綜采工作面采空區防滅火安全技術措施研究

陳鵬輝

（潞安集團司馬煤業公司，山西 長治 047105）

1 工作面概述

潞安集團司馬煤業公司1211工作面位于井田二采區，工作面走向長度為1500m，傾向長度為220m，回采煤層為下二疊統山西組下部的3#煤層，平均厚度為6.95m，煤體呈黑色，粉末狀，以亮煤為主，夾暗煤，半暗型及鏡煤條帶，玻璃光澤，含少量葵鐵礦，煤質為貧瘦煤。煤層具有發火傾向，發火期為44d。1211工作面采用“U”型通風方式，截至目前工作面55m。

1211工作面回采至31m處揭露一條正斷層f1，斷層落差為1.1m，傾角為55°，受斷層影響工作面頂板破碎、煤壁片幫嚴重，導致回采速度大大降低，平均回采量為1.5m/d。工作面采用留底煤仰斜回采法過f1斷層，仰斜角度為7°。工作面在過斷層第三天通過采空區埋管監測系統發現，距工作面上隅角5m處回風巷內CO濃度達0.0044%，當工作面過斷層第七天回風巷CO濃度升高至0.0062%，且隨著時間推移CO濃度成逐漸上升趨勢。所以為了保證1211工作面安全回采，避免工作面出現火災隱患，司馬礦通風部對1211工作面過斷層期間采空區CO濃度超限原因進行分析，并對采空區采取了聯合防滅火措施。

2 采空區CO濃度超限原因分析

1）煤體氧化時間長；1211工作面切眼在形成后需進行設備安裝對接，共計用時45d，在此期間工作面暴露煤層與空氣接觸時間長，當工作面回采至41m處時揭露f0斷層時，回采速度降低，從而進一步加大了煤體與空氣接觸時間，特別是遺留在采空區內的破碎煤體得到進一步氧化，從而發生自燃現象。

2）采空區遺煤多；1211工作面采用留底煤仰斜法過f0斷層，工作面從41m處回采至55m處共計留底煤達3706t，且隨著工作面推進底煤全部甩入采空區內，從而造成采空自燃發火隱患。

3）采空區漏風量大；1211工作面采用“U”型通風方式，在工作面進風上隅角處無進風巷與采空區無任何擋風設施，造成部分風流直接進入采空區；同時工作面在過斷層期間采用帶壓間隔移架，即工作面采煤機上行每割煤50m后及時移架，然后繼續割煤，在此期間已移架與未移架之間存在漏風間隙，造成采空區漏風量加大。采空區漏風量大為煤層自燃創造了有利條件。

4）發火監測系統敏度低；1211工作面安裝的普通埋管監測系統敏度低，當采空區內出現CO涌出時不能及時進行監測，實時監測效果差，一旦采空區內發生自燃發火現象時不能及時發現。

3 綜合防滅火措施及效果分析

為了有效遏制1211采空區煤層自燃，避免重大事故發生，司馬礦通風部通過技術研究，決定從減少采空區漏風及遺煤量、采空區注氮以及安裝高敏度監測系統等幾方面入手，降低采空區CO涌出。

1）降低采空區漏風量；1211工作面在回采過程中采空區漏風主要來自于機頭處上隅角以及間隔移架時支架間隙，司馬礦通風部通過研究在1211運輸順槽距機頭15m處安裝“Z”型風障，引導風量直接進入工作面；同時工作面在過斷層期間間隔移架時在相鄰支架間隙處安裝柔性可伸縮風障，從而降低采空區漏風量。

2）采空區注氮；1211工作面采用ZH-800-98型地面固定碳分子篩制氮機制氮，注氮管路埋放在工作面上隅角處，采用直徑為108mm的鋼管作為注氮管路且伸入采空區內長度為50m，隨著工作面推進50m后開始注氮，并埋設第二條注氮管路，當第二條注氮管路埋入采空區50m后第一條注氮管路停止注氮，并對第二條管路重新接管注氮；采空區注氮時管路出口壓力為0.6MPa，注氮量為420 m3/h，氮氣濃度不得低于97%。

3）減少采空區遺煤；1211工作面采空區遺煤主要來自于仰采過f0斷層期間的底煤，所以為減少采空區遺煤已調整工作面過斷層回采方法，應采用偽斜回采法過f0斷層，即在過斷層前進行旋轉調面，使工作面方向與斷層走向方向平行，然后偽斜回采至斷層帶時采用爆破法強行過斷層，工作面過斷層后再次進行旋轉調面，使工作面正規循環作業，采用該方法過斷層可有效減少采空區遺煤量。

4）安裝高敏度采空區發火監測系統；1211工作面采空區原安裝的是普通型發火監測系統，測量誤差大、監測敏度低且監測系統束管管路長等確定，而且整個工作面僅在上隅角處安裝監測系統，數量有限；所以通過研究決定對1211采空區安裝JSG5型煤礦自然發火束管監測系統，該系統采用的是光譜技術，具有氣體預處理功能、氣體流量控制及顯示功能等，且具有能夠及時就地取樣、實時分析、結果高速上傳、監測及時敏度高等優點，工作面共安裝三臺JSG5型監測系統，分別安裝在55#支架、145#支架以及上隅角處，如圖1所示。

圖1 司馬礦1211工作面綜合防滅火系統布置示意圖

4 應用效果分析

1）通過采空區安裝的JSG型發火束管監測系統監測數據發現，1211工作面采取減少采空區漏風量以及注氮措施后，采空區內O2濃度由原來的16.28%減低至5.5%，CO平均濃度由原來的0.0055%降低至0.0017%，由此可見減少漏風量可有效延長了采空區破碎煤體氧化時間，避免采空區火災事故發生；注氮措施后可稀釋采空區內氣體，但具有一定滯后作用，可起到輔助防滅火作用。

2）通過偽斜回采法過斷層時，減少了采空區遺煤量達3700t，有效阻止了了采空區煤體自燃事故發生，同時與傳統仰斜法相比，偽斜回采法過斷層提高了工作面回采速度，平均回采進度達5.0m/d，回采后采空區及時垮落，縮短了采空區內破碎煤體氧化時間，減小了氧氣與破碎煤體接觸面積，降低了自燃發火隱患。同時在工作面三處安裝JSG型高敏度發火監測系統，可精準對采空區CO進行監測，為采空區及時采取滅火措施提供實時依據。

5 結束語

潞安集團司馬煤業公司通風部通過技術研究，對1211工作面在過斷層期間采空區CO濃度升高原因進行合理分析，并根據實際生產情況采取了注氮、安裝風障、調整回采方法以及安裝高敏度監測裝置等聯合預防措施，實踐證明采取措施后，有效降低了采空區CO涌出量，避免了采空區自然發火隱患，保證工作面安全高效回采，取得了顯著成效。