防滅火技術在停采工作面的應用研究

胡 斌

(西山煤電集團公司 鎮城底礦，山西 太原 030200)

防滅火技術在停采工作面的應用研究

胡 斌

(西山煤電集團公司 鎮城底礦，山西 太原 030200)

基于處于停采回撤設備階段的綜采工作面采空區自燃、支架間隙與回風巷道中CO等有害氣體超限等問題，分析了采空區浮煤、漏風通道等因素對煤層自燃的影響，結合實際地質條件，利用高位鉆孔注防火材料、均壓通風與注凝膠泡沫等綜合防滅火技術，確保工作面支架間CO濃度降至12.5 mg/m3以下，使得工作面能夠安全停采回撤設備。

防滅火技術；停采；高水材料；均壓通風；凝膠泡沫

綜采工作面在停采撤設備期間，若持續時間較長，則采空區的浮煤存在自燃隱患，一般情況下，采用噴灑阻化劑、注氮氣等方法來達到阻燃效果。實際應用中，已自燃的煤體溫度較高，阻化劑噴灑后效果并不穩定，且氮氣的穩定性也較低不易積聚。現階段，隨著開采深度、開采范圍的逐漸增加，原有的噴灑阻化劑、注氮氣等防滅火方法在治理采空區浮煤自燃的效果上不明顯，因此，需要根據工作面的實際條件，制定相應的綜合防滅火技術，如：利用高分子膠體、凝膠泡沫等材料。

1 工作面概況

本文研究的試驗工作面為圣厚源礦8429面，長200 m，走向長度320 m. 工作面南部鄰近7425、8419工作面的采空區、上覆為7427工作面的采空區，傾角平均25°，地質構造復雜，南部含有較多小斷層，圍巖裂隙較為發育。工作面煤層自然發火期3～6個月。通風方式為U型通風，進風量為900 m3/min，工作面已配有注氮氣、灌漿等防滅火系統。

工作面開采過程中，受地質構造與煤層傾角大的影響，采空區浮煤量較大，推進速度較慢，超過了煤層的自然發火期，造成采空區浮煤發生多次自燃。該工作面停采期間，由于采空區浮煤自燃造成支架后方CO的濃度逐漸升高，部分支架附近出現了局部的火風壓區域，氣體溫度也較高，此外在回風巷道中也監測到CO等有害氣體。

2 CO等有害氣體超限原因分析

結合現場實測數據變化規律，分析該工作面在停采撤設備過程中CO濃度超限的主要原因有：

1) 采空區浮煤量較大。工作面地質構造復雜，圍巖破碎嚴重，造成采空區內浮煤量較多，在采動過程中上覆已采完的采空區垮落，最后造成采空區遺留煤量較多。

2) 工作面推進速度過慢，造成工作面浮煤長時間與空氣接觸，超過自然發火期。8429工作面在推進過程中受地質構造的影響，月進度僅為2 m，后期在工作面停采過程中因圍巖破碎不易支護造成停采時間較長，支架間與支架后方浮煤接觸空氣時間較長，使得發火面積進一步擴大。

3) 防滅火措施較為單一且不到位，因8429工作面煤層傾角較大，注漿管路鋪設在標高較高一側，注漿過程中漿液無法對工作面及采空區進行全覆蓋，達不到防滅火的效果。

4) 工作面圍巖裂隙較多，漏風通道較多。通風過程中，部分新鮮風流進入采空區。經現場實測，上覆采空區的密閉墻存在漏風，造成8429工作面采空區與上覆采空區貫通，使采空區的氧化帶范圍增大。此外，綜放工作面后運輸機位置也是漏風的通道。

3 綜合防滅火治理方案

考慮到8429工作面的地質條件以及現有的防滅火設備等因素，在減少漏風通道、隔絕采空區浮煤氧氣接觸、及時消除高溫區域等原則的基礎上，制定相應的防滅火治理方案。方案主要是利用均壓通風技術來封堵工作面兩端頭與支架后擺梁等漏風通道，同時繼續利用注漿管路進行注漿。除此之外，在上巷打高位鉆孔，鉆孔深度到采空區氧化帶的不同層位，達到全面覆蓋氧化帶，阻止采空區浮煤自燃的目的；同時向支架后方打鉆孔注凝膠泡沫，封堵上覆采空區造成裂隙的漏風通道，對工作面發火區域進行全面綜合治理。

4 防滅火技術的實踐應用

4.1 監測監控設備應用

1) 對回風巷道、工作面兩端頭上隅角、支架后擺梁位置加強人工監測，同時繪制氣體變化曲線圖。

2) 監測架間、支架后擺梁以及部分鉆孔內的溫度變化，并繪制相應的變化曲線。

3) 對8429工作面各布置監測設備地點的CO、CH4等有害氣體進行監測統計，并給出分析結果。

4.2 綜合防滅火治理方案

1) 均壓通風。

研究在不同射擊工況下的彈丸膛內運動規律，對彈丸裝藥的設計和彈炮匹配性設計具有一定的指導意義，未來將對不同磨損程度的身管內彈丸運動規律作進一步的研究。

工作面采用調節風門與局扇聯合均壓通風措施達到防滅火的目的。在工作面停采期間，為減少采空區漏風，可在回風巷布置調節風門，在進風巷內布置局部通風機。增大工作面的風壓，通過調節通風機與風門位置及大小，使通風系統的穩定，減少采空區CO等有害氣體的涌出。

