復(fù)采工作面煤炭自燃的綜合防滅火技術(shù)

朱榮譽(yù)，杜家友，馬云鵬

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)研究院，山西 霍州 031400)

·技術(shù)經(jīng)驗·

復(fù)采工作面煤炭自燃的綜合防滅火技術(shù)

朱榮譽(yù)，杜家友，馬云鵬

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)研究院，山西 霍州 031400)

針對薛虎溝煤業(yè)2-103工作面煤層上分層煤早期受小窯破壞開采較為嚴(yán)重，小窯資料不明，復(fù)采火災(zāi)隱患嚴(yán)重等問題，結(jié)合工作面實際揭露情況，分析了復(fù)采工作面煤層自燃危險因素，通過采取堵漏風(fēng)、預(yù)測預(yù)報、預(yù)防性注氮、噴灑阻化劑等綜合防滅火措施，有效保障了2-103復(fù)采工作面的安全回采，并為今后其他同類復(fù)采工作面煤炭自燃的防治工作提供了借鑒。

小煤窯；復(fù)采；綜放工作面；綜合防滅火

薛虎溝煤業(yè)為資源整合礦井，井田范圍內(nèi)2#煤上分層煤早期受小窯破壞開采較為嚴(yán)重，且缺乏小煤窯相關(guān)資料，小窯巷道與采空區(qū)的準(zhǔn)確位置不能確定。由于這些小窯巷道錯綜復(fù)雜，位置不明，漏風(fēng)通道多，在其破壞的不規(guī)則區(qū)域內(nèi)布置復(fù)采綜放工作面，在回采過程中將會遇到較多安全隱患，自燃火災(zāi)便是一個重要的威脅安全的問題，由于復(fù)采采空區(qū)遺煤具有自燃、自然發(fā)火難滅火的特點，因此，在煤層復(fù)采過程中防滅火工作成為安全管理工作的重點。

1 2-103復(fù)采工作面概況

薛虎溝2-103復(fù)采綜放工作面位于薛虎溝煤業(yè)621水平一采區(qū)，井田北部小窯破壞的區(qū)域內(nèi)，其西北部及東北部靠近井田邊界線，西南為3條盤區(qū)巷道，東南為2-102回采工作面。工作面煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，自然發(fā)火期3～6個月，煤層厚度2.5～5.5 m，平均厚度為4 m，屬于厚煤層開采。煤層賦存平緩，傾角2°～5°，平均3°. 工作面走向設(shè)計長度790 m，傾向長200 m，工作面形狀呈矩形，標(biāo)高+595～+615 m，埋深86～113 m. 工作面可采儲量91 000 t. 工作面絕對瓦斯涌出量1.3 m3/min，相對瓦斯涌出量0.8 m3/t，采用綜合機(jī)械化一次采全高放頂煤采煤法，全部跨落法管理頂板，工作面支護(hù)采用U型棚支護(hù)，U型通風(fēng)方式。

2 復(fù)采工作面自然發(fā)火危險因素分析

根據(jù)復(fù)采區(qū)工作面自身特點，結(jié)合工作實踐，分析2-103復(fù)采綜放工作面自然發(fā)火因素有以下幾點：

1) 采煤工作面回收率低。工作面開采屬于厚煤層開采，采用放頂煤工藝，放頂后殘留浮煤量大，頂板冒落下的矸石雖較破碎，但未壓實，采空區(qū)有漏風(fēng)滲入會增加遺煤與氧接觸氧化機(jī)會。

2) 復(fù)采工作面漏風(fēng)隱患點多。2-103整個工作面位于小窯破壞的區(qū)域內(nèi)，其在掘進(jìn)期間，進(jìn)風(fēng)巷共揭露小窯巷道及采空區(qū)破壞區(qū)11處，回風(fēng)巷共揭露小窯巷道及采空區(qū)共26處，且揭露巷道交錯復(fù)雜無規(guī)律，漏風(fēng)通道為松散煤體自然發(fā)火提供良好環(huán)境，增加煤自然發(fā)火風(fēng)險。

3) 復(fù)采工作面煤質(zhì)及頂板較松散破碎。復(fù)采工作面煤體松散，頂板破碎，導(dǎo)致回采速度相對較慢，使得遺煤與漏風(fēng)氧接觸氧化時間延長，易引發(fā)煤自然發(fā)火。

4) 上分層正在開采過程中，上分層遺煤已經(jīng)經(jīng)過一次氧化，煤體活化能增強(qiáng)，耗氧速率及放熱強(qiáng)度等均增加，著火點溫度降低，復(fù)采時，與氧再次接觸更容易自然發(fā)火。

