高地溫綜放工作面撤面期間防滅火技術研究

牛紅杰 王冬冬 李國芳

（山東新巨龍能源有限責任公司，山東 菏澤 274000）

1 工作面概況與自燃危險區(qū)域識別

1.1 工作面概況

3302工作面采用綜放開采方式，所采煤層屬于3#煤層，平均厚度8.5m，采3.5m放5m。煤系地層平均地溫梯度為3.23℃/100m，工作面地溫高達42℃以上，最短自然發(fā)火期46d。因此，綜合分析3302綜放面撤面期間采空區(qū)防滅火存在以下幾個難點：

（1）煤層埋深大、地溫高。工作面煤層原巖溫度高，自然發(fā)火期明顯縮短。

（2）綜放面開采強度大，散熱量大，所需配風量大，配風量的增加造成漏風強度增強，工作面自燃危險區(qū)域范圍增大。

（3）回采過程中，工作面及采空區(qū)涌水量可能較大，將會影響推進速度，自燃危險性較大。

（4）綜放面開采煤層厚度大，采空區(qū)范圍大，漏風嚴重，供氧充足。

（5）綜放面尤其是“兩道兩線”丟煤多，即上、下順槽、停采線、開切眼等。由于上下順槽采用錨網(wǎng)支護，頂煤難以垮落，采空區(qū)漏風嚴重，極易造成采空區(qū)浮煤自燃。

（6）綜放面采空區(qū)防滅火區(qū)域大，一旦浮煤有發(fā)火跡象，自燃火源將迅速擴展，危及整個礦井的生產(chǎn)，防滅火難度更大。

自燃火災經(jīng)常引發(fā)礦井瓦斯爆炸，滅火時常伴隨水煤氣爆炸，給礦工生命安全造成極大威脅。因此，為確保礦井防火安全，對礦井火災進行精準識別和分級分類，有針對性地綜合應用多種防滅火技術，對礦井自然發(fā)火治理技術進行系統(tǒng)性研究十分必要。

1.2 煤自燃危險區(qū)域識別技術

3302工作面回撤期間，根據(jù)工作面開采后采空區(qū)遺煤自燃特點，通過向采空區(qū)預埋管進行測溫、氣樣色譜分析來檢測數(shù)據(jù)，掌握采空區(qū)內部溫度、氣體濃度隨工作面推進的變化情況，以此來判定自燃危險區(qū)域，并采取相應的防滅火措施，排除煤自燃危險性。

采空區(qū)的氣體成分和溫度觀測采用埋管真空泵抽氣法和埋設熱電阻測定法，監(jiān)測點在兩道的采空區(qū)里，約50m設一探頭，保持采空區(qū)內部一側三個探頭，上下順槽同時觀測，監(jiān)測點布置如圖1所示。

圖1 3302綜放面“三帶”觀測測點布置示意圖

預埋管采用Ф50mm鋼管，在其中穿入三根Ф6mm不同顏色的束管，每根束管負責一個測點的氣樣，將束管、測溫探頭及其導線送入鉆孔直到采空區(qū)。埋管探頭具體設計如圖2所示。架間測點位于進風巷采空區(qū)靠近煤壁和綜放面回風巷采空區(qū)靠近煤壁處，兩測點等間距布置，相隔約50m，各測點距采空區(qū)底板的距離分別約為5.0m、5.4m、5.8m、5.2m、5.6m、5.0m。

圖2 埋管觀測探頭布置圖

2 3302工作面危險區(qū)域觀測結果

觀測工作是通過采空區(qū)預埋管路進行測溫、氣樣分析等，掌握采空區(qū)內部溫度、氣體濃度隨工作面推進的變化情況，同時測定工作面風量、溫度、氣體濃度等參數(shù)。各監(jiān)測點均利用束管監(jiān)測系統(tǒng)抽取氣樣，分析的氣體成分為O2、CO、CO2及CH4等烴類氣體。對3302綜放面采空區(qū)進風巷70、75、80以及回風巷85、90架后束管監(jiān)測系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)整理分析，結果如表1所示。

表1 采空區(qū)進風巷70架測點氣體濃度表

3 3302撤面期間防火技術應用

根據(jù)3302綜放面出現(xiàn)的異常情況，為保證工作面回撤期間采空區(qū)防火安全，實施了膠泥輔助建墻堵漏、加大注漿量系列措施，并在工作面回撤期間采用束管監(jiān)測系統(tǒng)，對回撤期間工作面實際情況進行監(jiān)測，分析工作面典型氣體位置。

