東坡煤礦914工作面防滅火技術實踐

王利新

（山西中煤東坡煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036002）

煤炭自然發(fā)火是制約煤礦高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)的重大災害之一。我國煤礦煤炭自然發(fā)火情況十分嚴重，尤以厚煤層開采為甚。多年來，許多專家學者對煤炭自燃的理論及防治技術進行了大量的研究［1-3］，提出了諸如注漿、噴灑阻化劑、注惰性氣體、阻化氣霧、泡沫樹脂、三相泡沫等防滅火技術方法，取得了良好的防滅火效果。

1 東坡煤礦914工作面概況

914工作面走向長度為1350 m，傾向長度為240 m，開采9#煤層。9#煤層傾角4°～6°，煤層平均厚度16.88 m，頂板為砂巖或泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖。煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層，自然發(fā)火期為3～6個月。采用走向長壁采煤方法，后退式回采，綜采放頂煤開采工藝，采放比1∶4，全部垮落法管理頂板。該面北部與913工作面采空區(qū)相鄰，在工作面回采過程中揭露1007延伸巷（見圖1）。采用U型通風方式，由機巷進風，回風巷回風。

根據(jù)生產(chǎn)安排，914工作面于2013年4月20日回采至距停采線位置50 m處停止回采，距1007延伸巷123 m。至復產(chǎn)時共停產(chǎn)219天，停采時間大于煤層自然發(fā)火期，采空區(qū)遺煤有自然發(fā)火的可能性。

圖1 914工作面采空區(qū)

2 影響914工作面自然發(fā)火因素分析

2.1 采空區(qū)遺煤量

采空區(qū)遺煤量是煤體自燃的一個物質(zhì)基礎［4］。914工作面煤層厚度大，煤體破碎，放煤不徹底，遺煤量大。加之1007延伸巷前后10～15 m范圍內(nèi)未進行放煤，形成一條浮煤帶，給煤自然發(fā)火提供了“良好物質(zhì)”，具備自然發(fā)火的物質(zhì)條件。

2.2 采空區(qū)漏風

采空區(qū)遺煤自燃需要有連續(xù)供氧的條件，采空區(qū)漏風是實現(xiàn)供氧的一個途徑。對于U型工作面，工作面兩端頭是采空區(qū)漏風的源與匯，在工作面傾向上，進風巷、回風巷往工作面0～20 m范圍內(nèi)漏風量最大［5］。采空區(qū)自燃劃分為散熱帶、氧化帶與窒息帶“三帶”［6］（見圖2）。煤自燃發(fā)生在氧化帶中，氧化帶漏風適中，給遺煤提供氧氣的同時有利于熱量的集聚，適合煤氧發(fā)生反應并最終導致自燃。漏風量大，則氧化帶離工作面距離更遠。

914工作面在暫停回采后，回采工作面未封閉，保持著通風，向采空區(qū)漏風，為914采空區(qū)煤炭自燃的可能性提供了有利的供氧條件。

圖2 采空區(qū)自燃“三帶”

3 914工作面綜合防滅火技術實踐

綜采放頂煤工作面防治自然發(fā)火是一個系統(tǒng)工程，防火措施主要從設計、工作面配風量、煤氧接觸、降低空氣中含氧量、控制煤體溫度等方面入手［7］。針對該面的特殊情況制定一整套預防自然發(fā)火的技術措施。

3.1 合理確定配風量

工作面配風量不僅決定工作面通風壓力，也影響采空區(qū)漏風壓差和漏風量，影響工作面采空區(qū)自燃“三帶”分布。根據(jù)東坡煤礦瓦斯涌出量小的有利條件，在914機巷外口防火調(diào)節(jié)墻進行控風，風量由原來1100 m3/min控制并穩(wěn)定在650 m3/min，降低進、回風隅角壓差，減少向采空區(qū)漏風。

3.2 采空區(qū)堵漏技術

在回采過程中，每推進10 m，即在進、回風隅角構筑一道水泥袋煤垛墻；在停采位置，對工作面進、回風隅角建造一道厚度1 m水泥袋煤垛墻，袋子順巷道擺放，袋口向外，袋與袋之間錯茬，垛墻接幫、接頂，回風隅角由下幫至第1架架尾，進風隅角由進風順槽上幫至最后1架架尾。并對墻面及周邊噴涂快速密閉材料，同時對914工作面進風段尾部采空區(qū)采用風筒封堵，長度為100 m，以減少采空區(qū)漏風。

