易燃厚煤層綜放工作面綜合防滅火技術(shù)探析

文/徐永和

易燃厚煤層綜放工作面綜合防滅火技術(shù)探析

文/徐永和

柴里煤礦是山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司的骨干生產(chǎn)礦井之一，于1964年10月建成投產(chǎn)，是我國第一對(duì)厚含水沖擊層下開采特厚煤層的實(shí)驗(yàn)型礦井。目前，礦井現(xiàn)殘存老火區(qū)達(dá)10余個(gè)，現(xiàn)行開采的三煤層屬易燃厚煤層，自然發(fā)火期僅為35天，且經(jīng)過50多年開采，煤礦可采資源日趨減少。因此，準(zhǔn)確、快速、有效地預(yù)防自燃危險(xiǎn)區(qū)和治理自然發(fā)火隱患點(diǎn)，對(duì)確保工作面的安全生產(chǎn)具有重要意義。

一、易燃厚煤層綜放工作面自燃隱患綜合探測(cè)

1.漏風(fēng)通道測(cè)定技術(shù)

漏風(fēng)通道的確定對(duì)判斷和預(yù)測(cè)自然發(fā)火取樣有重要作用。柴里煤礦采取釋放六氟化硫（SF6）氣體來進(jìn)行測(cè)定漏風(fēng)通道，SF6氣體作為一種無色、無味、無毒和不可燃且透明的惰性氣體，穩(wěn)定性好。

釋放六氟化硫（SF6）氣體時(shí)，二人一組，在地面用100ml注射器抽取濃度是99.9%SF6氣體100毫升，3分鐘內(nèi)一次性把100mlSF6釋放完畢，釋放后30分鐘取第一次氣樣，此后每隔10分鐘取樣一次，連續(xù)取樣4個(gè)小時(shí)，直到接收到SF6為止。取樣的同時(shí)記錄注射器編號(hào)與取樣時(shí)間，上井進(jìn)行分析，通過取樣中SF6含量和取得時(shí)間判斷有無漏風(fēng)通道及其漏風(fēng)強(qiáng)度。

2.探氣技術(shù)

通過施工鉆孔對(duì)巷道高冒區(qū)、巷道與老巷道、老硐室聯(lián)系區(qū)、漏風(fēng)通道發(fā)育區(qū)、采空區(qū)等進(jìn)行氣體取樣分析，判斷氣體成分，并根據(jù)實(shí)際情況，選擇一氧化碳（CO）作指標(biāo)氣體，結(jié)合“烷烯比”進(jìn)行判斷煤炭自燃情況。

3.深部（淺部）溫度探測(cè)技術(shù)

溫度能直接反映煤層自燃進(jìn)展情況，如煤炭在化學(xué)吸附階段溫度達(dá)到70℃時(shí)就會(huì)分解，與氧分子結(jié)合，進(jìn)而發(fā)生自燃。因此，煤炭溫度探測(cè)對(duì)防治煤炭自燃有重要作用，可分為煤體淺部探溫和采空區(qū)深部探溫兩種技術(shù)。深部探溫技術(shù)是通過探溫電子元件與溫度顯示儀器相結(jié)合，能有效探測(cè)50m以內(nèi)的深部采空區(qū)煤炭積熱溫度情況；淺部探溫技術(shù)能對(duì)10m以內(nèi)的煤體進(jìn)行靜態(tài)探溫，并可結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)溫度探測(cè)和監(jiān)控，對(duì)于防治煤炭自然發(fā)火效果顯著。

二、易燃厚煤層綜放工作面防滅火技術(shù)應(yīng)用

1.工作面概況

作為易燃厚煤層綜放工作面——23下604北工作面井下位于236采區(qū)東北部，原設(shè)計(jì)為23308工作面，因23309通道自然發(fā)火隱患被迫分為23308東、西工作面，北鄰23400工作面采空區(qū)，南鄰23309工作面采空區(qū)，東鄰23308東工作面采空區(qū)，工作面中部為23309通道老火區(qū)。為最大限度提高工作面可采儲(chǔ)量，柴里煤礦將23下604北工作面、23308西工作面所在區(qū)域和23308東西兩面之間的未采區(qū)域合并，作為23下604北工作面一并開采。

由于23下604北工作面周圍為已開采區(qū)，受礦井采動(dòng)壓力影響，在掘進(jìn)施工中存在較多高冒區(qū)，且與老巷道、老硐室聯(lián)系，造成該區(qū)域漏風(fēng)通道發(fā)育，采空區(qū)相互聯(lián)通。柴里煤礦技術(shù)人員通過對(duì)23下604北工作面及其周邊區(qū)域采空區(qū)高溫火區(qū)進(jìn)行有效探測(cè)和判斷，發(fā)現(xiàn)23下604切眼漏風(fēng)通道發(fā)育，運(yùn)輸巷400#棚-500#棚與23400采空區(qū)溝通聯(lián)系，23309通道、原23604上分層切眼等地點(diǎn)存在自然發(fā)火隱患，需采取精確深孔探溫注漿、淺孔密集鉆、注凝膠、注三相泡沫、錨注、注水降溫及其溫度探測(cè)等綜合防滅火技術(shù)措施進(jìn)行治理。

