雙馬煤礦I0104103首采工作面綜合防滅火技術與應用

周東

摘 要：通過對雙馬煤礦目前開采形式及現狀進行分析，闡述了注氮、注漿、堵漏等防滅火技術應用條件、優缺點、效果，為礦井防滅火提供參考依據。

關鍵詞：防滅火；注漿；注氮；堵漏

中圖分類號： TD76 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）21-167-21 礦井及I0104103綜采工作面概述

雙馬煤礦井田南北長13.7km，東西寬4.0-4.9km，井田面積為68.2km2。礦井采用斜井開拓方式，設置有主斜井、副斜井、回風斜井3條井筒，工作面采用盤區布置方式，Ⅰ0104103首采工作面采煤工藝為綜合機械化一次采全高采煤工藝，采用走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板，首采煤層為4-1煤層。

2014年礦井瓦斯及二氧化碳鑒定結果：絕對瓦斯涌出量3.45m3/min、絕對二氧化碳涌出量5.17m3/min，屬瓦斯礦井。4-1煤煤塵爆炸指數為36.53%，火焰長度80mm，自燃傾向性等級屬Ⅰ類，容易自燃，吸氧量為0.78cm3/g干煤，最短自然發火期為38天；4-3煤煤塵爆炸指數為36.15%，火焰長度100mm，自燃傾向性等級屬Ⅱ類，自燃，吸氧量為0.70cm3/g干煤，最短自然發火期為52天。

Ⅰ0104103首采工作面為區內后退式回采，回采長度1700m，布置為“U” 通風方式，工作面設計配風量1100 m3/min，為上行通風。

2 火災綜合預防技術

雙馬煤礦通過合理分配風量、在上、下隅角掛設風簾、構筑沙袋墻、構筑密閉墻等方式，形成了一套井下采空區注氮、注漿、堵漏等預防火災技術。

2.1 預測預報技術

①通過安全監控系統的CO、CH4、O2和溫度傳感器，連續監測工作面、上隅角、回風流的CO、CH4、O2和溫度變化情況。

②通過在工作面、上隅角、回風流、采空區埋設束管，設置束管監測點，每班分析采空區、上隅角及回風流的空氣組分，重點監測CO、O2、C2H2、C2H4、C2H6等氣體的濃度變化。

③通過人工（鑒定管、便攜式瓦斯氧氣兩用儀、便攜式一氧化碳報警儀、紅外測溫儀、多種氣體測定器等）檢測的方法對工作面、上隅角、回風流、架間的CO、CH4、溫度、氧氣進行檢測。

④通過人工定期采集工作面、采空區、上隅角、回風流、架間的氣樣進行氣相色譜分析標志性發火氣體濃度的變化。2.2 管風防火技術

①嚴格按照作業規程規定控制I0104103綜采工作面風量，防止風量過大向采空區供氧，同時加強內部漏風管理，減小I0104103綜采工作面回風、運輸順槽兩巷的風壓差。

②I0104103綜采工作面設計風量為1100m3/min，遵循“瓦斯礦井各用風地點風量不得高于設計風量的20%”的原則，I0104103綜采工作面風量應控制在1100m3/min—1320m3/min。

③加快I0104103綜采工作面推進速度，每天推進速度不低于2.6m/d。

2.3 密閉堵漏預防技術

隨著采煤技術現代化發展，綜采工藝開采強度大，圍巖壓力較大，頂底板松軟強度低且淋水較大，在采后的聯絡巷或風、機兩巷采用普通的密閉封堵防滅火措施易出現閉墻變形裂縫、頂板破碎、措施管孔失效等問題，導致采空區漏風引起自燃發火或積水壓力沖垮密閉。

I0104103綜采工作面采后與其采空區相連通的巷道所有的密閉均設計采用雙墻充填密閉進行永久封閉，充填材料選擇承壓力強、防水不燃、膨脹充填效果佳且具有一定強度的新型密閉充填材料。

2.4 注漿預防技術

灌漿防滅火技術在我國有自然發火危險的礦井中使用較為普遍，其作用主要是漿液充填煤巖裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴散的阻力，減小煤與氧氣的接觸和反應面；漿水浸潤煤體，增加煤的外在水分，吸熱冷卻煤巖；黃泥灌漿的實質是抑制煤在低溫時的氧化速度，延長自然發火期。

I0104103綜采工作面預防性灌漿主要在工作面100m范圍內，采空區分別間隔30m埋入1根埋管，共埋入三根埋管，黃泥灌漿主管路與第一根埋管連接。工作面推進100m以內采空區的埋管不進行回收，回采超過100m后，在采空區上幫埋入1趟4寸地質鉆桿，埋入采空區長度不小于20m，地質鉆桿與端頭支架固定，隨支架推動前移?；仫L順槽的灌漿支管路依次向后拆除（距工作面不大于40m）。

