特厚易燃多煤層下分層綜放仰采過斷層期間綜合防滅火技術的研究與應用

曹富榮 周喆 徐忠峰 白鎵濼

(中國華能華亭煤業集團有限責任公司凈石溝煤礦,甘肅平涼 744201)

特厚易燃多煤層下分層綜放仰采過斷層期間綜合防滅火技術的研究與應用

曹富榮 周喆 徐忠峰 白鎵濼

(中國華能華亭煤業集團有限責任公司凈石溝煤礦,甘肅平涼 744201)

受產能限制,凈石溝煤礦下分層21515綜放工作面仰采過F2逆斷層,期間工作面反復出現垮幫冒頂、支架傾倒、接頂不實、擠架咬架、推移困難等現象,多次陷入停產、半停產狀態。根據工作面推進速度緩慢,煤層自然發火期短,地質條件復雜,空間位置特殊的現狀,積極采取了以監測預報、堵漏隔離、阻化惰化、降溫增濕等綜合防滅火措施,在工作面平均日推進0.35m情況下,持續防火攻堅150d,工作面實現了零發火,確保了礦井生產安全,為適應礦井深部開采復雜條件下火災預防和治理提供了技術借鑒。

特厚易燃 分層開采 過斷層 綜合防滅火

1 工作面概況

21515綜放工作面位于礦井西翼二采區二區段，屬煤5層下分層工作面，采用傾斜分層走向長壁綜合機械化低位放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板，“U”型后退式上行通風，運輸順槽732m，回風順槽710m，切眼90m，煤層均厚12m，傾角28°。21515工作面開采煤層為黑色、半暗半亮型長焰煤，煤質低灰、低硫、中磷，屬易自燃煤層，自燃傾向等級為“Ⅰ”級，最短自燃發火期為18d，且煤塵具有爆炸性，爆炸指數33.69%。

2 發火原因分析:

2014年3月14日，工作面個別架頂、架尾CO濃度和溫度明顯上升，尤其是工作面上段54#-59#支架區域和下段7#-21#支架區域，CO最高達286ppm，溫度27℃，自燃發火征兆明顯，防火形勢嚴峻。綜合分析，原因如下。

2.1 開采煤層極易自燃。

煤5層本身屬于長焰煤，是易自然發火的煤層，其自燃傾向等級為“Ⅰ”級，最短自燃發火期為18d左右，自然發火期3-6個月。

2.2 空間位置特殊。

回采的21515綜放工作面其上部為煤5上分層21514綜放工作面采空區，在21514綜放工作面采空區上部2～6m垂高又有煤4-2層21423綜放工作面采空區，這樣該區段在垂高約20m的高度上就有3個采空區近距離重疊，形成了多重易燃煤層采空區，在空間上呈立體自然發火帶，上下通透，漏風環境復雜，供氧條件充分。

2.3 地質條件復雜。

一方面，揭露斷層帶將工作面沿傾向分為煤-巖-煤三部分，即工作面上段54#-59#支架區域和下段1#-20#支架區域為煤層，中部為煤巖混合體，受張拉、擠壓、揉搓等作用導致煤層錯位，裂隙發育，工作面頂板呈煤、巖破碎狀，致漏風通道增多，采空區浮煤堆積量大，且破碎帶交界處煤巖分離明顯，整個工作面穩定性極差，架前、架頂易超前破碎垮落，抽槽冒頂現象嚴重，架頂漏空高冒區較多，煤體漏風蓄熱條件充分；另一方面，過斷層推進期間，受工作面爆破碎巖、采煤機強行割巖，支架閥組竄液，通風斷面減小等外界因素影響，工作面產生熱量增多。

2.4 推進速度緩慢。

截止2014年7月15日，工作面沿走向累計推進不足52m，月推進距離最大13m，最小9.5m。推進度(見表1)

3 綜合防火措施:

表1 21515綜放工作面過F2逆斷層期間推進度一覽表

3.1 定點監測預報措施。

1)專職瓦檢員定點監測匯報。過斷層開采初期，在21515綜放面安排專職瓦檢員利用光干涉瓦檢器、英思科MX4便攜式多參數報警儀等，對工作面、上下隅角等地點的CH4、CO等有害氣體、O2含量、溫度實行三班蹲點監測匯報，發現問題立即匯報處理。2)人工采樣分析。信息中心安排專人對工作面支架后尾梁側的高溫點、氣體異常區域通過負壓采樣泵、氣囊進行氣樣采集，并送到地面實驗室進行色譜化驗分析，檢測氣樣中O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等參數情況，掌握采空區浮煤蓄熱氧化動態。

