單侯礦6105N工作面綜合防滅火技術研究

摘要：文章介紹了6105N軌道巷發火情況，分析了受6103N采動影響下的6105N軌道巷的發火因素，通過對6105N軌道巷的溫度異常處注水、密閉注漿注氮、噴漿堵漏等措施，通過火區監測監控系統有效地控制了火災隱患點，對于同類受采動影響的煤巷的防滅火工作有一定的借鑒作用。

關鍵詞：煤礦生產；采動影響；綜合防滅火；火區監測監控系統；火災隱患點 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD75 文章編號：1009-2374（2016）18-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.078

1 概述

1.1 礦井概況

單侯煤礦是開灤（集團）在蔚州礦區規劃的五對礦井之一，是蔚州礦區并入開灤后，由開灤（集團）公司組織建設的第一座大型現代化礦井，2004年4月份被河北省政府確定為省重點建設項目。單侯煤礦位于河北省張家口市蔚縣涌泉莊鄉和南留莊鄉之間，地處蔚縣礦區的南部。東南距蔚縣縣城8km，北距宣化130km，南距石家莊市330km，東距北京230km，西距山西廣靈縣21km，交通便利。井田位于蔚州礦區的中南部，東西寬約5km，南北長約8km，井田面積約40km2，地質儲量31284萬t，可采儲量14805萬t，設計年生產能力為150萬t，設計服務年限68年，井田開拓方式為立井單水平開拓。水平標高+620m。主采煤層為1#、5#、6#三層煤，分三個采區開采。經2012年7月份進行的礦井瓦斯等級鑒定，河北省煤炭安全生產監督管理辦公室審核批復，鑒定結果為低瓦斯礦井。經唐山冀東礦業安全檢測檢驗有限公司提供的檢測檢驗報告，單侯揭露的6煤、5煤自燃發火等級為Ⅱ級自然發火，煤塵具有爆炸危險性。

1.2 煤層賦存特征

6105N工作面為6煤層，煤層總厚度為3.05～3.3m，以半暗淡型塊煤為主，主要成分為絲炭夾鏡煤，薄層層理很發育。在0～850m的范圍內煤層中普遍發育有一層比較穩定的泥巖夾矸，夾矸厚0.2～0.4m，煤層傾角為0°～11°，平均6°。瓦斯等級鑒定為0.046m3/s，屬低瓦斯區域。

1.3 6105N軌道巷簡介

6105N工作面走向長度為1905～1973m，面長188.1m，6105N軌道巷西為6103N工作面，由于受6103N回采動壓影響，6105N軌道巷從1250m處往外，煤柱變酥，巷道變形嚴重，嚴重地點局部巷道變形會堵塞全斷面影響通風及行人通過以致造成工作面及皮帶巷微風或無風，局部堵塞煤柱地點容易造成微風引起自然發火，另外受6103N工作面采空區及煤柱壓酥影響也容易造成自然發火。在6105N軌道巷影響正常通風后新掘一條配巷作為工作面回風巷，并在6105N軌道巷555m、930m、1005m打設永久密閉。

2 自燃隱患、原因分析及采取的措施

2.1 自燃隱患

6105N工作面位于首采區中部，工作面由于受動壓影響，6105N軌道巷從1250m以外，巷道變形嚴重，尤其以555～1000m區域最為嚴重。2010年4月23～26日，在6105N回風巷950m左右處曾多次發現靠煤柱側溫度異常，通過澆水降溫的處理措施，使溫度恢復正常。但6月5日在1050m處一氧化碳濃度又超過1000PPm，被迫采取注水、注氮進行防火。2010年9月10日在6105N配巷650m處發現溫度、回風流一氧化碳含量異常，巷道內一氧化碳達到26PPm以上，局部位置達100PPm，所以亟需解決6105N兩條回風巷的燃隱患。

