易自燃煤層大采高工作面CO異常超限防治技術實踐

摘要：羊場灣礦現采2#煤層為高韌性易自燃煤層，采煤工作面均為超長綜采、綜放工作面，在回采過程中，實施以管風防火為主，注氮、灌漿等為輔的綜合防滅火措施，在防治煤炭自然發火方面取得了一定的成績，本文通過對120201大采高綜采工作面CO異常超限處理進行總結和分析，旨在探索解決易自燃大采高工作面CO異常超限的處理途徑。

關鍵詞：易自燃煤層 大采高工作面 CO異常超限 防治技術 實踐

1 礦井及工作面概述

羊場灣煤礦一分區通風方式為中央并列式，礦井通風方法均為抽出式通風。布置兩個綜采工作面，現采煤層均為二層煤，煤層自然瓦斯含量低，瓦斯相對涌出量為0.1737m3/t、絕對涌出量為2.2902m3/min，二氧化碳相對涌出量為0.2863m3/t、絕對涌出量為2.7745m3/min，礦井為低瓦斯、低二氧化碳礦井。煤塵爆炸指數為34.3％，具爆炸危險。煤層為易燃發火煤層，屬Ⅰ級自燃發火煤層，自燃發火期為1～3個月，最短為23天。

120201綜采工作面走向長3640m、傾斜298m、傾角平均11°、煤層平均厚度6.91m，設計采高5.5m，由南向北回采。120201工作面周圍沒有與其他采空區連通，采空區離地表垂深350m。工作面采用下行通風，設計供風量850m3/min，實際供風量960m3/min。工作面于2008年8月8日開始試生產，至8月22日共推進了近38米。8月22日中班下隅角一氧化碳最大達到了300ppm，并呈上升趨勢，伴有霧氣。8月23日檢測到40#支架行人通道CO濃度400PPm，下隅角CO濃度2400PPm，回風流CO濃度760PPm。8月24日～8月31日，通過采取加快工作面推進度、采空區注氮、注水等防滅火措施后，工作面累計推進21m，CO仍然沒有得到控制，并且有進一步上升的趨勢，9月2日，為防止CO超限進一步發展到采空區出現自燃及明火，在確保工作面設備安全的前提下對工作面進行封閉。封閉后，對封閉區域實施了注氮、灌漿等綜合防滅火措

施。

2 工作面CO異常超限原因分析

自8月30日工作面156#支架出現煙霧后，9月2日在110206下運巷向120201切眼施工的鉆孔附近出現明顯煙霧等多方面綜合分析，判定火源位于工作面中上部。120201工作面開切眼處的調車硐室自然發火的機率最大，該地點也最有可能成為發火地點。其理由為：

可燃物條件：開切眼調車硐室內有浮煤、生活垃圾等雜物。

供氧條件：開切眼調車硐室自施工到工作面安裝期間，一直采用擴散通風；回采期間，硐室內風速為0.01～0.1m/s，適宜煤炭的氧化自燃，回采后頂板跨落后，形成漏風通道，加快煤炭氧化速度。

聚熱環境：開切眼調車峒室因長期通風不良，為煤柱及可燃物聚熱提供條件。

自燃時間條件：120201進風巷廢巷自4月5日施工結束至8月22日回采時共計139天，工作面從6月29日安裝至8月22日回采時共計53天，超過了最短發火期23天。

3 工作面CO異常超限處理

3.1 第一階段 綜合防滅火措施的實施

根據8月22日與8月23日的氣體變化情況分析，初步確定工作面CO氣體異常超限是由于工作面的采空區浮煤氧化而釋放出大量CO氣體所致，因此，在8月24日，采取了：①通過工作面進風巷采空區預埋注氮管路向采空區加大注氮量（開放式注氮），注氮量為1200m3/h；②通過工作面上巷預埋的灌漿管路向采空區注水，每日的灌漿注水量為1000m3；③通過在工作面支架頂部向采空區每隔20架施工一鉆孔下套管向采空區注水；④在上下隅角及工作面支架后部設置擋風簾，阻止CO氣體外泄；⑤在下隅角處增設一趟風筒，為工作面增壓力；⑥加快工作面推進度等綜合防滅火措施，由于工作面設備運行不正常與采取防滅火措施的相互影響，生產一直不正常，截止31日工作面累計推進21m，而且CO仍然也沒有得到控制，致使以“快推防火”措施沒有真正取得實效，沒有及時地將自然發火隱患點甩至窒息帶以里，從而失去了防治CO異常超限的最佳階段。

