燕子山煤礦綜放工作面綜合防滅火技術應用研究

翟茂兵

（大同煤礦集團挖金灣煤業有限公司，山西省大同市，037042）

1 燕子山煤礦8901綜放面發火情況及原因分析

同煤集團燕子山煤礦14-2＃煤層具有自燃傾向性，發火期3～6個月，該煤層901盤區8901綜放面為U 型通風系統，采用后退式回采，工作面風量1200m3／min。工作面傾斜長150m，走向長900m。煤厚平均9.8m，煤層傾角7～9°。工作面上覆12＃煤層309盤區采空區。

8901綜放面頂板初次垮落后，發現進風量和回風量相差150 m3／min，工作面上隅角CO 濃度為0.0015%，回風流中CO 濃度0.0005%。當工作面回采將近80m 時，工作面上隅角CO 濃度高達0.045%，回風流中CO 濃度達0.015%，回風流溫度由22℃上升至42℃，并且進風巷道出現微風，回風巷風量為700 m3／min，采空區內CO 最高濃度達到0.15%。

通過安裝在12＃煤層和14-2＃煤層封閉的采空區內的束管監測系統發現，12＃煤層8910 采空區內的煤炭發生了自燃。由于8901工作面上覆為12＃煤層8910采空區，兩工作面的層間距僅為2～5m，導致8901綜放面頂板全部垮落后8910采空區內的CO 氣體大量下泄。另外通過示蹤技術檢測發現12＃煤層8910采空區已與小煤窯采空區塌通，造成8901采空區外部漏風嚴重，導致8901綜放面采空區內煤炭自燃，產生大量CO。

由于8901采空區氣體成分及濃度變化不定，用氣相色譜儀分析氣體成分有CO、C2H4、C2H2（C2H2間歇出現）等，各氣體濃度時高時低。因此，可以采用CO、C2H4及C2H23個指標綜合地將采空區自燃劃分為3 個階段：出現0.0001%級的CO 時為緩慢氧化階段；出現0.0001%級的CO和C2H4時為加速氧化階段；出現0.0001%級的CO、C2H4和C2H2時為劇烈氧化階段，此時即將出現明火，工作面處于危險狀態。據此可知，8901綜放面在回采期間采空區之所以間歇地涌出C2H2，且各指標氣體濃度時高時低，就是由于反復出現明火所致。

2 8901綜放面綜合防滅火技術措施

2.1 均壓通風防滅火技術

8901綜放面均壓通風系統見圖1。在進風巷均壓硐室內按通風設施建筑標準砌建一道0.5m厚的隔離墻，在墻體上距頂板0.5 m 的中間位置安裝兩直徑為0.78 m 的鐵風筒。在隔離墻前3～6 m處砌建通風機穩裝平臺，再在平臺上并排放置2臺2×55kW 均壓通風機，兩臺通風機通過特制導風筒相連接 （1臺運轉、1臺備用）。在進風巷內均壓硐室之間砌建兩道均壓風門。在回風巷內距回風繞道口以里10m 處砌建兩道均壓調節風門。在均壓風門和均壓調節上分別安裝一套水柱計和乳膠管，觀測壓力變化情況。

圖1 均壓通風系統示意圖

2.2 封堵采空區外部漏風技術

由于工作面采空區進風側是采空區漏風的主要通道，為減少此處漏風，在工作面下隅角掛風簾，以改變此處風流方向和增加進風通道阻力，減少采空區漏風。在工作面回采過程中，必須有專人負責風簾管理。工作面回風巷是氮氣必流經的通道，氮氣注入采空區后在區內擴散，惰化氧化帶，然后大部分從回風巷流出。但如果此通道太暢通，必然造成氮氣在區內擴散速度加快，不利于采空區惰化。因此，對回風巷道頂板應該強制放頂，用矸石堵塞采空區回風側。

根據12＃煤層采空區與小煤窯破壞區的連通情況，對周邊小煤窯采掘情況進行了認真詳細的調查。通過對調查結果分析研究，決定有針對性地對有關小煤窯的巷道進行封堵。同時對901盤區內的相鄰采空區防火密閉進行了加固噴漿。

2.3 采空區注氮技術

在8901工作面進風巷外側巷幫敷設無縫鋼管，并埋入采空區內，管路采用法蘭盤連接，每隔一定距離預設氮氣釋放口，其位置高于煤層底板200～300mm，并采用石塊或木垛加以妥善保護以免孔口堵塞。為控制注氮地點，提高注氮效果，采用拉管移動式注氮方式，利用回柱絞車將埋管向外牽引，埋管移動周期與工作面推進速度保持同步，使注氮孔始終在采空區氧化帶內注入氮氣。通過氮氣的注入，降低了8901采空區內的氧氣濃度，對采空區內煤炭自燃起到了很好的抑制效果。