3.1 3302綜放面氣體分析

3302綜放面回撤期間氣體濃度變化曲線圖如圖3所示。8月24日CO濃度升至779ppm；氧氣濃度隨著時間遞增呈現(xiàn)下降趨勢，最低可達到7.8%。說明3302綜放面在撤面期間工作面出現(xiàn)煤體與氧氣接觸，出現(xiàn)煤自然氧化的隱患，表現(xiàn)在回撤面80架后CO濃度顯著升高而O2濃度顯著下降這一特征，即3302綜放面回撤期間出現(xiàn)煤自然氧化傾向，具有煤自燃危險性。

圖3 80架氣體曲線圖

圖4 下25埋管氣體曲線圖

為了進一步確定隱患具體位置，如圖4，于8月22日對工作面80架后下25埋管，測定3302綜放面進回風氣體濃度變化情況。通過進回風側氣體濃度測定，可以將工作面進出風分為兩段，下隅角至75架為進風段，75架以上為回風段，80架附近為臨界點。由于3302綜放面回撤期間通風方式為上行風，結合下25埋管監(jiān)測CO/O2濃度變化情況，綜合判定綜放面回撤期間出現(xiàn)煤自燃異常點并非80架，而應該是在80架后下半部分受漏風點強烈的距離處為煤自燃隱患所在地點。因此，在3302綜放面下行巷下60埋管對該過程中氣體濃度進行實時監(jiān)測，結果如圖5所示。

圖5 下60埋管氣體曲線圖

下巷60埋管氧氣濃度在7月7日～7月17日持續(xù)保持在20%左右，CO濃度基本沒有變化。這說明在3302工作面初步撤面期間，基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，沒有出現(xiàn)煤體自然氧化現(xiàn)象。而當3302綜放面回撤的7月18日～7月27日，CO濃度突然出現(xiàn)快速增加（最高可達180ppm）現(xiàn)象，下行巷道氧氣濃度迅速遞減。這表明在這段回撤時間內，煤體出現(xiàn)自然氧化現(xiàn)象。結合現(xiàn)場實際情況：巷道通風條件良好，采空區(qū)遺煤量較大，平均浮煤厚度可達到0.9m，測定下行巷巷道漏風量大，為遺煤提供自然氧化時間充足。因此，綜合判定3302綜放面下行巷采空區(qū)位置處為回撤期間工作面自燃隱患點。

3.2 采區(qū)的防治措施

為了減少下巷漏風強度，于8月26日將上行風改為下行風，為了掌握調風后工作面漏風變化規(guī)律，有針對性地注膠堵漏、壓注液態(tài)二氧化碳，對架間深孔及部分淺孔進行了風向測定。高分子膠體可有效封堵架間漏風通道，粘著力強，可有效吸附煤體，隔絕與氧氣的接觸，阻止煤體進一步氧化。3302工作面注膠分為架間普注（每孔2袋）、重點區(qū)域強化壓注、深孔定量壓注。下巷注氮，調風前通過下巷埋管及2架深孔注氮，調風后改為149架深孔壓注。上下巷敷設二寸液態(tài)二氧化碳專用管路，減少了變徑，有效降低堵管頻率，利用架間深孔、上巷埋管向采空區(qū)壓注液態(tài)二氧化碳。

3.3 氣體監(jiān)測及效果分析

工作面支架停止推進后，在架間設置了固定束管監(jiān)測點，每10架一個測點。重點取樣色譜分析位置為回風隅角50架、70架、80架、110架。觀測點布置涵蓋了架間特殊區(qū)域、重點危險區(qū)域，形成了全方位氣體監(jiān)測，為采取及時有效的防火措施提供了有力數(shù)據(jù)支撐。

通過分析色譜檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)過采取注膠堵漏、接續(xù)注氮、壓注液態(tài)二氧化碳等一系列措施后，各測點一氧化碳濃度大幅降低，且均降至正常水平，基本排除了3302綜放面回撤期間的自燃危險性。由于回風側架間一氧化碳濃度、氧氣濃度均保持正常水平，說明針對3302綜放面所采取的一系列防火措施均落實到位，調風恰當，防滅火效果較好。

4 結論

針對新巨龍公司3302綜放工作面煤層開采的實際情況，采用有針對性的防滅火技術措施，對工作面采空區(qū)煤自燃進行了預測和控制，成功地實現(xiàn)了3302綜放面的安全生產(chǎn)和回撤，為高地溫礦井綜放面的防滅火技術提供了新的應用案例，具有推廣應用價值。