2.23309通道自然發(fā)火隱患點(diǎn)治理

23309通道基本為南北向，巷道長度160m，南高北低落差25m，與南皮巷道上下重疊，落差南段高差30m、北段高差25m。2013年1月份，技術(shù)人員在南皮巷道中利用巷道傾斜高差，由高向低，向23309通道施工Ф42mm防火鉆孔高位孔7個(gè)，對(duì)該處巷道進(jìn)行全范圍覆蓋。通過鉆孔取樣、探溫分析，23309通道仍存有CO，濃度35ppm，溫度37℃，說明該區(qū)域存在自然發(fā)火隱患，需要重點(diǎn)加強(qiáng)自然發(fā)火隱患治理。基于此，礦井施工人員通過對(duì)7個(gè)防滅火鉆孔進(jìn)行注凝膠20t，發(fā)三項(xiàng)泡沫1530 m3，從而將23309巷道全部進(jìn)行充填。治理后期通過取樣和探溫，發(fā)現(xiàn)自燃隱患點(diǎn)得到了有效治理，為下一步進(jìn)行23下604工作面掘進(jìn)施工提供了安全施工環(huán)境。

3.深部鉆孔和淺孔密集鉆相結(jié)合技術(shù)

利用深部鉆孔注漿。在23下604軌道巷向上分層停采線施工Ф42mm注漿高位孔6個(gè)，終孔點(diǎn)高于上分層底板5m；距外幫1m開始沿停采線方向間距3m施工1高位孔，共施工3孔；沿采空區(qū)方向間距3m一孔，施工5孔。運(yùn)輸巷施工過23上604停采線50m后，向外幫23400采空區(qū)，施工Ф42mm壓漿、注膠鉆孔，20m一孔；距離運(yùn)輸巷道12點(diǎn)位置向外每10m施工1個(gè)深部鉆孔。通過上述深部鉆孔進(jìn)行取樣、探溫、壓漿、注凝膠等防滅火材料治理自然發(fā)火隱患。

利用淺孔密集鉆探氣和注水降溫。在23下604兩巷掘進(jìn)過程中，對(duì)高冒區(qū)、頂板破碎區(qū)，每隔10棚，施工Ф32mm淺孔探氣鉆孔一組，定期進(jìn)行取樣、測(cè)溫、注水，并根據(jù)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行有效分析，加大或減少注水量和取樣密度，做到防滅火工作有的放矢，即治理到位又降低成本。

4.高分子材料充填及堵漏

傳統(tǒng)上的壓漿防滅火技術(shù)在防治自燃隱患上具有局限性，其性質(zhì)決定壓漿在空間上受到很大限制。為最大限度發(fā)揮壓漿防滅火作用，柴里煤礦技術(shù)人員在黃土漿中添加新型防滅火材料，兩者配合使用，最大限度地充填覆蓋破碎煤炭和充填裂隙，克服了常規(guī)壓漿防滅火只能覆蓋底部堆積碎炭引起高溫點(diǎn)，泥漿從高向低流動(dòng)的缺點(diǎn)。

新型防滅火材料中的高分子阻化泡沫由表面活性劑、高分子保水材料和化學(xué)阻化劑組成，具有保水保濕作用，能將覆蓋碎炭濕潤，降低煤體表面溫度，隔絕與氧氣接觸，阻化劑能降低破碎煤炭高溫自燃幾率，氮?dú)饽芙档筒煽諈^(qū)中氧氣濃度，達(dá)到消除高溫點(diǎn)的目的。礦技術(shù)人員采取該項(xiàng)技術(shù)，通過深部高位孔向23604原停采線注凝膠10t，發(fā)泡1200m3，向23309通道進(jìn)行注凝膠20t，發(fā)三項(xiàng)泡沫1530m3，徹底消除了自燃隱患，保證了工作面正常生產(chǎn)。

同時(shí)，分別在23下604轉(zhuǎn)運(yùn)、23下604軌道巷停采線漏風(fēng)巷道使用高分子化學(xué)防滅火材料進(jìn)行噴堵，在軌道巷、運(yùn)輸型靠近切眼、23下604切眼對(duì)高冒區(qū)、冒頂區(qū)等漏風(fēng)通道進(jìn)行充填，封堵了漏風(fēng)通道，杜絕了漏風(fēng)，起到了較好的防滅火效果。

三、結(jié)論

自然發(fā)火是制約厚煤層開采工藝發(fā)展的因素之一，也是煤炭行業(yè)多年來努力解決的一個(gè)課題。柴里煤礦針23下604北工作面實(shí)際特點(diǎn)，通過漏風(fēng)通道探測(cè)、氣體探測(cè)、溫度探測(cè)等綜合防滅火技術(shù)，確定自然發(fā)火隱患區(qū)域，取得了顯著的治理效果，順利實(shí)現(xiàn)了工作面的安全開采，具有顯著的社會(huì)效益和推廣價(jià)值。

（作者系山東能源棗礦集團(tuán)柴里煤礦礦長）

（責(zé)任編輯：周瓊）