傾斜厚煤層預防自然發火技術探討

楊　偉

(山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西　呂梁　033000)

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·專題綜述·

傾斜厚煤層預防自然發火技術探討

楊偉

(山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西呂梁033000)

在傾斜厚煤層預防自然發火技術的研討中，不僅要注重高產高效，而且還要在綜合開采中采取一定的預防措施防止發生事故。從漏風影響和采動影響兩方面對23101綜放工作面所開采的13#煤層進行自燃異常分析，并綜合利用束管監測、阻化劑噴灑、采空區注氮、黃泥灌漿等防滅火措施，有效降低了礦井通風阻力，減少了礦井內部漏風，對傾斜厚煤層預防自然發火有積極作用。

傾斜厚煤層；自然發火；綜合防滅火

1　工作面概況

西山晉興能源公司斜溝煤礦23101綜放工作面所采煤層為13#煤層，工作面南側為21采區回風上山，東側為23103采空區，北側、西側均為實煤區，上部為8#煤層18111、18109采空區。工作面可采走向長度1 359.8 m，傾斜長度234.9 m，煤層厚度為11.80～15.58 m，平均厚度為14.01 m，煤層傾角為7.2°～10.5°，平均8.7°，蓋山厚度291～436 m.

工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤采煤方法，采放比約為1∶3，按一刀一放的正規循環作業，循環進度、放煤步距均為0.8 m，頂板采用全部垮落法管理采空區頂板。

工作面通風系統為“U”型后退式下行通風系統，即材料巷進風、皮帶巷回風，目前工作面實配風量2 350 m3/min.

2　工作面煤層自燃異常分析

23101綜放工作面于2014年10月6日開始回采，根據山西省煤炭工業廳綜合測試中心2012年10月對該礦13#煤自燃傾向性及最短自然發火期鑒定結果，13#煤自燃傾向性為自燃煤層，發火期為3～4個月，最短發火期為61天。

2.1漏風影響

對23101工作面采空區、上隅角氣樣1—6月份連續進行采集，其化驗結果見表1. 由表1可以看出，其化驗結果中氫氣、乙烯、乙烷、乙炔均為零。23101工作面1—7月上隅角、采空區CO濃度變化曲線見圖1，圖2.根據上述結論，因23101工作面采空區氣體成分中無乙烯、乙烷、乙炔，且CO濃度最大僅為59×10-6，故采空區可能存在遺煤緩慢氧化。

23101工作面采用放頂煤開采，13#煤煤層較厚，使用一次采全高方法，由于采用全部垮落方法，加之上覆存在8#煤18101采空區，煤層平均間距僅58 m，并根據23101工作面采空區上覆地表塌陷情況，且地表存在較大裂縫，在23101工作面采空區全部垮落后有可能會與8#煤層采空區存在漏風通道，同時負壓通風方式使得地表的空氣沿著裂縫從采空區進入回采工作面。這種漏風方式改變了回采工作面的正常通風方式，使采空區遺煤存在充足的供氧條件，增大了采空區自然發火危險性。

2.2采動影響

分析圖2，對照將采空區CO濃度大于45×10-6的峰值作為研究對象，分別計算峰值對應工作面推進間距，并參考23101工作面頂板來壓步距分析結果

表1　23101工作面1—6月上隅角及采空區氣體化驗報告表

備注：工作面位置為工作面推進度

圖1　23101工作面1—7月上隅角CO濃度變化曲線圖

圖2　23101工作面1—7月采空區CO濃度變化曲線圖

(頂板來壓步距為20～25 m)，可得出采空區CO異常與采空區頂板來壓具有相關性，考慮到23101工作面與23103工作面保護煤柱僅為12.5 m，受采動壓力的影響，頂板來壓后可能使保護煤柱被壓裂破碎，使得23103已封閉采空區與23101回采工作面采空區之間通過裂隙形成漏風通道，這種情況一方面容易造成已封閉采空區遺煤自燃，另一方面已封閉采空區如果存在CO等有毒有害氣體，也會涌向正在回采的工作面，影響工作面的正常生產。

3　綜合防滅火技術方案

針對23101綜放工作面遺煤多，漏風量大等特點，建立以束管監測、氣體采樣等監測預報為前提，以采空區注氮、堵漏風、阻化劑噴灑、黃泥灌漿等為日常防滅火手段的防滅火控制體系。

3.1自然發火束管監測系統

工作面回采期間在地面建立防滅火分析實驗室，由專職氣體采樣人員采集氣體經防滅火分析實驗室進行化驗分析，及時作出自然發火預測預報。

1) 采空區束管管路布置。

通過束管監測系統對工作面采空區氣體進行連續監測。主要布置方式沿回風巷道頂板靠外幫鋪設2根單芯束管，采用2英寸的保護鋼管。為監測采空區的氣體濃度，每隔40 m安設1個束管采樣器，就能夠監測到采空區大約80 m的氣體，見圖3. 隨著工作面的推進，1#、2#束管采樣器依次進入采空區，這樣就能抽取采空區深部的氣體。在推至過2#點約40 m時，把1#點截開，重新布點，依次循環，直至整個工作面采煤過程結束。

