工作面正常回采期間防滅火技術的應用

劉寶振，白永忠

(陜西華彬煤業股份有限公司，陜西 彬縣 713500)

0 引言

自燃煤層綜放開采工作面回采期間采空區及煤體緩慢氧化，容易產生CO，所以工作面回采期間防滅火工作十分重要，常常需要采取黃泥灌漿、注惰性氣體、監測監控等綜合防滅火措施，以保證工作面安全回采。

1 工作面概況及綜合防滅火方案

1.1 工作面概況

ZF2809工作面位于402采區西翼南部，西為404采區3條下山，南為軌道大巷，東為402采區3條下山，北為ZF2802工作面采空區。工作面開采的4#煤層，屬Ⅱ類自燃煤層，自然發火期為3～5個月。該工作面設計長度1 060 m，可采長度845 m，傾向90 m，煤層平均厚度12 m。ZF2809工作面回采40 m后，發現采空區和工作面實煤體內CO含量升高現象。

1.2 綜合防滅火方案

為保證ZF2809工作面順利安全回采，在采空區采取以黃泥灌漿、注惰性氣體、灌注三相泡沫和噴灑阻化劑等綜合防滅火方法；同時在工作面兩順槽內施工檢測鉆孔及措施孔，通過注水、注水玻璃、巷道噴漿等堵漏風等措施減少煤體氧化。

2 實施過程

2.1 采空區防滅火

開采技術管理：①工作面回采期間減少生產影響，確保工作面推進度；②每班必須安排專人對工作面架間及架前浮煤認真清理；③兩順槽風路暢通，順槽通風斷面不小于設計斷面的2/3；④提高回采率，減少采空區碎煤堆積量。

通風管理：根據工作面安全生產實際，對ZF2809工作面風量進行及時調整，合理分配工作面風量，將工作面風量控制在900 m3/min，以減少工作面采空區漏風。

黃泥灌漿：①利用地面固定式灌漿站，依照《ZF2809工作面防滅火設計》每班次向工作面采空區注漿不少于28 m3，每天注漿量不少于84 m3的泥漿，泥漿水土比不得小于1/3；灌漿管路采用φ159鋼管，管路從灌漿站通過行人斜井管路連接至井下回風順槽灌漿管；②采用上隅角沿回風順槽向采空區方向每50 m敷設灌漿管和沿工作面方向在架后每30 m敷設φ51灌漿篩管向采空區灌漿；架后灌漿篩管進入采空區30 m開始灌漿，上隅角灌漿管進入采空區50 m開始灌漿，當篩管及上隅角灌漿管埋入采空區100 m后斷開，利用后續管路灌漿，保證工作面采空區進行全面覆蓋灌漿；③利用黃泥灌漿系統向ZF2809采空區壓注三相泡沫，每班壓注三相泡沫量不小于400 kg。

注惰性氣體：①在向ZF2809工作面注氮工作的同時，開啟401軌道下山注氮硐室內一臺ZXJD-600型制氮機和ZF1801回順巷口注氮硐室內1臺MJD-1000型制氮機，2套系統并聯向ZF2809工作面采空區進行注氮，注氮流量為1 500 m3/h，每班次注氮時間為8 h；氮氣管路采用2趟φ50鍍鋅鋼管從運輸順槽埋入采空區，兩管口相距20 m，埋入采空區后每隔40 m交替裁開；②每推進20 m時，在ZF2809工作面架后敷設一趟φ50 mm注氮篩管，注氮篩管與灌漿篩管錯開15 m埋設，保證工作面采空區進行全面覆蓋注氮。

檢測監控：①束管監測。ZF2809工作面運順埋設2趟束管，埋深分別為40 m、20 m，回順埋設3趟束管，埋深分別為60 m、40 m、20 m，要求束管口必須加設護管防止堵塞；②人工檢測。瓦檢員每班對自然發火觀測點的CH4、CO、CO2、O2含量及溫度情況進行3次檢查，并將檢測結果匯報監測室；③人工采樣分析。每天對回上隅角(支架后部)和回風流、采空區束管取樣一次，送至地面調度室，利用氣相色譜分析儀對氣樣中O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2成分進行分析；④實時監測。調度室利用運順超前支護段、上隅角、回風出口、回順超前支護風流等地點的CH4、CO及溫度傳感器對工作面的CH4、CO及溫度進行實時監測；⑤設置檢測站。在ZF2809運順超前支護段設置一個CO觀測站，調度室負責安裝一個CO傳感器進行實時監測，同時工作面當班瓦檢員進行人工檢測，如圖1所示。

圖1 ZF2809工作面注氮管、檢測監控示意圖

工作面堵、漏風：綜采隊負責，嚴格按以下幾點要求切實做好工作面堵、漏風工作。在工作面兩端頭每天8點班各壘一道土袋墻，墻體厚度大于1 m，然后在土袋墻外掛鐵絲網用艾格勞尼進行噴封。

