自燃煤層大傾角綜放面綜合防火技術研究

文/梁建光

礦井自燃火災是困擾煤礦安全生產的難題之一。自燃火災不僅會燒毀大量的煤炭資源、物資和設備，造成物質損失，而且燃燒會產生大量的有毒有害氣體，造成人員傷亡和損害人員身體健康。

大傾角綜放工作面開采條件下，工作面推進速度慢，采空區丟煤較多、漏風較大、氧化帶較寬，更容易自然發火。

一、建立井下束管火災監測系統

火災的早期發現和監測是礦井火災防治的前提，根據《礦井防滅火規范》規定：一、二級自燃礦井應建立火災預測預報系統，以CO、C2H4、C2H2三種氣體作為自然發火的預報指標氣體。

通過束管取樣，利用安裝在地面的抽氣泵，將所采樣的氣體送入分析儀進行分析。對5-103綜放面上隅角、 采空區及回風流的 O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2等氣體含量實現 24 小時連續循環監測，經過對自燃火災標志氣體的確定和分析，及時預測預報工作面的自然發火危險程度，為煤礦自燃火災事故的防治工作提供科學依據。

二、大傾角綜放面不同開采階段的防滅火技術

1.工作面初采期間的防火

在工作面開采初期，主要的發火隱患來自于開切眼周邊破碎煤體，以及開切眼附近采空區是自燃易發生地點。因此，應該首先采用壓注、噴灑阻化劑的方法，預處理開切眼煤壁裂隙及采空區浮煤；此外，還應及時建立采空區隔離阻燃墻，減少采空區供氧。

（1）壓注噴灑阻化劑處理開切眼煤壁裂隙及采空區浮煤。為防止工作面開切眼、巷幫煤柱自然發火，應采取鉆孔壓注阻化劑的措施。鉆孔間距根據阻化劑對煤體的有效擴散半徑確定，取3～5m。鉆孔深度應視煤壁裂隙深度確定，取5～10m，阻化劑使用濃度為20%。

對架后浮煤噴灑阻化劑。阻化劑附著在煤體表面，可起到長期抑制煤炭氧化的作用。實驗表明，阻化劑的防滅火效果好、使用方便、安全無毒害、對設備無腐蝕、經濟合理，其應用濃度為10%～20%。采空區噴灑時，噸煤用液量為30～40Kg。

阻化劑噴灑工藝與裝備。阻化劑噴灑工藝是，將受一定壓力下的防火劑溶液通過噴頭噴向采空區浮煤；阻化劑溶液在浮煤處形成有效滲透，進而阻止煤的氧化升溫。

阻化劑噴灑工藝示意圖

（2）工作面正常開采期間的防火。工作面正常開采期間選擇以采空區化學注漿、構筑隔離阻燃墻、均壓、減少丟煤、發火期內推進度大于氧化帶寬度等措施。同時進行采空區動態跟蹤觀測，必要時啟動井下移動式制氮機，惰化采空區氣體。

化學注漿。化學注漿材料主要是由兩種漿液及添加劑組成，當兩種漿液混合后，便產生無機的化學膠體泥漿。在向采空區壓注過程中，漿液可向采空區周圍空間、漏風通道及煤壁裂隙擴展，并逐步形成凝膠體，起到降溫、堵漏、隔氧的作用。而且藥液中含有阻化劑，可以大大提高防滅火的效果。

采空區化學注漿示意圖

均壓防滅火。在保證工作面風量需求的情況下，采用均壓通風技術，在回風巷布置調節風門。使上下隅角的風壓壓差減小，減少漏風量，減少采空區氧化帶的范圍降低采空區上下隅角壓差，減小氧化帶寬度。

隔離阻燃墻。在進、回風隅角的密集支護后部，用黃土等不燃性材料構筑阻燃墻，厚度不小于0.5m，并在其表面噴涂防火材料，形成不漏風的隔離層，減少采空區漏風。隔離阻燃墻的設置需要根據采空區漏風狀況以及施工難度而定，經研究試驗，大傾角綜放面每推進約30m左右時，建立隔離阻燃墻效果較好。

（3）綜放面推進緩慢時的防火。當大傾角工作面由于倒架、遇到構造而造成推進緩慢或因故停采時，采空區自然發火的可能性增大。此時是預防自然發火的關鍵時期，應加強跟蹤監測，采取采空區注氮、化學注漿、均壓、建立隔離阻燃墻等綜合防火措施。

大傾角綜放面采空區注氮防火工藝和方法。大傾角綜放面采空區防火注氮，采用埋管注氮工藝，根據對火情的預測情況，可選擇連續或間斷注氮。

采空區埋管注氮的具體作法是：在綜放面的進風側沿采空區埋設一趟注氮管路。當埋入30～50m后開始注氮，第二趟注氮管路與第一趟管路的埋設步距為30～50m。當第二趟注氮管口埋入向采空區注氮，同時停止第一趟管路的注氮，并重新埋設下一趟的注氮管路，如此循環。采空區注氮防火期間，對注氮口應采取保護措施，防止采空區泥漿等堵塞。

加快推進速度。通過采取各種技術措施，加快工作面的推進速度，縮短氧化帶停留時間，防止采空區殘煤進一步氧化升溫。

（4）工作面撤架期間的防火。由于綜放面在停采撤架需要時間較長，而且不放頂煤，必然造成工作面頂板以及采空區留有大量煤炭，容易引起自然發火。這也是煤礦開采普遍存在的問題，尤其在綜放面問題愈加突出，這是由于大傾角綜放面撤架困難所致。

工作面回采及巷道布置措施。當工作面推進到距離停采線一定距離時，逐漸抬高工作面，使支架頂部靠近煤層頂板，這樣可以防止大量頂煤落入采空區。當采空區撤架時，綜放支架上方為煤層頂板巖層，這樣對快速撤架及預防自然發火極為有利。

減小風量及均壓通風。為減弱漏風、縮短氧化帶，在工作面停采撤架期間適當減少工作面風量，在工作面回風順巷中設置一道控制風量的風窗，提高工作面回風側壓力，降低進回風之間的壓差，使工作面風量和采空區漏風減少，減少采空區自然發火的可能性。

三、結論

對大傾角綜放面初采、工作面正常開采、工作面推進緩慢及工作面撤架期間防火存在的問題，采取了有針對性的防火措施。通過實施采空區注氮、采空區注化學漿、噴灑阻化劑、采空區堵漏風、均壓等綜合防火措施，解決自燃煤層大傾角綜放面防火難度大的問題，可有效保障工作面安全回采。