圖3　工作面采空區各氣體參數測點布置圖

2) 回采期間的預測預報。

a) 設專人每天對23101采煤工作面回風隅角、回風巷、采空區進行一次預測預報。b) 觀察地點：采煤工作面采空區、回風隅角及回風巷。c) 觀察內容：氣體成分。d) 采好氣體樣品，送到地面氣體分析實驗室進行分析，并做好臺賬和記錄。

3.2阻化劑噴灑

該工作面選用氯·化鎂(MgCl2·6H2O)作阻化劑，配套1 t液箱，在液箱內配制成12%～15%的溶液，攪拌均勻。如圖4所示，沿整個工作面鋪設1條高壓管路，中間每隔7個支架(約12 m)設1個三通，安裝分支軟管和噴槍，對采空區遺煤處、兩端頭進行噴灑。 工作面正常生產過程中，使用噴槍對工作面上下端頭、架后浮煤直接實施阻化劑噴灑，保證全面濕潤浮煤，因工作面為放頂煤回采，采空區遺煤較多，要求工作面刀刀噴灑。從距離停采線100 m開始，工作面加大阻化劑噴灑量為原來的2倍，防止回撤期間采空區自然發火。

圖4　工作面阻化劑管路布置及噴灑示意圖

3.3采空區注氮系統

氮氣是一種良好的惰性氣體，隨著空氣中氮氣含量的增加，氧氣含量必然降低。當氧氣含量低到5%～10%時，可抑制煤炭的氧化自燃；氧氣含量降至3%以下時，可以完全抑制煤炭等可燃物的陰燃與復燃。

氮氣的防滅火作用和特點有：1) 氮氣可以充滿任何形狀的空間并將氧氣排擠出去，使火區因氧含量不足而致火源熄滅，或者使采空區中因氧含量不足而使遺煤不能氧化自燃。2) 在有瓦斯和火存在的氣體爆炸危險區內，注入氮氣能使可燃性氣體失去爆炸性。3) 向采空區或火區中大量注入氮氣后，可以增加采空區相對壓力，使新鮮空氣難以漏入。4) 氮氣防滅火必須與均壓和其它堵漏風措施配合應用。否則，如果注入氮氣的采空區或火區漏風嚴重，氮氣必然隨漏風流失，難以起到防滅火作用。

基于上述氮氣的性質及煤的氧化機理，向采空區及遺煤帶注入氮氣，使其滲入到采空區冒落區、裂隙帶及遺煤帶，降低這些區域的氧含量，形成氮氣惰化帶，從而達到抑制采空區自燃和安全開采的目的。

工作面選用DT-1000/6型煤礦用移動式碳分子篩制氮裝置，工作面回采時向采空區連續注氮作業，注入采空區氮氣濃度不得低于97%，氮氣產量600 m3/h注氮作業持續至工作面回撤結束且兩巷完全封閉后為止。注氮管路材料巷敷設至工作面機尾端頭埋入采空區60 m. 輸氮管路每300 m設置截止閥、觀測三通及壓力表，采用拖管埋管式注氮方法向采空區進行連續注氮。

3.4黃泥灌漿

工作面備有移動灌漿泵，結合礦井已采綜放工作面防滅火經驗，在工作面支架回撤前對其采空區實施一次采空區防滅火預灌漿措施，能夠達到有效的防滅火效果。要將黃土與水按適當比例制成濃度為18%～20%的泥漿，然后用灌漿泵通過泥漿管路將泥漿從機尾灌入采空區；泥漿注入采空區后，泥漿沉淀，浮煤被覆蓋，裂隙被填充，形成隔絕漏風的隔離帶，使浮煤與空氣隔絕，防止氧化生熱，泥漿所到之處，增加了煤的外在水分，抑制氧化發展，同時冷卻了已自燃的煤炭，以防止煤自燃火災發生。

4　結束語

探討傾斜厚煤層預防自然發火技術，需要深入研究傾斜厚煤層預防自然發火的措施來防止自燃。通過利用束管監測、阻化劑噴灑、采空區注氮、黃泥灌漿等防滅火措施，改造礦井通風系統，可以有效降低礦井通風阻力，減少礦井內部漏風，這對于傾斜厚煤層預防自然發火，保證安全生產有積極意義。

[1]董偉，王學兵，史波波，等.開區注液氮防滅火技術在羊場灣煤礦的研究與應用[J].煤炭工程，2011(12)：3-4.

[2]張金山，寇斐斐.公烏素礦煤層自燃原因分析及防治技術[J].內蒙古煤炭經濟，2013(3)：2-3.

Discussion on Prevention Spontaneous Combustion Ignition Technology of Inclined Thick Seam

YANG Wei

It not only pays attention to high production and efficiency, but also takes some preventive measures in comprehensive mining to prevent accident in inclined thick seam prevention spontaneous combustion ignition technology. From air leakage effect and mining influence to analyze abnormal spontaneous combustion of No.13 coal seam in 23101 fully mechanized caving face. The preventing and extinguishing measures are comprehensively used. It effectively reduces the mine ventilation resistance, decreases the mine air leakage, and has positive role for prevention spontaneous combustion ignition of inclined thick seam.

Incline thick coal seam; Spontaneous ignition; Comprehensive fire prevention and control

2016-04-19

楊偉(1986—)，男，安徽淮南人，2010年畢業于安徽理工大學，助理工程師，主要從事采煤一線技術工作

(E-mail)634344631@qq.com

TD75+2

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1672-0652(2016)06-0049-04