東曲礦12514綜采工作面自然發火綜合防治技術實踐

譚亞軍

摘 要：針對東曲礦12514綜采工作面煤層易自燃的問題，在對煤層自然發火特性進行分析研究的基礎上，選擇以噴灑阻化劑為主，輔以束管監測、注氮、構筑防火門墻的綜合防滅火技術，制定并落實了現場安全管控措施。實踐表明：實施這一系列綜合防滅火技術措施后，杜絕煤層自燃，確保工作面的安全回采。

關鍵詞：自燃發火;阻化劑;綜合防滅火;安全回采

綜采技術是當前井工煤礦開采的主要方式，但由于工作面開采過程中頂板冒落不嚴實、遺留浮煤多、漏風現象嚴重等問題，大大增加了井下煤炭開采過程中的自燃風險[1]。東曲煤礦12514綜采工作面所在的2#煤層屬于Ⅱ類易自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數32.65%，煤層絕對瓦斯涌出量14m3/min，安全生產壓力巨大，尤以工作面回采過程中的防滅火工作為首。

1 工作面概況

12514工作面工作面走向長度約1200m，傾斜長為220m，北東部為2#煤輔助運輸巷，南東部和南西部均為采區邊界，北西部為12512工作面，煤層厚度在0.79～1.62m之間，平均煤厚為1.31m，局部有夾矸，屬穩定型煤層，回采方式選用綜合機械化一次性采全高，采用U型通風系統，軌道順槽進風，皮帶順槽回風。

2 自然發火危險性分析

①綜采設備笨重，安裝、移動程序繁瑣，耗時長，加上工作面走向長度較大，導致工作面回采速度較慢，采空區遺煤較多，導致自然發火各項參數指標監測困難，難以準確判斷采空區自燃“三帶”分布區域，尤其是停采撤面時，難以保證采空區封閉的可靠性;②工作面兩側順槽頂板上的留煤受掘進和回采擾動的影響破裂變碎，棚網中堆積的碎煤處于長期氧化蓄熱升溫狀態，且兩順槽端頭處煤炭回采率低，隨著工作面回采推進，棚網的碎煤和端頭處未采的頂煤冒落進行采空區，縮短了采空區遺煤自然發火期，漏風環境下易引發自然發火。

鑒于該工作面開采條件的復雜性，單一的措施難以保證預期的防滅火效果，因此，從可靠性、經濟性方面著手，采取以噴灑阻化劑為主，輔以束管監測、注氮、構筑防火門墻的綜合技術措施來防治該工作面自然發火[2]。

3 綜合防滅火技術措施

3.1 采空區埋設束管監測系統

針對12514工作面實際情況，在采空區埋設移動式束管監測系統，由專人定期用球膽采集氣體帶至地面進行化驗，分析氣體組成及各組分含量，結合工作面回采進度相關數據記錄進行采空區遺煤自然發火早期預測預報。束管監測系統設置方式如下：沿工作面軌道順槽向采空區敷設布點，在巷道底靠外幫鋪設內徑為2寸的鋼管作為保護管，管內穿有三芯內徑為8mm的束管，束管每隔30m設置一采樣器，每個采樣器連接一路束管，測點采樣器外加套管保護;為防止束管因塵埃和冷凝水堵管，在井下監測點進氣口處設置濾塵器和吸濕器，同時，束管與束管之間用10mm的銅管連接，所有接口均用環氧樹脂封閉，以確保束管連接處密封性良好。

如圖1所示，4#測點設置在工作面回風上隅角，隨著工作面的推進，1#、2#、3#束管采樣器依次進入采空區，在4#測點用便攜式抽氣泵取樣，在采空區推移超過2#點約30m時，把1#點截開，重新布點，依次循環，直至整個工作面采煤過程結束。

