防滅火技術(shù)在停采工作面的應(yīng)用研究

胡 斌

(西山煤電集團(tuán)公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030200)

防滅火技術(shù)在停采工作面的應(yīng)用研究

胡 斌

(西山煤電集團(tuán)公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030200)

基于處于停采回撤設(shè)備階段的綜采工作面采空區(qū)自燃、支架間隙與回風(fēng)巷道中CO等有害氣體超限等問(wèn)題，分析了采空區(qū)浮煤、漏風(fēng)通道等因素對(duì)煤層自燃的影響，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件，利用高位鉆孔注防火材料、均壓通風(fēng)與注凝膠泡沫等綜合防滅火技術(shù)，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(shè)備。

防滅火技術(shù)；停采；高水材料；均壓通風(fēng)；凝膠泡沫

綜采工作面在停采撤設(shè)備期間，若持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則采空區(qū)的浮煤存在自燃隱患，一般情況下，采用噴灑阻化劑、注氮?dú)獾确椒▉?lái)達(dá)到阻燃效果。實(shí)際應(yīng)用中，已自燃的煤體溫度較高，阻化劑噴灑后效果并不穩(wěn)定，且氮?dú)獾姆€(wěn)定性也較低不易積聚。現(xiàn)階段，隨著開(kāi)采深度、開(kāi)采范圍的逐漸增加，原有的噴灑阻化劑、注氮?dú)獾确罍缁鸱椒ㄔ谥卫聿煽諈^(qū)浮煤自燃的效果上不明顯，因此，需要根據(jù)工作面的實(shí)際條件，制定相應(yīng)的綜合防滅火技術(shù)，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(yàn)工作面為圣厚源礦8429面，長(zhǎng)200 m，走向長(zhǎng)度320 m. 工作面南部鄰近7425、8419工作面的采空區(qū)、上覆為7427工作面的采空區(qū)，傾角平均25°，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，南部含有較多小斷層，圍巖裂隙較為發(fā)育。工作面煤層自然發(fā)火期3～6個(gè)月。通風(fēng)方式為U型通風(fēng)，進(jìn)風(fēng)量為900 m3/min，工作面已配有注氮?dú)狻⒐酀{等防滅火系統(tǒng)。

工作面開(kāi)采過(guò)程中，受地質(zhì)構(gòu)造與煤層傾角大的影響，采空區(qū)浮煤量較大，推進(jìn)速度較慢，超過(guò)了煤層的自然發(fā)火期，造成采空區(qū)浮煤發(fā)生多次自燃。該工作面停采期間，由于采空區(qū)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(xiàn)了局部的火風(fēng)壓區(qū)域，氣體溫度也較高，此外在回風(fēng)巷道中也監(jiān)測(cè)到CO等有害氣體。

2 CO等有害氣體超限原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，分析該工作面在停采撤設(shè)備過(guò)程中CO濃度超限的主要原因有：

1) 采空區(qū)浮煤量較大。工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，圍巖破碎嚴(yán)重，造成采空區(qū)內(nèi)浮煤量較多，在采動(dòng)過(guò)程中上覆已采完的采空區(qū)垮落，最后造成采空區(qū)遺留煤量較多。

2) 工作面推進(jìn)速度過(guò)慢，造成工作面浮煤長(zhǎng)時(shí)間與空氣接觸，超過(guò)自然發(fā)火期。8429工作面在推進(jìn)過(guò)程中受地質(zhì)構(gòu)造的影響，月進(jìn)度僅為2 m，后期在工作面停采過(guò)程中因圍巖破碎不易支護(hù)造成停采時(shí)間較長(zhǎng)，支架間與支架后方浮煤接觸空氣時(shí)間較長(zhǎng)，使得發(fā)火面積進(jìn)一步擴(kuò)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(shè)在標(biāo)高較高一側(cè)，注漿過(guò)程中漿液無(wú)法對(duì)工作面及采空區(qū)進(jìn)行全覆蓋，達(dá)不到防滅火的效果。

4) 工作面圍巖裂隙較多，漏風(fēng)通道較多。通風(fēng)過(guò)程中，部分新鮮風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，上覆采空區(qū)的密閉墻存在漏風(fēng)，造成8429工作面采空區(qū)與上覆采空區(qū)貫通，使采空區(qū)的氧化帶范圍增大。此外，綜放工作面后運(yùn)輸機(jī)位置也是漏風(fēng)的通道。

3 綜合防滅火治理方案

考慮到8429工作面的地質(zhì)條件以及現(xiàn)有的防滅火設(shè)備等因素，在減少漏風(fēng)通道、隔絕采空區(qū)浮煤氧氣接觸、及時(shí)消除高溫區(qū)域等原則的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的防滅火治理方案。方案主要是利用均壓通風(fēng)技術(shù)來(lái)封堵工作面兩端頭與支架后擺梁等漏風(fēng)通道，同時(shí)繼續(xù)利用注漿管路進(jìn)行注漿。除此之外，在上巷打高位鉆孔，鉆孔深度到采空區(qū)氧化帶的不同層位，達(dá)到全面覆蓋氧化帶，阻止采空區(qū)浮煤自燃的目的；同時(shí)向支架后方打鉆孔注凝膠泡沫，封堵上覆采空區(qū)造成裂隙的漏風(fēng)通道，對(duì)工作面發(fā)火區(qū)域進(jìn)行全面綜合治理。