2.5 注氮預防技術

氮氣防滅火的作用是：氮氣注入采空區具有降低氧氣濃度、冷卻降溫作用，還有抑爆的作用。我礦采取的注氮技術主要是利用液氮氣化設備增壓升溫制取氮氣，通過管路送入井下，注入采空區等煤炭可能自燃的區域。主要用于防治采空區自然發火和瓦斯爆炸，加快封閉并熄滅火區的過程模式。所使用的液態氮氣均利用我集團公司煤化工附屬產品。注氮方式主要有以下兩種：

2.5.1 機巷預埋管注氮

正常開采情況下，從地面注氮站通過注氮管路將制好的氮氣輸送到工作面采空區，在工作面機巷采取埋管注氮的方法向采空區連續壓注氮氣。工作面注氮方式采用每間隔30m交替預埋Φ1080mm的管路，向采空區深部連續注氮的方式預防采空區發火。這樣泄氮出口處于切頂線后50m以外的采空區內，漏風相對小，且屬于“氧化自熱帶”，利于采空區內空氣惰化和自燃發火的預防。

2.5.2 施工注氮孔注氮

I0104103綜采工作面在停采超過15天或者采空區有自然發火隱患，在輔助運輸巷施工注氮鉆孔，通過輔運巷向綜采工作面采空區進行注氮。

3 綜合防滅火技術在雙馬煤礦的工程實踐

通過應用預測預報、封堵漏風、注漿、注氮等防滅火技術，目前03綜采面及采空區氣體成分穩定，工作面中部（80#支架處） 氧氣濃度20.3%，一氧化碳濃度0ppm，溫度22.4℃；采空區氧氣濃度10.2%，一氧化碳濃度45ppm，溫度19.8℃；上隅角氧氣濃度19.8%，一氧化碳濃度14ppm，溫度19.8℃；工作面氧氣濃度20.3%，一氧化碳濃度5ppm，溫度18.6℃；無自燃發火隱患。

3.1 火災預測預報技術工程實踐

①人工檢測：03綜采面配備專職瓦斯檢查員實現專人定點檢測工作面中部、上隅角、工作面、回風流瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體，測定每隔20個支架采空區溫度，并對上隅角、工作面、回風流、密閉內氣體取樣分析，為工作面防滅火預測預報提供第一手技術參數。

②安全監控系統監測：礦井安裝KJ31N安全監控系統，實時監測03綜采面上隅角、工作面、回風流一氧化碳、瓦斯、溫度等參數，每7天對傳感器進行調校，確保上傳數據準確。

③束管監測系統：礦井安裝北京東西電子SG-2003束管監測系統，每班對工作面、上隅角、回風流等地點抽取氣樣進行色譜分析；沿工作面風巷上墻幫敷設三根束管，錯距為50m、100m、150m，循環交替埋設，每班抽取采空區氣樣分析；工作面推采過的運輸聯絡巷、回風聯絡巷密閉墻體上預埋束管，抽取閉內氣樣進行分析，為工作面自燃發火預測預報提供科學依據。

3.2 堵漏風技術工程實踐

①在I0104103綜采工作面下隅角掛設擋風簾，有效降低風流直接經過采空區的現象，提高工作面有效風量；在I0104103綜采工作面上隅角掛設導風簾，控制風流經過上隅角，稀釋了上隅角有害氣體濃度，使有害氣體濃度控制在安全濃度以內，效果明顯。

②綜采工作面回采過程中，每隔10m在上隅角構筑沙袋墻，降低采空區漏風率，從而降低了采空區自然發火。

③在I0104103綜采工作面通過03回風順槽5#聯絡巷時，在5#聯絡巷構筑密閉，使用新型填充材料，先砌筑兩道墻體，在墻體中間填充混凝土，在最外面一道墻體頂部預留￠15mm鋼管，墻體中間充填新型材料，由于樹脂和催化劑發生化學反應，迅速膨脹，可以滲入密閉墻體和周邊煤體裂隙，且致密性較好，能夠很好的密封密閉墻體及周邊巷道的漏風，有效降低了密閉漏風現象。

④嚴格采空區地表裂隙填埋制度，實行定期人工填埋和機械填埋的制度，防止采空區地表裂隙漏風導致上覆煤層或采空區浮煤自燃著火。

3.3 注氮惰化采空區技術工程實踐

在I0104103綜采工作面停采期間，為防止采空區遺留煤炭自燃氧化發火，利用礦井注液氮系統，對03綜采面采空區采空區注氮氣33622m3惰化采空區， 采空區的氧氣濃度由18.6%降至10%，一氧化碳濃度由45ppm降至0ppm。

4 總結

I0104103綜采工作面采取管風防火、人工檢測、人工采樣、束管監測、安全監測、黃泥灌漿、液氮、阻化劑、注膠、沙袋墻、上下隅角風障、充填地表裂隙等綜合防滅火技術，保證了工作面無自然發火危險安全回采，為礦井實現安全、高效、經濟發展提供了技術保障。