3.3 注漿防滅火技術

注漿的作用主要是防止采空區(qū)遺煤自燃及降低采空區(qū)溫度，是煤礦井下常采用的防滅火措施。在回風隅角埋入兩趟長分別為50 m和30 m的注漿管，在進風隅角埋入一趟長為30 m的注漿管。在停采前，每天早班對914工作面進行注漿4小時；停采后，每天注漿不低于8小時，注漿流量控制在50 m3/h左右，水土比例為4∶1，至皮帶巷機出漿停注，以后隔天補注直到皮帶巷出漿為止。

3.4 注氮防滅火技術

氮氣化學性質(zhì)穩(wěn)定，屬于隋性氣體，具有不可燃的特性，注入氮氣能降低采空區(qū)內(nèi)氧氣的濃度，同時還起到吸熱降溫作用，可以有效地防止采空區(qū)遺煤自燃。

914工作面煤層厚，采空區(qū)頂部遺煤較多，采用預埋管注漿頂部浮煤不易灌到，采空區(qū)注漿不能完全防止采空區(qū)頂部煤炭的自燃。在注漿的同時還進行了注氮。每天注漿完畢之后，繼續(xù)進行注氮作業(yè)，每次注氮不低于8小時，并安排專人對氮氣指標及工作面氣體進行檢查，保證采空區(qū)氮氣濃度不低于97%，并且工作面回風隅角、回風流等處氧氣含量不低于18%。

3.5 三相泡沫防滅火技術

三相泡沫由惰性氣體(N2)、固態(tài)不燃物(粉煤灰或黃泥等)和水三相防滅火介質(zhì)組成，利用氮氣的窒息性、粉煤灰(黃泥)的覆蓋性和水的吸熱降溫特性進行防止煤炭自燃發(fā)火［2］。三相泡沫可對低、高處的浮煤全覆蓋，避免注入的漿體從底部流失，注入在采空區(qū)的氮氣被封在泡沫之中，能較長時間滯留在采空區(qū)中，充分發(fā)揮氮氣的窒息防滅火功能，提高防滅火效率。914工作面停采注漿出漿后，開始利用回風隅角30 m長的注漿管路對采空區(qū)壓注三相泡沫；當出現(xiàn)少量出漿，隨即采用間斷壓注三相泡沫，并加大漿液濃度及泡沫量，以達到盡量覆蓋采空區(qū)浮煤效果。前后共對914工作面采空區(qū)注三相泡沫27 t。

3.6 束管監(jiān)測技術

在做好防滅火的措施工作的同時，也加強對采空區(qū)的監(jiān)測監(jiān)控。預先在回風隅角后尾梁往采空區(qū)埋入三趟長度分別為50 m、25 m和10 m的束管，且在工作面后尾梁沿下口向上口第5、10、13、17、22、27、39、48、60、79、100、120、135架設置測點，在每個測點的支架后尾梁向采空區(qū)插入一根深2.5 m的4分鋼管，在鋼管內(nèi)插入束管，并用錨固劑將鋼管孔口封死，每班對鋼管內(nèi)的氣體進行取樣分析，同時對進回風隅角、工作面、破碎帶等區(qū)域進行日常監(jiān)測。

4 914工作面防滅火效果分析

914工作面通過多項防滅火措施的應用，在停產(chǎn)200多天里，回風流中氣體基本保證穩(wěn)定，CO含量檢測值一直為0 PPm，溫度維持在13℃～16 ℃。在監(jiān)測點氧氣濃度變化穩(wěn)定，進風隅角為20.4%左右，隨支架逐漸降低，至回風隅角濃度為4%左右，CO濃度一直小于24 PPm，符合防滅火效果的變化趨勢。說明914工作面通過多項防滅火措施并舉，達到了預期的防火效果。

914 綜放工作面防滅火技術實踐，有效解決長期停產(chǎn)的綜放工作面的防滅火問題。

5 結語

1）綜放工作面尤其是停產(chǎn)超過自然發(fā)火期綜放工作面綜合防滅火系統(tǒng)必須符合《礦井防滅火技術規(guī)范》，保證各項綜合防滅火系統(tǒng)能正常使用。

2）各項防滅火技術都有自身的優(yōu)勢和不足，在選擇防滅火措施中建議選擇多項措施并用，揚長補短，以求實效。

3）放頂煤采空區(qū)冒落高度大，浮煤位置高，發(fā)生氧化后處理難度大，防滅火采用注三相泡沫、注漿、注氮等相結合的綜合技術，效果更顯著。