3.2 采空區堵漏、浮煤阻化措施。

在工作面上、下隅角各碼放一道嚴實的黃土墻，墻體緊貼煤壁，縫隙用黃泥做封堵處理，并在墻體外側設置導風障，將上、下隅角端頭漏風通道堵死，堅持做到工作面上下端頭 “走時設置導風幛，停時碼黃土密封墻”的原則，要求黃土墻封堵工作隨工作面及時跟進，以減少采空區漏風供氧。對于工作面上、下段煤體裸露部分、斷層分離空間、煤巖交接部分、支架架縫等區域利用篩選的細黃土和成黃泥進行抹滿封堵，特別是在工作面支架傾倒停止推進的情況下，在架尾老塘側以里碼放一道致密的黃土隔離墻(篩選的細黃土裝在編織袋中，注水浸濕，形成泥漿)，縫隙利用黃泥漿二次抹滿封堵，使其與巖石段部分接壤為一體，從架尾、架縫、老塘連成一體，將采空區與外界徹底隔離，形成獨立的密閉空間，封堵漏風通道，打破供氧平衡條件。

3.3 科學注氮防火措施。

首先，結合我礦多重采空區立體“三帶”考察結果，氧化帶位于10m～45m范圍，故在21515綜放面運輸順槽預埋單趟4寸注氮拖管(深度34m)的基礎上，再增加一趟2寸注氮管路，埋入深度11m左右，氮氣釋放口高于底板500mm，直對氧化帶進行注氮，目的在于通過氮氣的排氧惰化及吸熱降溫作用，抑制氧化帶浮煤自燃。其次，將注氮時間由原來的6h調整為24h連續注氮，并打開上分層21514采空區和煤4-2層21423采空區注氮控制閘閥，實行三個采空區同步注氮，目的在于讓持續、大量的氮氣充填整個上下通透的采空區間，形成微正壓，置換出有毒有害氣體，形成氮氣惰化屏障，杜絕采空區漏風。

3.4 異常區降溫防自燃措施

為有效解決工作面7#-16#、45#-59#支架區域決溫度持續上升，氣體居高不下的問題，(如圖1所示)分別在21515綜放工作面回風順槽和運輸順槽布設措施孔，以支架上部、后側垂高7m處的頂板為終孔，通過鉆桿、插管靜壓注水、壓注阻化劑溶液及優樂防滅火“Ⅰ”號材料等手段，實現了對煤體的降溫和包裹，使煤體與外界隔離，抑制氧化條件形成，此方法有效降低了支架頂板及后幫部煤體的溫度。

3.5 其他措施

破碎漏頂區防火。針對架后浮煤、架頂裂隙和高冒區，工作面調架穩架期間，架前冒頂垮塌，沿綜放面傾向斜長約15m，最嚴重的35#支架處架頂冒落高度約4.5m，寬度約5m；47#—59#支架段架頂漏空，高度2.5m-3m，寬度約3m；另外架尾上部浮煤松散，局部地段鉆場輻射范圍不到，頂板的破碎煤，漏頂區在空氣中暴露時間長，防火困難。成為整個防火部署的難點。為此我們采用了定點目標注氮和插管注漿相結合的措施(如圖2所示)。除此之外，還沿工作面傾向對后溜以里的浮煤噴灑濃度≥15%的氯化鎂溶液進行阻化，并將工作面有效風量由466m3/min下調至360m3/min左右，在滿足安全生產需要的前提下實行小風量供風。

4 效果

以上措施實施以后，工作面架間CO由治理前286ppm下降并穩定在18ppm左右，實現了仰采過斷層開采持續長達150d的防火勝利，消除了21515綜放工作面過F2逆斷層期間采空區移煤自然發火的隱患，保障了21515綜放工作面過斷層安全，多采原煤45萬噸。

[1]國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程[M].北京:煤炭工業出版,2011年.

[2]張國樞.通風安全學[M].北京:中國礦業大學出版社.2007年7月.

[3]宋元文.煤礦災害防治技術[M].甘肅蘭州:甘肅科學技術出版社,2007年1月.

白鎵濼(1987—),男,甘肅靈臺人,助理工程師,現在華亭煤業集團有限責任公司凈石溝煤礦從事“一通三防”安全管理工作。