綜放工作面采空區自然發火防治

薛洪得

【摘 要】二井田煤礦1403綜放工作面所在4煤層具有自燃傾向性，工作面及上隅角發生瓦斯超限問題，為避免形成自然發火事故，運用注氮及噴灑阻化劑措施防滅火，并取得了良好的技術經濟效益，實現了1403綜放工作面的安全回采。

【關鍵詞】綜放工作面；采空區；自然發火；防滅火

1.概況

二井田煤礦現主要開采煤層為4煤，煤層有自燃傾向性，自然傾向性等級為Ⅱ類自然發火期為5～ 6個月。現正在回采的1403工作面采用綜采放頂煤開采方式，煤層平均厚度為10.5m，平均傾斜長度90m，平均走向長度1130 m，容重為1.4 t/m3。

1403綜放工作面所在采區采用抽出式通風方法，工作面采用“U”型通風方式。礦井開采方式、放煤工藝以及煤層賦存條件的影響，放煤后采空區的遺煤量較大，且煤層本身具有自燃傾向性，使處于氧化自燃帶的遺煤氧化后產生CO；同時礦井采用負壓通風，采空區漏風造成CO涌出，使工作面CO與瓦斯濃度超標，對工作面的安全生產造成了嚴重影響[1，2]。

2.工作面煤層自然發火情況分析

1403綜放工作面采2.5m，采放比為1：3，采用單輪順序放頂煤。放煤未見矸石停放，致使采空區過多殘煤，同時煤體具有自然傾向性，為煤體自燃提供了可燃物。工作面兩端頭大多采用不放煤來提高端頭巷道圍巖的穩定性，在采空區邊緣殘留較多殘煤，此時更容易產生熱量積聚，熱量不容易擴散發生自燃現象。

該煤層自燃期自燃發火期較短，5 ～ 6個月，當工作面發生漏風時，新鮮風流為煤體自燃提供了氧氣條件。

3.防滅火方案的確定

根據1403綜放工作面實際情況，采用向采空區注入氮氣方法來防治采空區自然發火為主，同時采取減少工作面漏風的措施保證工作面的安全回采[3，4]。

氮氣為惰性氣體，向采空區內注入的氮氣后降低了氧氣濃度，溫度較低的氮氣吸收了煤體自然發熱的熱量，減緩了煤體升溫的速度。同時修建各種密封設施防治漏風，減少漏風量，增加工作面采空區空氣的滯留時間，減少采空區氧氣含量，尤其是容易產生瓦斯積聚的工作面上隅角的管理。

3.1 參數的確定

注氮量按噸煤注氮量計算：

QN=5AK/300×60×24

式中 QN——注氮流量 m3/min；

A—年產量，t；

K—工作面回采率，取97%。

QN=9.69（m3/min）

采用制氮機產氮量為300m3/h，為5m3/min，制氮機的壓力為6 MPa，管路輸出端的壓力為6 MPa，制氮機滿足要求。

輸氮管路安裝線路為，制氮機房、主平硐、運輸石門、采區進風巷，進風巷接到工作面下出口采空區，管路總長度1482 m，管路直徑150 mm。

3.2 工作面注氮安全措施

（1）注氮方式采用開放式注氮方式，注氮方法采用不間斷注氮方法。

（2）注氮機及1403工作面進風巷及以外的注氮管路由機電工區維護，注氮機及注氮管路必須保持完好，保證注氮機及注氮管路能隨時投入使用，同時并保證回采過程中保證管路的完好。

（3）由通風工區每天安排人員對綜放工作面回風巷一氧化碳濃度進行檢測，當工作面回風流中監測出一氧化碳或有自燃征兆時，及時將進風巷注氮管路埋入采空區，當埋管深度達到28m時，開始向采空區注入氮氣。

（4）向采空區注入氮氣后，通風工區每天安排人員對輸氮管路氮氣進、出氣端的氮氣濃度、流量及壓力進行檢測，氮氣濃度不得低于97%，氮氣出口端壓力不得低于5 MPa。

（5）注氮期間，由通風工區安排人員每天對工作面回風巷的氣體情況進行檢查，檢查CH4、CO2、CO、空氣溫度、氧氣濃度及氮氣濃度。回風流中的一氧化碳濃度不得大于24 ppm，回風流中的溫度不得超過26℃，氧氣濃度不得低于20%。

3.3 輔助防滅火措施

在1403采空區、工作面上下出口、上隅角采用噴霧泵噴灑阻化劑（濃度為10%的氯化鈣）阻止采空區遺煤氧化，有利于預防自燃發火。

灑阻化劑量的計算：

V=K1K2dA/R

式中 V—日噴灑量，m3/d；

K1—加量系數，取1.2；

K2—每噸煤噴灑氣霧量，濃度為10%時，為0.02 m3/t；

D—工作面丟煤率，取3%；

R—煤的容重：1.40 t/m3；

A—日產量：3000噸；

R—轉化率，取90%。

V=2.40（m3/d）

在正常推采情況下，每天應灑氯化鈣240Kg。工作面回風巷需保證有3天的用量，即回風巷附近有不少于0.72噸的氯化鈣，當氯化鈣少于0.72噸時，必須及時進行補充，不得影響工作面正常推采。工作面灑氯化鈣時，灑在上隅角采空區及上隅角往下20m的工作面，每天噴灑量不少于0.24噸。氯化鈣溶液配好后，用噴霧泵噴灑于整過工作面支架之間及支架后尾梁。

3.4 實施效果

在工作面采用上述技術措施后，為了檢測該方案實施效果，對工作面瓦斯一氧化碳及瓦斯濃度進行了采樣分析，注氮氣后，工作面一氧化碳濃度迅速降低且有維持穩定的趨勢，如圖2所示。同時工作面上隅角未發生瓦斯積聚現象。

4.結語

（1）綜采放頂煤采空區遺煤較多時，破碎煤體容易產生熱量積聚，且煤層具有沖擊傾向性時，采空區容易發生自然發火災害，尤其是加強工作面兩端頭防滅火工作。

（2）注氮減少了采空區氮氣含量，噴灑阻化劑減少了煤與氧氣的接觸面積，結合工作面生產實際，對注氮量、阻化劑用量及工藝措施進行了合理的設計，上下隅角沒有出現一氧化碳超限現象，工作面沒有發生自然發火現象。

（3）針對二井田煤礦煤層地質及開采條件，采取注氮、噴灑阻化劑措施，保證了1403綜放工作面的安全回采，取得了良好的防滅火效果。

參考文獻：

[1] 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.

[2] 劉永山，張德志. 馮記溝煤礦1415工作面均壓防滅火技術的應用[J].煤礦安全，2010（3）：36-39.

[3] 孫忠強，艾琳琳，石巖. 采空區火災預警及防治技術[J].煤炭工程，2010（3）： 53-55.

[4] 吳洪峰，王英明，孫書林. 和協煤礦14030采煤工作面防滅火治理技術 [J].煤炭工程，2009（10）：72-73.