采煤工作面回撤期間防瓦斯防火技術研究

閆林秀

（山西煤炭進出口集團左權宏遠煤業有限公司，山西 晉中 032612）

引言

左權宏遠煤業有限公司（以下簡稱宏遠煤業）位于左權縣城北約20km寒王鄉平王村，現批準開采15號煤層，生產能力為120萬t／年，井田面積為9.34km2，目前已建成投產。設計開采的15號煤層自然傾向性鑒定為不易自燃煤層。但由于其上部的14號煤層平均厚度為0.65m，與15號煤層層間距較小，且為自燃煤層，在15號煤層采用綜采放頂煤開采過程中14號煤極易隨頂板冒落到采空區上部形成遺煤自燃。與宏遠煤業相鄰的石港礦、佳新礦采用綜采放頂煤開采后回撤期間均有不同程度的煤層自燃隱患。因此，根據煤層賦存狀況開展工作面回撤期間的“一通三防”綜合防治技術研究，科學合理地制定有效的防滅火措施，對保證礦井安全生產、避免資源損失及礦井的可持續發展具有重大意義。

1 技術方案

1）利用尾巷排放瓦斯。

合理控制回風巷和尾巷內通過的風量，使采空區涌出的瓦斯絕大部分由尾巷排出，大大提高了工作面通風排放瓦斯能力，有效防止采空區自然發火。

2）工作面架后鋪設風筒布減少采空區漏風。

工作面回采結束后，在擴循環期間鋪設頂網，同時在頂網上鋪設一層（或兩層）風筒布，擴機道結束后，將工作面上下隅角沿切頂線用瑞米1號快速密閉材料進行封堵。在撤架空間與采空區形成一道隔離墻，隔絕或減少向采空區漏風，人為強制減小氧化帶范圍將其變成窒息帶，是最有效最實用的防滅火措施［1］。

3）注氮氣、合理控制瓦斯抽放量。

采空區高位瓦斯抽放是解決綜放面瓦斯問題行之有效的措施之一。合理利用頂板高抽巷治理工作面瓦斯，有效控制抽放負壓和抽放流量，防止因采空區瓦斯抽放而導致煤炭自燃，同時利用瓦斯防火，推行瓦斯就是最好的防火材料的理念。工作面收尾拆除期間繼續向采空區氧化帶壓注氮氣，減小氧化帶范圍，同時，在保證工作面風流、架間局部及回風流瓦斯不超限的前提下，合理控制高抽巷瓦斯抽采量，因宏遠煤業主要為上鄰近層自燃高位火，利用甲烷密度小于氧氣的原理，利用采空區涌出的高濃度瓦斯，擠走采空區氧氣，從而減少采空區漏風量、縮短氧化帶［2］。

4）回撤期間選用正壓通風。

末采期間合理控制工作面風量，對工作面調風三次。設備列車和運輸順槽設備回撤結束后，及時封閉150101運輸順槽。工作面撤架期間改變原全負壓通風方法為局扇風筒正壓通風。通過正壓通風減小氧化帶范圍，同時隨著支架回撤，逐步減少供風距離，已回撤區域形成氮氣甲烷窒息帶，有效防止自然發火［3］。

5）現場試驗實施過程。

2012年9月15 日末采階段由宏遠煤業與施工方共同探討，立項將150101工作面回撤期間的瓦斯治理與防滅火管理作為一項重要的科學調研項目，并進行了工作面回撤期間的瓦斯治理與防滅火管理方案設計。設計中確立回撤期間的通風系統及防滅火管理、瓦斯管理等。具體工作面實施情況如下：

150101 工作面于2012年3月份開始回采，于2012年10月8日終采回撤。擴機道期間，采用頂網上部鋪設風筒布隔離，工作面上下隅角采用瑞米1號快速密閉材料進行封堵。

回撤期間采用正壓通風的方式對綜采工作面供風，10月15日將150101運輸順槽封閉，在150101回風順槽巷道口安裝型號為FBDNo7.1的局部通風機兩臺，功率為30kW×2，兩臺局部通風機要連接雙電源，并與工作面電氣設備實現風電閉鎖。根據需風量計算中，綜采面回撤期間需風量最大值是500m3／min，滿足風速驗算。選用FBDNo7.1功率為30kW×2的局部通風機供風量為460～660m3／min可滿足工作面回撤期間生產需求，如圖1所示。

