綜采面綜合防滅火技術應用與實踐

陜 峰

(大同煤礦集團臨汾宏大雪坪煤業有限公司，山西 臨汾 041000)

煤礦井下采空區自燃發火所造成的井下瓦斯爆炸、有害氣體溢出等事故在我國井下易自燃煤層中時有發生[1-3]，尤其在煤層群開采過程中，采礦條件復雜，回采工作面采空區多，采空區自燃的機率及對回采工作安全生產的影響均大大增加[4-5]，本文以山西某礦為工程背景，探討了采空區防自燃的一些技術措施，并綜合這些措施，成功運用于該礦采空區預防自燃當中，取得了較好的效果。

1 礦井概況

山西某礦位于山西省孝義市西南16 km處的柱濮鎮賀南溝村至下柱濮村一帶，井田面積為5.205 km2，井田范圍內有公路與主要城市相連，交通位置十分便利，該礦井設計生產能力為120萬t/a，井田內可開采煤層為2#～11#煤層，井田內開采煤層數量多，開采方式屬于煤層群綜采開采，采空區較多，且與工作面的空間位置較為復雜，根據山西省煤炭工業廳綜合測試中心2018年度自燃傾向性鑒定報告，10#和11#煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，自燃傾向性質為自燃，由于10#和11#煤層距離近，同時需開采的工作面多，采空區多，所以該地段開采時極易發生采空區煤層自燃發火事故。為解決該礦煤層群開采時，采空區易自燃發火的安全問題，在探討前人提出的采空區防自燃發火技術措施的基礎上，提出了針對煤層群開采采空區防自燃發火的綜合安全措施，并在該礦成功應用，取得了較好的效果，保證了礦井的安全高效生產。

2 采空區防滅火技術

影響采空區煤的自燃的因素很多，如采空區煤層自燃難易程度、漏風情況、采礦條件、煤田地質條件、煤層氧化發熱條件等。多種因素作用下的影響機理較為復雜，煤層群開采時采空區數量多，工作面與采空區空間位置關系復雜，需采取多種措施相結合的方法綜合防治煤層群開采時采空區自燃發火。

2.1 開采工藝防采空區自燃發火技術

相關研究證明，影響采空區自燃的開采技術參數主要有：工作面推進速度、最小煤層露頭、煤層回采率、隔離封堵采空區的及時性、工作面的開采順序等，因此在采空區容易發生自燃的條件下應特別注意這類開采參數。

2.2 灌漿防采空區自燃發火技術

煤礦井下注漿防火滅火是防止采空區煤炭自燃的傳統技術措施之一，近年來成功運用于各個礦山。灌漿防滅火的作用機理包括阻斷供氧通道和煤體散熱，注漿防滅火原理示意圖，如圖1所示。

圖1 注漿防滅火示意圖

2.3 阻化劑防采空區自燃發火技術

目前常用的阻化可通過噴霧和霧化輸送到采空區和煤體，從而抑制煤層自燃。其基本原理如下：1) 阻化劑在煤體在表面可形成隔氧層，并封堵煤層裂隙，吸收空氣中水分，使煤體保持濕潤，由于試劑具有很強的吸水能力，煤體長時間保持濕潤。2) 在煤體表面，破壞煤的表面力場，煤中抑制劑與活性分子的相互作用在一定程度上增加了氧分子的活化能，從而大大降低了煤與氧之間的有效碰撞概率。阻化劑移動式噴灑系統工藝圖，如圖2所示。

圖2 移動式噴灑系統工藝圖

2.4 惰氣采空區防自燃發火技術

經過長期的發展，惰性氣體采空區的防火滅火技術已在一些發達國家和采礦科學技術先進的國家的煤礦中得到應用。移動式惰性氣體注入系統，如圖3所示。

圖3 移動式惰性氣體注入系統

2.5 采空區漏風封堵技術

通過對某些漏氣源采取一些堵塞措施和設施，可以有效減少采空區漏風，防止漏風引起的采空區煤炭自燃。近年來我國學者也在采空區堵漏放滅火方面進行了大量研究，提出了一些適應我國煤礦地質條件的采空區堵漏措施，包括：利用封閉墻堵漏、使用噴射泥漿堵漏、以及使用高惰性泡沫堵漏等。