2.4 新型材料封堵技術

8901綜放面設備撤退完畢后，采用馬立散和羅克休等新型材料封閉采空區。首先在巷道內砌建兩層厚度分別為0.75m 的磚墻，兩層墻中間間隔0.3m，并向內灌注羅克休加固材料。然后在密閉墻周邊打鉆孔，灌注馬立散，將頂板裂隙充填嚴密。最后對密閉墻及裙邊進行噴漿，噴漿厚度不小于150mm。

2.5 地面集中灌漿防滅火技術

8901采空區封閉后，經過一段時間，通過觀測孔檢查采空區內CO 濃度達0.6%，說明煤炭又發生復燃。利用紅外熱像探測儀和采空區標志性氣體濃度分析查找火源位置?；鹪次恢么_定后，在地面建立集中灌漿系統，從地面直接向火源區域打鉆孔，對其進行黃泥灌漿。

3 8901綜放面綜合防滅火措施效果分析

通過采取綜合防滅火技術措施，燕子山煤礦的外部漏風量和8901綜放面采空區漏風量大幅減小，采空區煤炭自燃得到了有效遏制。

3.1 均壓通風防滅火技術

均壓系統啟動前，以相鄰封閉的8903采空區密閉墻內外壓差數據作為8901綜放面均壓系統啟用后壓力數據的參考，8903防火密閉墻內外壓差為3.5Pa。8901綜放面均壓系統啟用后，工作面與盤區巷道的壓差為3.4～3.6Pa，采空區的漏風由原來的150m3／min降至20m3／min，CO 濃度由原來最高的0.0015%降為0.000015%。通過采用均壓措施，使工作面內保持了足夠的風壓，有效地避免采空區漏風進入工作面，抑制了CO 等有害氣體的下泄，為安全回采提供了有利保障。

3.2 封堵采空區外部漏風技術

本措施實施完畢后，對12＃煤層采空區CO 氣體的外泄起到了一定的抑制作用，降低了8901綜放面采空區的外部漏風，14-2＃煤層901盤區進回風差由原來360m3／min減小到120m3／min。

3.3 采空區注氮技術

通過對工作面實施采空區注氮技術措施前后工作面上隅角CO 濃度的實測數據比對分析，發現在8901綜放面實施該措施后，工作面上隅角CO 濃度始終保持在0.000015%以下。因此，采空區注氮技術可以起到較好的防滅火效果。

3.4 地面集中灌漿防滅火技術

通過對8901綜放面相鄰和上覆采空區氣體濃度變化特征進行分析論證，大體確定了火源范圍，對此范圍進行了灌漿，將火源直接熄滅，徹底治理了CO 等有害氣體對礦井安全生產的威脅，CO 濃度由最高時的0.0015%降至0。

綜合防滅火技術的應用前后，8901 綜放面上隅角各種氣體變化情況見表1。從表1 中可以看出，綜合防滅火技術措施實施后，8901 綜放面采空區煤炭自燃的各項指標氣體的濃度呈顯著下降趨勢，上隅角溫度也明顯下降，說明采空區的煤炭自燃得到了有效遏制。

表1 8901綜放面上隅角各種氣體濃度變化情況

4 結論

（1）通過對燕子山煤礦8901綜放面采空區自然發火情況分析可知：該工作面采空區外部漏風嚴重；采空區自然發火的指標性氣體為CO、C2H4及C2H2；采空區自然發火分為3 個階段：出現CO時的緩慢氧化階段，出現CO 和C2H4時的加速氧化階段，出現CO、C2H4和C2H2時的劇烈氧化階段。

（2）根據8901綜放面采空區自然發火原因及特點，采取了均壓通風、封堵漏風、采空區注氮、新型材料封堵和地面集中灌漿相結合的綜合防滅火技術措施，該技術措施實施后，8901 綜放面采空區的漏風量由150m3／min降至20m3／min，CO 濃度由原來最高的0.0015%逐漸降至為0.000015%，工作面上隅角CO 濃度始終保持在0.000015%以下，工作面的采空區漏風和煤炭自燃都得到了有效治理，使得該工作面的120萬t煤炭安全采出。

（3）綜合防滅火技術在治理煤炭自燃中起到了非常重要的作用，但是，在實際應用中還有很多不足需要今后進一步研究，如缺乏成熟的理論和技術來準確查找煤炭自燃位置，目前部分防滅火材料腐蝕井下設備，危害工人健康、污染井下環境，在今后的工作中應主要研究安全、綠色、經濟、高效的防滅火材料和設備。

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