3.2 第二階段 工作面封閉注氮階段

由于采取綜合防滅火措施無法有效地控制工作面采空區的煤炭自燃，且在8月30日工作面156#支架出現煙霧，9月2日在110206下運巷向120201切眼施工的鉆孔附近也出現明顯煙霧，因此，決定停止“快推防火”為主要思想的防滅火措施實施，進行工作面封閉注氮。

工作面采用臨時密閉封閉，在工作面上、下順槽距工作面50m處各設一道板閉，臨時密閉板材搭接處及與巷道圍巖接觸處用快速密閉材料進行噴涂，嚴密不漏風，兩道板閉各設一個觀測孔及一塊壓力表，在風巷板閉另用2根4寸鋼管裝截止閥形成排氣管。為避免進、回風兩巷封閉后形成盲巷，在風機兩巷口各安設一臺11Kw局扇，風筒出風口分別引至板閉前5～10m處。

3.3 第三階段 工作面啟封和排氮

經過近10天月的封閉注氮和觀察，工作面封閉區內自燃征兆消失，無自燃危險，需要停止注氮，啟封排氮。首先進行鎖風探查，經過探查，各項條件均符合啟封要求，制定排氮措施，恢復通風。

3.4 第四階段 均壓防火階段

3.4.1 120201綜采工作面通風系統及壓能分布狀況

①工作面通風系統

120201綜采工作面上順槽為進風巷，下順槽為回風巷，工作面設計進風量為850m3/min。

②120201綜采工作面通風阻力（壓能）及風量分布

A、工作面壓能分布圖

■

a．綜放面簡化網絡圖 b.綜放面壓能圖

B、均壓區域控制目標

從壓能圖可清楚地看出通風系統的阻力分布、采空區的漏風壓差等，據此，選擇均壓方案進行工作面升壓調節，控制采空區漏風，并選擇工作面上隅角為調壓的參考點，根據壓能圖，確定工作面調壓參考點的調壓值△hme為16.5pa。

3.4.2 工作面均壓方案設計

由于工作面采用“U型”負壓通風，120201上順槽為進風巷，下順槽為回風巷，由于兩道采用錨網支護，頂煤冒落不實，使得采空區漏風量增大，隨著工作面的推進，地表塌陷，漏風也將通過采空區進入到工作面，采空區漏風量增大，氧化自燃性增強，工作面有害氣體增多。因此，維持原工作面風量，對工作面進行升壓調節，以增大工作面壓力，減少采空區地表漏風。

增壓具體設計方案為：

①維持原綜采工作面設計風量。

②采用風窗——輔助風機聯合調節裝置進行工作面升壓調節。

3.5 第五階段 正常生產階段（拆除均壓，恢復下行通風）

自2008年9月24日120201工作面啟封后，工作面一至實行均壓通風系統，有效控制了下隅角、回風流中的一氧化碳濃度，抑制了采空區有害氣體涌出，確保了人員安全作業。

截止12月底，工作面累計推進了近600米，并且120201下隅角、回風流、采空區的一氧化碳變化比較穩定，下隅角最大80ppm，回風流最大26ppm，采空區最大為50ppm，并呈現下降趨勢。根據我礦綜采工作面的一氧化碳變化經驗看，正常情況下，下隅角一氧化碳濃度為30-50ppm，回風流中的一氧化碳濃度為10-23ppm，采空區為30-50ppm，并結合束管監測對120201采空區的氣體分析情況斷定，120201工作面采空區火區已經得到有效控制，已經基本處于熄滅狀態，在此情況下，工作面恢復了全風壓通風。

4 效益評價

4.1 羊場灣煤礦120201復合煤層大采高工作面為年產800萬噸的高產工作面，按常規，這種工作面火區的封閉時間最少為3個多月，通過CO異常超限處理技術的實踐，提前2個月啟封，多產煤炭133萬噸，創造產值4億多元。

4.2 以后寧東礦區大采高工作面將逐步增多，通過CO異常超限處理技術的實踐的研究，可有效地防止大采高工作面的自然發火，在集團公司各礦井類似條件下推廣使用。

作者簡介：

王星偉（1969年-），寧夏石嘴山人，大專學歷，助理工程師，現為羊場灣礦通風科副科長。