圖1? ?采空區束管監測系統測點布置

3.2 噴灑阻化劑

將阻化劑MgCl2倒入儲液箱內，利用井下供水官網加入清水配成濃度為20%的阻化液，用BH-40/2.5型阻化劑液壓泵將阻化液沿順槽鋪設（每20m安設一個三通截止閥）的φ25mm高壓膠管壓至工作面，與φ13mm的膠管和噴槍相連。一臺泵配一支噴槍，檢修作業時，由專人手持噴槍，從支架間隙向采空區噴灑，充分濕潤架后浮煤，每間隔5組支架噴一次，每次噴灑至少6min，流量不小于35L/min，尤其是工作面兩側順槽端頭移架冒落后，存在大量蓄熱氧化的浮煤，加大噴灑量，以便浮煤全面被阻化液濕潤。當工作面月推進至停采線80m時，也相應增大噴灑量，每次噴灑至少8min，流量不小于45L/min，確保阻化效果。

3.3 采空區注氮

采空區注氮主要是通過稀釋采空區氧濃度、冷卻遺煤、給采空區增壓等作用來抑制漏風來影響遺煤氧化帶的寬度，從而達到防滅火的效果。根據東曲礦的實際情況，建立靈活機動的井下移動式注氮防滅火系統，注氮硐室地點設在12509軌道聯絡巷中，沿著12509軌道聯絡巷→西翼回風巷→聯絡巷→五采2#煤輔助運輸巷→工作面→采空區，鋪設直徑為75mm無縫鋼管管路，采取開放式注氮方式，注氮機選用DM-1000型。第一個氮氣釋放口設在開切眼，當第一個釋放口埋入采空區30m后開始注氮，同時埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移動步距設定為30m，當第二趟注氮管口埋入采空區30m后向采空區注氮，同時斷開第一條管路，如此循環，直至工作面采完為止。注氮量根據采空區氧化帶氧含量進行計算，注氮時間不少于10h/d，具體如下式：

（1）

式中：QN-注氮流量，m3/min;C1-采空區氧化帶內原始氧濃度，18%;C2-注氮防火惰化指標，7%;QV-采空區氧化帶漏風量，4m3/min;CN-注入氮氣中的氮氣濃度，97%。

計算得出QN為11m3/min，安全備用系數取1.3，采空區防滅火的最大注氮量為11×1.3=14.3m3/min=858m3/h。

3.4 構筑防火門墻

12514工作面生產、通風系統形成后，在工作面兩順槽端口處內側（距聯絡巷口6m左右），每隔20～30m，采用磚、沙等不燃性材料構筑設置一防火門墻，墻體厚度不小于500mm，可有效增大采空區漏風風阻，降低工作面向采空區的漏風風量，縮小自燃氧化帶寬度，從而抑制遺煤自燃。

3.5 加強現場安全管控

①嚴格按設計進度進行回采，工作面回采到停采線時，盡快撤出支架，采取措施使頂板冒落嚴實，在45天內對工作面進行永久密閉;②根據工作面煤層厚度，合理選擇支架和采煤設備，一次采全高，不留頂煤、不留底煤，在回采過程中，及時清理干凈工作面的浮煤;③加強井下作業空間可燃物管理，嚴格按操作規程規范使用，存放在指定位置;機電設備硐室、檢修硐室、油脂庫、材料庫以及掘進巷道皮帶機頭前后兩端20m范圍內，均不燃性材料支護;④加強對機電設備、供電線路以及皮帶保護裝置等設備的日常檢查和維護力度，使用靈敏、可靠，嚴防因電氣設備失爆、線路故障和皮帶摩擦引發火災事故的發生。

4 結語

①井工煤礦綜采工作面環境條件復雜，受煤層賦存情況、開采工藝、現場安全管理等諸多因素影響，潛在的自然發火致因較多，安全風險高，防治難度大，需因地制宜采取措施，不可照搬照抄;②通過制定并實施以噴灑阻化劑為主，輔以束管監測、注氮、構筑防火門墻的綜合技術措施，有效遏制了煤炭自然發火，12514工作面按期采畢并實現永久封閉，未發生火災事故，實現了安全生產。同時，該綜合防滅火技術實踐也為本礦其他工作面的防滅火工作提供了經驗參考。

參考文獻：

[1]余明高，張耀峰，褚廷湘.易自燃特厚煤層綜放面防（滅）火技術探析[J].河南理工大學學報，2013，32（1）：6-11.

[2]丁永祿，董偉，郝軍.工作面回撤期間封閉和注液氮防滅火技術[J].煤炭科學技術，2013，41（2）：49-51.