2.2 自燃因素及地點分析

煤自然發火是一個極為復雜的物理化學變化過程，它發生的必要條件是：（1）以易于低溫氧化的粉煤或碎煤的狀態堆積；（2）存在著適宜的通風供氧條件；（3）存在著蓄熱的環境條件；（4）上述條件要有足夠的時間。一般認為，煤暴露于空氣后，由于其表面具有較強的吸附氧的能力，會在煤表形成氧氣吸附層，在吸附動力平衡過程中，煤表面與氧互相作用，而在煤表面形成一種中間產物，稱為氧化基或氧絡合物。煤的自燃正是氧化過程自身加速的最后過程，在穩定的條件（低溫、絕熱）下，氧化過程的自身加速才導致自燃。低溫氧化過程的持續發展使得反應過程的自身加速作用增大，最后自生的熱量使煤體溫度升高，從而引起煤自熱階段的開始，導致煤的自燃。工作面之間的煤柱由于采動的影響產生大量的裂隙，裂隙充滿煤粉與碎屑，又是空氣供給的通道，裂隙網互相連接，漏風風流通過，但風量過小不足以將煤氧化生成的熱量帶走，為此便產生出熱量積蓄、煤的氧化過程加速、溫度上升的現象。在重力的作用下，尚未采動的煤巖中的應力和變形都是穩定的但非均一的，一旦開始了掘進和回采，煤巖的原始應力狀態就要發生變化，煤巖產生變形。隨著時間的推移，巷道周圍煤巖團塊的破壞與移動，其范圍逐漸擴大，這種破壞與移動沿著自然地質結構更為明顯。在煤巖團塊的破壞和移動過程中，彈性能部分轉化為破碎煤巖的表面能。由于沿地質結構面的移動和巖體的破裂，煤巷道周壁形成塊度大小不等，從幾厘米到幾厘米的煤塊。剩余的彈性能是形變能轉化為促使煤巖向巷道空間位移的動能。這種破壞從巷道周壁開始以不同的速度向深部發展，形成裂隙，巷道空間發生變形。

2.3 原因分析

2.3.1 6103N與6105N工作面揭露的煤層煤質為灰～中灰、低硫、低磷的長焰煤和少量的不黏結煤，原煤發熱量一般為28.89～29.31kJ/kg，自然發火等級為Ⅱ級自然發火，具有自燃傾向性。

2.3.2 6103N與6105N工作面隔離煤柱偏短。6103N和6205N工作面之間的煤柱只留有7m，6105N軌道巷與6105配巷之間聯絡巷較多，受采動影響巷道之間的煤柱被壓裂，裂隙較多，這樣煤體與空氣接觸面積增大，加快了煤氧化自燃的速度。

2.3.3 相鄰采空區多，6105N軌道巷與6103N采空區相連，而與6103N相連的采空區眾多，漏風供氧情況復雜，并且帶有高溫的氣源，加劇了6105N煤柱內自然發火的可能。

2.3.4 注漿管路還有待加強。由于火源在6105N軌道巷密閉及聯絡巷內，加上供風供氧條件復雜，煤層自燃情況難以掌握，在密閉內進行注漿對火區進行密封仍未成功熄滅火源。只有良好的注漿質量，才能減少煤柱裂隙的漏風。

