，導(dǎo)致采面回采期間采空區(qū)存在漏風(fēng)問(wèn)題。采用SF6 示蹤氣體測(cè)定8205 綜采工作面采空區(qū)漏風(fēng)情況，布置如圖2 所示。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，采空區(qū)有持續(xù)漏風(fēng)情況，同時(shí)1#測(cè)點(diǎn)位置示蹤氣體量較大，表明大量漏風(fēng)流經(jīng)采空區(qū)深部并在回風(fēng)巷匯集。采用綜采開采方式可減少采空區(qū)內(nèi)遺煤量，但是難以避免會(huì)遺留少量浮煤，若針對(duì)性采取采空區(qū)遺煤防滅火技術(shù)措施，在采空區(qū)漏風(fēng)影響下可能會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的遺煤自燃發(fā)火問(wèn)題。

圖2 8205 采空區(qū)漏風(fēng)示意圖

2 采空區(qū)遺煤防滅火技術(shù)

2.1 開采初期采空區(qū)防滅火技術(shù)

8205 綜采工作面開采初期，由于開采推進(jìn)距離較短，采空區(qū)頂板未垮落或者垮落不充分，采空區(qū)內(nèi)在漏風(fēng)影響下極其容易出現(xiàn)自燃問(wèn)題，此時(shí)注氮起不到較好的防滅火效果。在初期開采時(shí)提出采用噴灑阻化劑方式進(jìn)行防滅火，同時(shí)通過(guò)適當(dāng)加快推進(jìn)速度技術(shù)減少采空區(qū)遺煤氧化時(shí)間，具體采取的防滅火技術(shù)措施為：

1）在8205 綜采工作面回采之前即在2205 巷及5205 巷分別安裝一套防滅火液壓泵站，通過(guò)泵站向采面機(jī)頭、機(jī)尾側(cè)采空區(qū)內(nèi)、液壓支架后方采空區(qū)內(nèi)噴灑阻化劑。

2）確保采面連續(xù)生產(chǎn)直至停采線位置，采面生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)保持正常的推進(jìn)速度。

3）在采面正常推進(jìn)期間，2205 巷頂板需提前退錨，確保進(jìn)入采空區(qū)后巷道頂板可及時(shí)垮落。在5205巷切頂留巷位置，綜采隊(duì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況并沿垂直液壓支架方向連續(xù)封堵，封堵厚度在1 m 以上，一次封堵長(zhǎng)度為5 m，通過(guò)端頭封堵可減少采空區(qū)漏風(fēng)量、降低采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化進(jìn)度。

2.2 正?；夭善陂g防滅火技術(shù)

2.2.1 采空區(qū)漏風(fēng)點(diǎn)封堵

1）端尾采空區(qū)封堵。8205 綜采工作面推進(jìn)后，采面尾部端頭支架采用U 型鋼+金屬網(wǎng)+風(fēng)筒布進(jìn)行端頭封堵，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。將風(fēng)筒布布置在金屬網(wǎng)外側(cè)并滯后支架10～20 m，以便采空區(qū)瓦斯可隨著風(fēng)流排出。

2）端頭漏風(fēng)點(diǎn)封堵。在采面端頭位置施工土袋墻，減少端頭漏風(fēng)點(diǎn)漏風(fēng)量。在采面正?；夭善陂g，2205 巷頂板需提前退錨并構(gòu)筑寬度1 m 的土袋墻，實(shí)現(xiàn)端頭漏風(fēng)點(diǎn)封堵，減少向采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量。

3）對(duì)5205 巷切頂留巷段采空區(qū)幫進(jìn)行噴漿，封堵潛在的漏風(fēng)裂隙。8205 綜采工作面推進(jìn)后采空區(qū)頂板沿著切頂線垮落，采空區(qū)頂板垮落壓實(shí)段沿著采空區(qū)幫進(jìn)行噴漿，噴漿厚度控制在100 mm 以上，頂板靠近采空區(qū)幫側(cè)噴漿寬度在1 m 以上；噴漿滯后采面距離控制在50 m 以內(nèi)，從而降低采空區(qū)遺煤與采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)接觸面積。

2.2.2 采空區(qū)注氮、噴灑阻化劑及灌漿

1）采空區(qū)注氮。在采面正?；夭善陂g在2205 巷采用邁步式注氮管路向采空區(qū)內(nèi)持續(xù)注氮，注氮管為2 趟Φ100 mm 的PE 管。具體8205 綜采工作面注氮量可通過(guò)公式（1）計(jì)算[7-8]：