噴灑阻化劑：綜采隊負責在ZF2809工作面架后和兩隅角全面覆蓋噴灑阻化劑，阻化劑水溶液的濃度為20%。

2.2 工作面兩順槽防滅火

兩順槽施工氣體檢測孔及注水孔：①施工氣體檢測孔。在ZF2809工作面運、回順槽每100 m利用錨桿機向巷道頂板和煤壁施工氣體檢測孔，施工完畢后及時封孔并檢測鉆孔內溫度和氣體含量，同時取樣進行色譜分析；②施工注水鉆孔。在ZF2809運順490 m、390 m、290 m處的巷道北幫用鏈條鉆機施工探測孔，與C2802灌漿巷打通，開口位置距頂板1 m，鉆孔深度20 m左右，注水孔角度分別為-8°、-9°，施工完畢后連接注水管并安裝球閥保證向C2802灌漿巷正常注水。并在ZF2809運順300 m至工作面段用鏈條鉆機施工注水孔，每組鉆孔間距10 m，包含南幫一個仰角45°及60°的鉆孔，孔深分別為18 m和13 m，仰角45°的鉆孔開孔位置距底板不大于2 m，仰角60°的鉆孔開孔位置距頂板不大于0.5 m，另外含一個頂板鉆孔，鉆孔仰角45°(順風方向)，孔深以見矸為準。

檢測監控：①兩順槽檢測孔。對兩順槽施工的檢測孔每2天在8點班進行一次檢測，取樣；②巷道溫度檢測。始終堅持每班次對兩順槽頂板及兩幫溫度進行檢測，8點班用熱成像儀測定，4點和零點班用紅外線測溫儀測定，溫度測定警戒值為30℃；③架后遺煤溫度檢測。工作面每割一刀煤，用紅外線測溫儀對工作面端頭架后1#、2#、3#、4#、46#架后及上隅角的遺煤溫度進行檢測；④周邊采空區檢測。對ZF2809工作面周邊的密閉墻內的氣體含量和墻面溫度每天檢測一次；對西軌道大巷ZF2809采空區段溫度每天進行檢測；⑤在鉆孔施工期間利用熱電偶對鉆孔內部溫度進行檢測，并做記錄。

運輸順槽噴漿：安排人員對ZF2809工作面運輸順槽350～550 m段噴漿，噴漿厚度50 mm，防止運輸順槽煤體裂隙漏風、氧化。

鉆孔注水玻璃：利用ZF2809運順施工的措施孔配套雙液柱塞泵向鉆孔內壓注水玻璃及尿素水溶液，對巷道松散的圍巖、裂縫進行堵漏風。水玻璃溶液濃度為15%，尿素溶液濃度為3%，壓注時2種液體按照1∶1配比壓入。

2.3 其它防滅火措施

外因火災預防：①加強電氣設備管理，嚴防電氣火災發生；②工作面嚴禁使用電、氧氣焊；③加強采煤機、轉載機、刮板機、皮帶機等設備所使用的齒輪油等油類管理，工作面范圍內不得存放1桶以上油類；④各設備點應配備2臺以上干粉滅火器，皮帶機頭、泵站等設備集中點應配備沙箱等滅火器材；⑤電氣設備入井前，應檢查其“產品合格證”、“煤礦礦用產品安全標志”及安全性能；檢查合格并簽發合格證后，方準入井；⑥工作面所有電氣設備及接線都不得出現失爆；⑦嚴禁工作面由于任何形式出現電火花；⑧采煤機內外噴霧齊全，割煤時噴霧必須正常開啟；⑨嚴禁用鐵錘敲擊設備；⑩工作面前后刮板機及轉載機必須運轉良好，不得摩檫產生火花。

應急處理措施：①當工作面發火氣體指標有上升趨勢時及時查找原因，利用注氮管路向采空區壓入液態CO2抑制采空區自燃的發展。主要壓注點為進風巷20 m、40 m處注氮管及注氮篩管；②有下列情況之一者考慮進行工作面封閉—回風隅角或其它地點測到CO濃度到500 ppm，工作面檢測到乙烯或乙炔，工作面CO氣體在2 h內突然加倍；③當工作面CO等指標氣體有急劇上升趨勢時及時撤人啟動工作面封閉程序。

2.4 應用效果

采取綜合防滅火措施后，采空區及煤體內CO含量變化如圖2所示。

a-上隅角CO含量變化/ppm;b-回風巷口CO含量變化/ppm圖2 綜合防滅火措施應用效果

3 結論

自燃煤層工作面回采期間必須高度重視采空區及煤體防滅火工作，通過采取黃泥灌漿、注惰性氣體、工作面堵漏風、注三項泡沫，煤層注水及注阻化劑，工作面采空區及回風流CO含量得到了有效控制，抑制了采空區及煤體自然發火跡象，確保了工作面安全回采。