2.4 自燃隱患地點的分析

2.4.1 6105N軌道巷的920～1005m密閉處為自然發火隱患地帶，尤其在950m左右處曾多次發現靠煤柱側溫度異常。

2.4.2 其他由于采動影響壓裂的保護煤柱處，特別是與6103N工作面連通的采空區處。

2.5 采取的防滅火措施

2.5.1 6105N軌道巷的防火措施。2010年4月23～26日，在6105N回風巷950m左右處曾多次發現靠煤柱側溫度異常，通過澆水降溫的處理措施，使溫度恢復正常。但在6月5日在1050m處一氧化碳濃度又超過1000PPm，相關人員采取了對6105N軌道巷進行封閉，采取注水、注氮等措施防滅火。結合這幾次的防滅火經驗，制定了以下預防措施：（1）對溫度異常地點繼續進行澆水降溫，使用紅外線測溫儀對變形突出嚴重地點加強溫度觀測，發現異常立即進行澆水處理。在此基礎上，從1250m向外接消防水管，對變形突出嚴重地點進行普遍預防性澆水，防止產生新的異常點；（2）在6105N軌道巷中施工五處永久密閉，對異常區域進行封閉，對封閉區域采取以注三相泡沫為主，注水、注漿相結合的防火措施；（3）對封閉區域以外的巷道進行噴漿處理，隔絕氧氣，杜絕煤層氧化；（4）在6105N軌道巷口安裝一氧化碳傳感器，當一氧化碳超過10PPm時，立即組織人員進行排查，確定是否存在隱患，發現問題及時處理。

2.5.2 6105N配巷的防火措施。（1）對煤巷溫度異常點進行澆水降溫處理；（2）對正常巷道及處理后穩定的巷道進行噴漿處理，隔絕氧氣，防止煤體繼續氧化。

3 今后的防滅管理措施

3.1 防火預報

3.1.1 瓦檢員和現場管理、工作人員要及時掌握上隅角、回風流中氣味變化情況，如發現回風流中有煤焦油味或氣味異常，及時匯報礦調度室。

3.1.2 加強防火預測預報工作，通風區負責采面定期取樣化驗工作，化驗采空區CO2、CO、CH4、N2、O2等氣體成分及溫度變化，發現問題及時采取有效措施進行處理。

3.2 加強通風管理

3.2.1 加強工作范圍內通風設施的檢查和維護，確保通風系統安全、穩定、可靠，滿足防火要求。

3.2.2 通風區加強通風管理，降低通風阻力，以減少工作面上、下兩端頭壓差，最大減少采空區漏風。

3.3 減小遺煤

3.3.1 回采期間，工作面要提高回采率，最大限度減少采空區丟煤，工作面必須保證正常推進，縮短滯留氧化帶時間，以減少自然發火危險。

3.3.2 所有運輸皮帶必須使用阻燃皮帶，皮帶托輥保持運轉靈活。皮帶機頭、機尾下的浮煤要及時清理。

3.4 消防設施管理

消防（防塵）管路系統必須完善可靠，保證用水地點水壓及水量合乎要求，并按規定設置齊全三通及閥門，并備有膠管，以備出現自然發火征兆時及時處理。

4 結語

火災發生的主要因素為熱源、可燃物、空氣的供給必須同時存在，相互結合，缺一不可，滅火就要除掉其中一個、兩個或者全部三要素。因此，滅火的方法大體可以對應地分為消除可燃物、降低燃燒溫度、斷絕空氣的供給三個方面。但是每個具體滅火方法的滅火作用并不單單局限于某一方面，有可能既有降溫作用，又具有隔絕空氣供給的作用。對受采動影響的煤巷采取綜合防滅火措施，可以有效地消除自然發火的隱患：（1）直接挖除火源是撲滅礦井火災最徹底的方法，澆水降溫是可以直接針對高溫點采取的防火措施，對于明顯的局部高溫異常點較實用；（2）火區范圍較大，直接滅火無效時，采取封閉火區的滅火方法最為合適，這種方法對于控制火勢發展最為有效。對已經受6103N采動影響變形嚴重的6105N軌道巷（老回風巷）密閉注漿、注氮是高效控制自然發火隱患問題的有效方法；（3）合理的通風管理可以大大減小或消除自然發火的供氧因素。對新掘的6105N配巷（新回風巷）的受壓變形進行噴漿堵漏及套修工作可以有效地封堵漏風通道，減小火災隱患的發生；（4）按重點防滅火工作面管理，加強高溫點現場檢查、氣體監測，隨時掌握發火跡象進行預測預報。

參考文獻

[1] 秦書玉，趙書田，等.煤礦井下內因火災防治技術

[M].沈陽：東北大學出版社，1993.

[2] 王省身，張國樞.礦井火災防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，1990.

作者簡介：儲劍（1988-），男，開灤集團蔚州礦業公司單侯礦通風區區長，研究方向：安全工程。

（責任編輯：周 瓊）