式中：QN為采空區(qū)注氮量，m3/h；Q0為采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量，取值為10 m3/h；C1為采空區(qū)氧化帶內(nèi)氧氣體積分?jǐn)?shù)，10%；C2采空區(qū)內(nèi)惰化指標(biāo)，取7%；CN為注入氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)，取98%；k 為備用系數(shù)，取1.2。將上述參數(shù)帶入到公式中求得QN=432 m3/h。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，具體8205 綜采工作面采空區(qū)注氮量保持500 m3/h，在確保采面及回風(fēng)流中氧氣體積分?jǐn)?shù)不低于18.5%的前提下盡量增加采空區(qū)注氮量。

2）噴灑阻化劑。在2205 巷、5205 巷內(nèi)安裝BH-40/2.5 防火液壓泵站，通過(guò)泵站、高壓軟管將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的MgCl2溶液送至霧化發(fā)生器，霧化發(fā)生器在高壓作用下噴灑阻化汽霧，汽霧隨著風(fēng)流流向采空區(qū)內(nèi)；每天均通過(guò)霧化發(fā)生器向采空區(qū)內(nèi)噴灑阻化劑，噴灑的阻化劑應(yīng)均勻、盡量全覆蓋，阻化劑噴灑量應(yīng)不小于4.5 t/d。

3）灌漿。建立采空區(qū)灌漿系統(tǒng)，在8205 綜采工作面回風(fēng)繞道外安全位置建立臨時(shí)灌漿系統(tǒng)，將灌漿管路鋪設(shè)至2205 巷、5205 巷停采線位置。當(dāng)8205 綜采工作面采空區(qū)遺煤出現(xiàn)異?；蛘卟擅嫣幱诜钦Ｍ七M(jìn)狀態(tài)時(shí)，則應(yīng)立即向采空區(qū)進(jìn)行灌漿，消除遺煤自燃發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 強(qiáng)化采空區(qū)防火監(jiān)測(cè)

1）強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警。在5205 巷切頂留巷段距離調(diào)節(jié)風(fēng)口10～15 m 位置安裝CO、溫度、CH4傳感器，其中CO、溫度、CH4傳感器預(yù)警指標(biāo)分別為φ（CO）≥24×10-6、環(huán)境溫度≥26 ℃、φ（CH4）≥1%；在切頂留巷段從初采線位置起按照150 m 間隔布置一臺(tái)CO傳感器，預(yù)警指標(biāo)為φ（CO）≥24×10-6。通過(guò)布置傳感器可24 h 不間斷的對(duì)采空區(qū)內(nèi)CO 涌出情況以及回風(fēng)流溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保出現(xiàn)異常時(shí)可及時(shí)預(yù)警。

2）強(qiáng)化人工檢測(cè)。在5205 巷切頂留巷段間隔40 m埋深一段規(guī)格Φ50 mm×2 000 mmPE 管，并在PE 管內(nèi)鋪設(shè)束管，通過(guò)束管取樣并分析8205 采空區(qū)內(nèi)氣體成分，采樣分析頻次為每周2 次；在2205 巷內(nèi)向采空區(qū)內(nèi)鋪設(shè)有保護(hù)套的束管，按照每周2 次頻次取樣分析采空區(qū)內(nèi)氣體成分；按照每周2 次頻次取樣分析8205 回風(fēng)流氣體成分。每天安排專職瓦檢員巡回測(cè)量8205 工作面中部、端頭、端尾、回風(fēng)流以及架后等位置瓦斯?jié)舛?、CO濃度以及溫度，每班均應(yīng)不少于3 次。

3 結(jié)語(yǔ)

8205 綜采工作面回采的8#煤層為容易自燃煤層，采面5205 巷采用切頂留巷技術(shù)保留下來(lái)為鄰近的采面生產(chǎn)服務(wù)。8205 綜采工作面采用Y 型通風(fēng)方式，受進(jìn)、回風(fēng)側(cè)風(fēng)壓差以及留巷段漏風(fēng)裂隙等影響，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)量較大，采空區(qū)遺煤容易出現(xiàn)自燃問(wèn)題。為確保8205 綜采工作面安全回采，提出通過(guò)減少采空區(qū)漏風(fēng)、多點(diǎn)注氮、噴灑阻化劑等方式進(jìn)行防滅火，同時(shí)強(qiáng)化采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，8205 綜采工作面回采期間采空區(qū)未出現(xiàn)遺煤自燃發(fā)火問(wèn)題，取得較為顯著的防滅火效果。