4 防滅火技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用

1) 對(duì)回風(fēng)巷道、工作面兩端頭上隅角、支架后擺梁位置加強(qiáng)人工監(jiān)測(cè)，同時(shí)繪制氣體變化曲線(xiàn)圖。

2) 監(jiān)測(cè)架間、支架后擺梁以及部分鉆孔內(nèi)的溫度變化，并繪制相應(yīng)的變化曲線(xiàn)。

3) 對(duì)8429工作面各布置監(jiān)測(cè)設(shè)備地點(diǎn)的CO、CH4等有害氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，并給出分析結(jié)果。

4.2 綜合防滅火治理方案

1) 均壓通風(fēng)。

研究在不同射擊工況下的彈丸膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)彈丸裝藥的設(shè)計(jì)和彈炮匹配性設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義，未來(lái)將對(duì)不同磨損程度的身管內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)規(guī)律作進(jìn)一步的研究。

工作面采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)與局扇聯(lián)合均壓通風(fēng)措施達(dá)到防滅火的目的。在工作面停采期間，為減少采空區(qū)漏風(fēng)，可在回風(fēng)巷布置調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)布置局部通風(fēng)機(jī)。增大工作面的風(fēng)壓，通過(guò)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)與風(fēng)門(mén)位置及大小，使通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，減少采空區(qū)CO等有害氣體的涌出。

2) 封堵漏風(fēng)通道。

停采結(jié)束后，在上下隅角位置布置密閉墻，并對(duì)墻體與圍巖的裂隙處進(jìn)行加強(qiáng)封堵，確保密閉有效。另外在上隅角即端頭支架處安設(shè)風(fēng)帳，能夠有效降低新鮮風(fēng)流；在撤設(shè)備期間，為了防止8429工作面采空區(qū)因圍巖裂隙漏風(fēng)造成浮煤自燃，持續(xù)向支架后擺梁位置噴灑阻化劑，確保能夠?qū)⒏∶号c空氣隔絕，隨著設(shè)備回撤量的增加，阻化劑的噴灑量逐漸降低，保證能夠?qū)Σ煽諈^(qū)浮煤全覆蓋，最終達(dá)到封堵漏風(fēng)通道防滅火的目的。

3) 注防滅火材料。

一方面向采空區(qū)施工高位鉆孔并注高水材料，為了降低上覆采空區(qū)對(duì)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(kuò)散半徑約3 m，結(jié)合工作面傾角較大會(huì)影響凝膠泡沫的流動(dòng)原因，從工作面上隅角施工第一組鉆孔，后續(xù)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(fēng)通道、阻止有害氣體溢出。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)防滅火措施

1) 灌漿措施。在工作面運(yùn)輸巷道或鄰近工作面的巷道內(nèi)打鉆孔向采空區(qū)注漿，現(xiàn)場(chǎng)也可采取提前埋設(shè)管路來(lái)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(zhǎng)灌入漿液作用的時(shí)間，同時(shí)也可加入適量催化劑，強(qiáng)化其防滅火的效果。

2) 注氮措施。在工作面停采支護(hù)期間即安設(shè)注氮管路，向采空區(qū)注氮防滅火，注氮量大小視采空區(qū)氧化程度來(lái)確定。當(dāng)采空區(qū)CO濃度不超過(guò)50 mg/m3時(shí)，注氮量控制在300 m3/h即可，當(dāng)采空區(qū)浮煤氧化程度加大時(shí)，可適當(dāng)提高注氮量。

3) 均壓通風(fēng)。工作面撤支架期間，為確保工作面通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可采用均壓通風(fēng)的方式，即在進(jìn)風(fēng)巷道安設(shè)局扇，回風(fēng)巷道安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，并根據(jù)實(shí)際條件及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)窗面積。

4.4 治理效果

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可知：8429工作面停采期間采空區(qū)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(shè)備。

5 結(jié) 論

1) 8429工作面上覆存在采空區(qū)且圍巖裂隙較多造成采空區(qū)浮煤易自燃，現(xiàn)場(chǎng)前期存在漏風(fēng)通道多、推進(jìn)速度慢以及高溫點(diǎn)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(fēng)技術(shù)來(lái)治理通風(fēng)系統(tǒng)紊亂問(wèn)題，利用高位鉆孔注高水材料治理漏風(fēng)通道過(guò)多問(wèn)題，利用支架間注凝膠泡沫來(lái)強(qiáng)化工作面封堵效果。綜合防滅火技術(shù)的應(yīng)用，有效地治理了采空區(qū)浮煤的自燃，確保了工作面的安全停采撤設(shè)備。

2) 工作面停采撤設(shè)備期間，由于停滯時(shí)間較長(zhǎng)，易出現(xiàn)采空區(qū)浮煤自燃問(wèn)題，需及時(shí)采取灌漿、注凝膠泡沫、構(gòu)筑隔離墻等綜合防滅火措施。

3) 采空區(qū)浮煤自燃的原因有許多，現(xiàn)場(chǎng)治理過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)工作面實(shí)際地質(zhì)條件，結(jié)合防滅火技術(shù)的特點(diǎn)，制定相應(yīng)的綜合防滅火方案，快速治理采空區(qū)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(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，2007年畢業(yè)于華北科技學(xué)院，工程師，主要從事煤礦通風(fēng)技術(shù)管理工作

(E-mail)hubinbin1198@126.com

TD75+2

B

1672-0652(2016)10-0026-03