圖1 150101工作面回撤期間的通風系統示意圖

在拆架處、拆架巷距回風口10～15m處、內錯排瓦斯巷分別安設一組CH4、CO、溫度監測探頭；拆架處甲烷傳感器報警、斷電值瓦斯體積分數分別為0.8%、1.2%，復電值＜0.8%；回風口甲烷傳感器報警、斷電值均為0.8%，復電值＜0.8%。一氧化碳體積分數探頭報警均為24×10－6，溫度探頭報警值為26℃。工作面甲烷傳感器必須實現瓦斯電閉鎖。

工作面回撤期間采用連續注氮的方法對采空區注氮，縮小“三帶”范圍，注氮量不得小于1 200m3／min。

回撤期間CH4和CO均得到有效控制。10月25日工作面上隅角瓦斯增大，為了防止瓦斯積聚，宏遠煤業采取了在工作面上隅角安裝風障引導風流吹散上隅角瓦斯的方法，取得了良好的效果。

11月3日150101 工作面采空區、抽放巷、上隅角CO增加，將抽采低負壓系統關閉、封閉內錯排瓦斯巷，加大采空區注氮量的方法，降低采空區漏風量有效地控制了采空區氧化自燃速度，控制了CO濃度增長，如圖2所示。

圖2 拆架期間工作面CO曲線變化圖

11月12日150101 工作面支架順利回撤，工作面正式開始封閉。11月17日工作面封閉完成。

2 技術共性和創新點

1）工作面架后采用風筒布隔開，上下隅角噴射瑞米1號高分子材料封堵。

在擴循環期間鋪設頂網同時在頂網上部鋪設一層（或兩層）風筒布，擴機道結束后，將工作面上下隅角沿切頂線用瑞米1號快速密閉材料進行封堵。在撤架空間與采空區形成一道隔離墻，隔絕或減少向采空區漏風，從而改變了采空區氧化帶的范圍和供氧條件，使氧化帶提前進入窒息帶。人為強制減小氧化帶范圍將其變成窒息帶是最有效最實用的防滅火措施。

2）合理選擇通風方法，控制抽放量，利用CH4防火。

回撤期間根據工作面瓦斯涌出量合理配風，取消全風壓通風方式，采用正壓通風。可以有效抑制采空區有毒有害氣體涌出量，減少采空區漏風，采空區及已回撤區域形成氮氣甲烷窒息帶，有效防止自然發火。

3 性能指標與同類技術的比較

綜采放頂煤是綜合機械化生產采煤工藝的一次改革。由于在緩傾斜厚煤層中基本上是一次采全厚，極大地簡化了采區生產準備、減少了分層開采工藝過程，明顯地具有高產、高效、投入少、效益好的優越性；但也極大地增加了防治瓦斯與防滅火管理的技術難度，很難用單項技術達到目的并取得良好效果，宏遠煤業將抽采及內錯尾巷、通風方式等技術結合保證了工作面的安全回撤。

4 應用條件的推廣前景

隨著礦井開采深度增加，我國目前高瓦斯易自燃礦井數量也逐漸增加，部分礦井在回撤期間均發生過自然發火事故封閉工作面，造成巨大經濟損失，直接威脅員工生命安全，此應用推廣可防止自然發火及瓦斯事故的發生，確保高瓦斯易自燃綜放面安全順利回撤、封閉結束，市場推廣應用前景廣闊。

5 社會經濟效益

5.1 提供經驗

宏遠煤業礦井周邊大多為高瓦斯易自燃礦井，大多在回撤期間發生過自然發火事故而封閉工作面。目前國內外相關技術研究較少。此次研究應用為今后生產提供了寶貴的經驗，積累了較多的數據可供參考。

5.2 保證安全生產

礦井積極探索新技術，保證了礦井的安全生產，實現了該150101工作面安全順利回撤。

5.3 創造巨大經濟效益

此項目的研究保證了工作面的安全回撤，為今后的安全生產積攢經驗。宏遠煤業臨近礦井清河店煤礦在2011年發生煤炭自然發火，導致礦井封閉10個月，造成巨大經濟損失。直接經濟損失3 000萬元人民幣，間接經濟損失2.6億元人民幣。石港公司兩次封閉采煤工作面，封閉期間發生多次爆炸，均造成巨大的經濟損失。

間接經濟效益分析：項目實施以后有效避免了采空區自然發火，間接減少資產損失、防滅火費用，保證了工作面安全回撤。

［1］ 祝經康.綜采放頂煤工作面自然火災防治技術［J］.淮南職業技術學院學報，2002（1）：28.

［2］ 馬魁，王德民，畢強，等.高瓦斯易自燃綜放面自燃危害的綜合防治［J］.工礦自動化，2008（2）：44.

［3］ 裴印昌，楊俊民，王軍，等.焦化煤體綜采工作面自燃危害的綜合防治［J］.煤炭技術，2007（6）：81.