2) 封堵漏風通道。

停采結束后，在上下隅角位置布置密閉墻，并對墻體與圍巖的裂隙處進行加強封堵，確保密閉有效。另外在上隅角即端頭支架處安設風帳，能夠有效降低新鮮風流；在撤設備期間，為了防止8429工作面采空區因圍巖裂隙漏風造成浮煤自燃，持續向支架后擺梁位置噴灑阻化劑，確保能夠將浮煤與空氣隔絕，隨著設備回撤量的增加，阻化劑的噴灑量逐漸降低，保證能夠對采空區浮煤全覆蓋，最終達到封堵漏風通道防滅火的目的。

3) 注防滅火材料。

一方面向采空區施工高位鉆孔并注高水材料，為了降低上覆采空區對8429工作面的影響，終孔深度距煤層頂板控制在3～5 m；另一方面向支架間施工鉆孔注凝膠泡沫材料，一般情況下，凝膠泡沫被注入后，其擴散半徑約3 m，結合工作面傾角較大會影響凝膠泡沫的流動原因，從工作面上隅角施工第一組鉆孔，后續每隔5架支架施工一組鉆孔。確保支架后方被注入的凝膠泡沫能夠形成隔離帶，封堵漏風通道、阻止有害氣體溢出。

4.3 現場防滅火措施

1) 灌漿措施。在工作面運輸巷道或鄰近工作面的巷道內打鉆孔向采空區注漿，現場也可采取提前埋設管路來注漿。需要注意的是，注漿位置需控制在支架后方10～15 m. 因8429工作面煤層傾角較大屬于仰采，為防止灌入的漿液倒流回工作面，可采取提前注凝膠墻的措施形成隔離帶，延長灌入漿液作用的時間，同時也可加入適量催化劑，強化其防滅火的效果。

2) 注氮措施。在工作面停采支護期間即安設注氮管路，向采空區注氮防滅火，注氮量大小視采空區氧化程度來確定。當采空區CO濃度不超過50 mg/m3時，注氮量控制在300 m3/h即可，當采空區浮煤氧化程度加大時，可適當提高注氮量。

3) 均壓通風。工作面撤支架期間，為確保工作面通風系統的穩定性，可采用均壓通風的方式，即在進風巷道安設局扇，回風巷道安設調節風窗，并根據實際條件及時調節風窗面積。

4.4 治理效果

結合現場實測結果可知：8429工作面停采期間采空區浮煤自燃得到了較好的控制，工作面支架間與支架后方CO濃度降低到12.5 mg/m3以下，確保了工作面安全停采回撤設備。

5 結 論

1) 8429工作面上覆存在采空區且圍巖裂隙較多造成采空區浮煤易自燃，現場前期存在漏風通道多、推進速度慢以及高溫點分布不均勻等難以治理的因素。因此，在工作面停采期間，利用均壓通風技術來治理通風系統紊亂問題，利用高位鉆孔注高水材料治理漏風通道過多問題，利用支架間注凝膠泡沫來強化工作面封堵效果。綜合防滅火技術的應用，有效地治理了采空區浮煤的自燃，確保了工作面的安全停采撤設備。

2) 工作面停采撤設備期間，由于停滯時間較長，易出現采空區浮煤自燃問題，需及時采取灌漿、注凝膠泡沫、構筑隔離墻等綜合防滅火措施。

3) 采空區浮煤自燃的原因有許多，現場治理過程中，應根據工作面實際地質條件，結合防滅火技術的特點，制定相應的綜合防滅火方案，快速治理采空區浮煤自燃。

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Application and Research on Fire Prevention and Control Technology in Stop Mining Working Face

HU Bin

Based on the problems such as spontaneous combustion, CO and other harmful gases being over standard in fully mechanized coal mining face in the stage of the supporters withdraw, the factors impacting spontaneous combustion such as the floating coal and the air leakage channel in the goaf are analyzed. Combined with the actual geological conditions, comprehensive methods of drilling hole and injecting fire resistant materials, of balanced pressure ventilation and of injection gel foam are used to keep the CO concentration near the work face space down to 12.5 mg/m3or below, so to guarantee safe production during the whole period of mining terminal, of equipment withdraw .

Fire protection technology; Stopping coal mining; Material with high water; Balanced pressure ventilation gel foam

2016-08-20

胡 斌(1984—)，男，內蒙古豐鎮人，2007年畢業于華北科技學院，工程師，主要從事煤礦通風技術管理工作

(E-mail)hubinbin1198@126.com

TD75+2

B

1672-0652(2016)10-0026-03