2.6 采空區均壓防滅火技術

波蘭學者于1950年首次提出采空區均壓防火滅火技術。自20世紀60年代以來，壓力均衡防滅火在世界各地的煤礦得到應用，我國也對該技術進行了大量探索，并在我國一些煤礦得到了成功的應用，取得了較好的防滅火效果，均勻放滅火技術分閉區和開區兩種。自動控制均壓防滅火系統，如圖4所示。

3 工程實踐

根據該礦煤層數量多，間距小的實際地質條件，屬于煤層群開采方式，煤層群開采時采空區數量多，位置復雜，結合以上采空區防自燃發火技術措施，需通過通風、防塵、防滅火等綜合措施，來保障井下采空區不發生自燃發火。

圖4 自動控制均壓防滅火系統

3.1 通風措施

通風方式及通風量對防治采空區煤層自燃發火有重要影響，應采取合理的通風通道，來保證采空區不進風，礦井副立井進風量2 019 m3/min、主斜井進風量2 073 m3/min，礦井總進風量4 092 m3/min，總回風量4 278 m3/min，負壓500 Pa，礦井等級孔3.63 m，滿足礦井通風需要。主扇型號為FBCDZ-10-№26，配套電動機功率2×200 kW，電機型號：YBF-560S2-10，額定風壓2 450 Pa～649 Pa,額定風量4 320 m3/min～9 600 m3/min，為防爆抽出式對旋軸流風機。

3.2 綜合防塵措施

煤塵的生成及堆積，也易造成自燃發火事故，因此應采取綜合防塵措施來消除該類事故隱患，礦井現使用2個600 m3高山靜壓水池，管路沿主斜井至井底車場鋪設到井下各個地點，供各大巷、作業地點用水，井下各采區進、回風大巷、采、掘工作面進回風巷均按照規程規定數量安裝了隔爆設施、凈化水幕，所有轉、裝、卸載點全部安裝了噴霧裝置，各類裝置均靈敏、可靠，運行正常。

3.3 防滅火措施

通風措施及防塵措施可作為煤層群開采時采空區防自燃發火的輔助措施，因此，也需要采取防滅火的直接措施，來徹底杜絕煤層群開采時的采空區自燃發火事故，結合礦井實際條件采用以下直接防滅火措施。

1) 束管監測系統

地面安裝了SG-2003型煤礦自燃火災束管監測系統，選用GC-4085型煤礦專用氣相色譜儀，在11103工作面上隅角及其他測點共布置了7個束管監測探頭，每日抽取氣體進行分析，積極開展自然發火預測預報工作，防止煤層自燃。

2) 黃泥灌漿系統

建立了地面集中黃泥灌漿站，選用ZJ-90制漿機1套，井下干管采用DN125×6的無縫鋼管，支管采用DN125×6的無縫鋼管，管路采用法蘭連接，管路沿11103主運巷敷設至11103工作面，在11103采空區實施注漿。

3) 注氮系統

井下回采工作面選用有1臺DTJY-800/0.6型制氮設備，制氮量800 m3/h，輸出壓力≥0.6 MPa，氮氣純度≥97%。注氮管路采用Φ50mm無縫鋼管，管路已鋪設至101運巷閉墻、101材巷閉墻、11103運輸巷至工作面，注氮系統運行正常。

4 結語

煤礦井下煤層群開采時采空區防自燃發火的具體措施，主要有：注漿、均勻防滅火、惰性氣體防滅火

等。同時，在探討采空區防自燃發火的基礎上以山西某煤業為工程背景，結合實際地質條件提出了可在該礦使用的綜合防采空區自燃發火措施。