3 2-103復(fù)采綜放工作面綜合防滅火技術(shù)

通過復(fù)采煤層自然發(fā)火因素分析，針對復(fù)采煤層生產(chǎn)條件的特殊性及工作面自然發(fā)火點位置難以確定的特點，筆者認(rèn)為有效地減少煤與氧的結(jié)合，才能做到科學(xué)防火，達(dá)到安全回采的目的。復(fù)采時，要盡可能地減少與氧結(jié)合的機(jī)會。為此，該礦結(jié)合工作面實際，采取了堵漏風(fēng)、束管監(jiān)測、人工監(jiān)測、注氮、噴灑阻化劑等綜合防火措施，有效杜絕了自然發(fā)火，實現(xiàn)了工作面的安全復(fù)采。

3.1 監(jiān)測預(yù)測預(yù)報

綜合防滅火技術(shù)中重要的一個環(huán)節(jié)就是對所有可能自燃地點進(jìn)行可靠的監(jiān)測監(jiān)控、取樣化驗，以此進(jìn)行煤自燃的預(yù)測預(yù)報。為對工作面進(jìn)行可靠監(jiān)測，采用人工檢測、束管監(jiān)測相結(jié)合的監(jiān)測預(yù)報手段。

1) 人工檢測。

由于掘進(jìn)期間兩巷揭露的舊巷及采空區(qū)較多，隱患點、不易監(jiān)測點多，因此在礦井井下檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)專職火檢員巡檢，加強(qiáng)對重點隱蔽防火區(qū)進(jìn)行取樣檢測檢查，采用便攜式溫度計、氧氣、CO、瓦斯氣體檢測儀，利用加長金屬桿對架間風(fēng)流溫度、氣體成分的監(jiān)測以及重點冒落漏風(fēng)隱患區(qū)的溫度、氣體成分的監(jiān)測，正常每班巡檢1次，每周取樣化驗分析1次，任何一處有異常，應(yīng)及時分析處理，并增加觀測檢查次數(shù)。

2) 束管監(jiān)測。

沿工作面進(jìn)風(fēng)巷采空區(qū)預(yù)埋三路d8 mm的束管監(jiān)測探頭，探頭間隔20 m，并在上隅角鋪設(shè)一路，為了避免束管被砸壞，束管外采用d25 mm的高壓膠管保護(hù)，并隨工作面推進(jìn)埋入采空區(qū)。利用地面JSG-8型礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)對工作面采空區(qū)和上隅角監(jiān)測點氣體進(jìn)行監(jiān)測，并取樣分析監(jiān)測點處CO、H2、CH4、C2H2等指標(biāo)氣體的種類及濃度變化，及時掌握采空區(qū)氣體變化情況，為采取防滅火措施提供第一手資料。

3.2 堵漏風(fēng)措施

1) 對掘進(jìn)期間揭露的老巷道及采空區(qū)進(jìn)行分析，分析揭露的巷道間及巷道與采空區(qū)間的連通關(guān)系，并針對有連通的漏風(fēng)巷道及采空區(qū)，采用灌漿、噴漿進(jìn)行封堵，并加強(qiáng)對工作面漏風(fēng)隱患的巡查、檢測，及時發(fā)現(xiàn)及時堵漏。

2) 回采期間，在上、下隅角進(jìn)行掛風(fēng)簾堵風(fēng)，減小采空區(qū)漏風(fēng)。

3.3 預(yù)防性注氮技術(shù)

1) 注氮系統(tǒng)。

井下安設(shè)一臺DMJ-1000/1型井下移動式制氮裝置，配套空壓機(jī)功率2×185 kW，額定工作電壓1 140 V，50 HZ，制氮能力1 000 m3/h，制氮純度不低于97%，制氮機(jī)氮氣出口壓力不小于0.85 MPa. 考慮到氮氣比空氣略輕，故將4英寸專用無縫注氮鋼管沿工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)埋入采空區(qū)內(nèi)。采用替步埋管的注氮工藝向采空區(qū)注氮，采空區(qū)內(nèi)埋管注氮距離20～40 m，注氮管口前3 m打花眼，當(dāng)管路埋入采空區(qū)20 m后開始注氮。注氮方式采用開放式連續(xù)性注氮，以稀釋采空區(qū)內(nèi)氣體的氧氣濃度，惰化采空區(qū)氣體環(huán)境，防止浮煤氧化自燃。

2) 注氮效果。

衡量注氮防火是否達(dá)到效果，往往通過采空區(qū)預(yù)埋束管，抽氣樣分析。如果注入流量為1 000 m3/h，濃度97%以上的氮氣后，采空區(qū)氧濃度降到7%以下，表明采空區(qū)氣體環(huán)境已被惰化。

3.4 阻化劑防滅火系統(tǒng)

薛虎溝煤業(yè)BH-40/2.5型井下移動式阻化劑防滅火系統(tǒng)主要由阻化劑溶液箱、BH-40/2.5型噴射泵、過濾器、高壓軟管及噴槍組成，該系統(tǒng)體積小，重量輕，運(yùn)輸攜帶方便，安設(shè)在2-103工作面的進(jìn)風(fēng)巷道中。阻化劑材料采用氯化鈣，其水溶液的濃度為15%，噴灑重點為工作面上下隅角、開切眼、停采線等重點危險區(qū)域。噴灑阻化劑時，一臺泵配一支噴槍，由專人手持噴槍向采空區(qū)一側(cè)浮煤進(jìn)行噴灑，噴灑工作在采煤班移架放頂前進(jìn)行，從后溜機(jī)頭向機(jī)尾沿支架間隙向采空區(qū)噴灑，一次噴灑寬度為工作面一個循環(huán)進(jìn)尺0.8 m，噴灑要保證全面濕潤煤體，以達(dá)到延長自然發(fā)火期防火的作用。

3.5 其他措施

加強(qiáng)通風(fēng)管理，定期對2-103工作面進(jìn)行測風(fēng)，保證巷道有效通風(fēng)斷面，減小工作面通風(fēng)阻力，保持工作面風(fēng)量的穩(wěn)定。

4 效果分析

1) 通過在掘進(jìn)回采期間采取堵漏風(fēng)措施，有效減少了漏風(fēng)通道，在回采期間自上下隅角吊掛擋風(fēng)簾，有效減少了采空區(qū)漏風(fēng)量，降低了煤的自然發(fā)火。

2) 采用人工循環(huán)監(jiān)測與束管監(jiān)測相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了對難以進(jìn)行氣體檢測的重點隱患區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，為早期發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火危險提供基礎(chǔ)。

3) 通過采取預(yù)防性注氮、噴灑阻化劑等防滅火措施，使采空區(qū)氧化帶范圍內(nèi)氧濃度保持在7%以下，有效預(yù)防了2-103工作面采空區(qū)遺煤的自燃。并在工作面回采期間取得工作面CO氣體濃度沒有一次超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的良好效果。

復(fù)采煤層防滅火工作體系是相對復(fù)雜的工程，必需采取預(yù)防為主，綜合治理的技術(shù)理念，才能保障礦井的安全生產(chǎn)。通過分析薛虎溝2-103復(fù)采綜放工作面煤層賦存特點及煤層自燃影響因素，采取上述綜合性的煤炭自燃火災(zāi)預(yù)防措施，有效預(yù)防了工作面煤炭自然發(fā)火，確保了工作面的安全回采，為后序復(fù)采煤層回采防滅火工作積累了一定的經(jīng)驗。

[1] 鄧 軍，馬 威，張辛亥，等.復(fù)采工作面采空區(qū)浮煤自燃火災(zāi)的治理[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,38(2):43-45.

[2] 康希武.綜合防滅火技術(shù)在老窯復(fù)采中的應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2002,29(6):26-27.

[3] 金江濤，譚啟明，丁福龍.復(fù)采工作面自然發(fā)火的防治技術(shù)[J].煤礦安全,2006,13(7):31-32.

[4] 楊 彬，翟小偉，楊紅革，等.北馬坊煤礦2134復(fù)采工作面自燃防控技術(shù)研究與實踐[J].煤炭工程,2013,18(9):47-49.

Comprehensive Fire Prevention and Control Technology of Coal Spontaneous Combustion in Remining Working Face

ZHU Rongyu, DU Jiayou, MA Yunpeng

Xuehugou coal mine used to be operated by some private entity, due to random mining and the lack of specific geological data, the current No.2-103 mining face which is just under the former mining area faces the hidden risk of fire and spontaneous combustion. The paper analyzes the factors of spontaneous combustion with combination of the emerged problems, comprehensive fire prevention measures are adopted, namely, air leaking stoppage, forecasting, preventive nitrogen injection and resistance agent spraying, so to guarantee the safety during remining in the No.2-103 work face, the experience is of reference for similar cases.

Small coal mine; Remining; Fully mechanized caving face; Comprehensive fire prevention

2016-12-21

朱榮譽(yù)(1989—),男,河南人,2014年畢業(yè)于河南理工大學(xué),助理工程師,主要從事煤礦安全生產(chǎn)方面的技術(shù)工作

(E-mail)zhuryts@163.com

TD75

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1672-0652(2017)02-0044-03