淺析綜采工作面的防滅火安全措施

王 龍

（山西焦煤集團西山煤電屯蘭煤礦，山西 太原 030052）

煤礦井下作業環境復雜多變，生產環節相互交織，且危險源分布較多，因此綜采工作面是各種災害危險程度較高的區域。 其中，火災是危害較大、影響較廣的重點災害之一，是煤礦安全生產和礦工生命安全的重要影響因素。

工作面回采過程中，受工藝條件限制，采空區等位置存在大量遺煤，而當采空區存在漏風、溫升等發火條件時， 在漏入風流中氧氣的助燃作用下，遺煤可能發生自燃。 另一方面，采空區瓦斯在漏風作用下向回風上隅角擴散，從而引起回風隅角瓦斯超限，在遇到靜電火花或電氣明火時，引發瓦斯燃燒或爆炸等事故。 井下火災后果嚴重，輕則造成礦井設施和設備損壞，重則造成重大人員傷亡，甚至礦井停產、封閉[1-3]。因此，應通過施行合理的防滅火安全措施，保障井下生產安全。

1 工作面及通風概況

屯蘭礦22301 工作面位于北三盤區右翼，主采1#、2#、3#煤層， 巷道主要包括膠帶順槽、 工作面巷道、軌道順槽和瓦斯治理巷等，工作面走向平均長度2 650 m，傾向寬度205 m。工作面整體呈向斜構造，軸部位于切眼向外1 500 m 處，沿回采方向東翼整體呈下山趨勢，傾角2°～8°，西翼沿回采方向整體呈上山趨勢，傾角2°。

22301 工作面采用“U”型通風方式，即軌道順槽進風，膠帶順槽回風。 瓦斯預測分析可知，22301 工作面瓦斯絕對涌出量為37 m3/min， 風排瓦斯量為6 m3/min，屬Ⅱ類自燃煤層，瓦斯來源主要為本煤層及上、下鄰近層瓦斯。 另外，在向斜軸部附近可能存在瓦斯富集區，回采至該段時需重點加強瓦斯日常管理工作。 工作面順槽掘進期間共揭露兩條正斷層，其中F1斷層延伸進入工作面，在工作面回采過揭露斷層時，可能出現瓦斯涌出量增大。

2 火災風險評估

表1 22301 工作面的防滅火安全風險評估

對于22301 工作面，分析可知，火災危險主要包括采空區遺煤自燃（內因火災）和工作面外因火災兩項。 利用作業條件危險性評價法（LEC 法)可對以上危險因素的風險等級進行評估，從而為安全治理措施的制定提供基礎依據[4-6]。 22301 工作面的防滅火風險評估結果見表1， 各項危險源的安全風險值D 均為90，屬于一般風險等級。

3 防滅火系統及相關技術措施

3.1 工作面防滅火系統組成

22301 工作面防滅火系統主要由氣體監測系統、防滅火膠體系統、注氮系統、阻化劑系統、滅火器和沙箱等組成，見圖1。不同系統可對采空區遺煤自燃和工作面外因火災等進行針對性防治。

圖1 22301 工作面防滅火系統組成

3.2 工作面內因火災防治措施

（1）加強氣體監測及預報

由于煤在氧化發熱過程中可釋放出碳氫、碳氧類氣體，且釋放量可隨溫度升高而增加，因此可通過監測氣體濃度變化， 對遺煤自燃進行預報和防治。

①井下傳感器監測

工作面回采期間，在回風上隅角和回風巷中安裝CH4、CO 和溫度檢測儀， 每班對監測數據進行記錄，并分析有無自然發火的征兆；掌握采空區內氣體變化情況，對一氧化碳升高的地點（10 ppm），每天觀測一次，做好超前防范工作；每周對采空區等發熱風險較高區域進行一次全面觀測，包括現場氣體成分和含量、氣溫及壓差等。

②束管監測系統

22301 工作面使用KSS-200 型束管監測系統，在兩側巷道對應采空區內部150 m 范圍內，單側等間隔布置3 處采樣點，束管可將采空區內的氣體不間斷地輸送至地面監測站，然后通過氣相色譜儀對標志性氣體成分進行分析， 由此預測監測區溫度，并對煤的氧化情況進行分析。

（2）噴灑防滅火膠體

以防火阻燃硅膠為原料， 與水按濃度0.5%配制， 然后用井下移動注漿機將其噴灑至采空區內，由此可在采空區遺煤、 矸石表面形成一層含水量高、可隔絕氧氣的覆膜，從而阻斷遺煤自燃的發生條件。 另一方面，所噴灑液體在形成膠體和水分揮發時，也會產生吸熱現象，從而降低易發熱區域的溫度，形成條帶狀阻燃區。

隨著回采工作面推進， 在采空區內每隔10 m噴灑一次，每次覆蓋寬度1 m，膠層厚度0.02 m，則一次噴灑體積V膠計算如下：

式中：L 為工作面傾向長度；B 為噴灑寬度；h 為膠層厚度。

（3）采空區注氮

通過盤區內的注氮泵和注氮管路等設施，間歇性地將高濃度的氮氣輸入采空區后部， 一方面，可將采空區易氧化區域內的含氧空氣替換為惰性氮氣，降低遺煤氧化速率；另一方面，注氮過程提高了采空區壓力， 從而減少了工作面向采空區的漏風量。

注氮管路采用3 根3 寸管，從回風上隅角伸入采空區內部，伸入長度分別為30 m、60 m、90 m，每日注氮量Qn計算如下：

式中：b 為工作面每日推進深度；H 為采高；K1 為采空區氣體置換系數， 取K1=2-3；K2為采空區冒落巖石的松散系數， 取K2=0.75-0.85；K3為工作面推進速度校正系數，取K3=0.6。

（4）噴灑阻化劑

阻化劑由高分子材料組成， 與水配比濃度為15%，可在煤表面形成抗氧化保護膜，從而阻斷煤的自燃。

在22301 軌道巷內布置阻化泵和阻化劑管道，每班工作人員向采空區噴灑阻化劑，每次的噴灑量V阻計算如下：

式中：K′為阻化劑富裕系數， 取K′=1.2；γc為采空區遺煤容重；B′為阻化劑噴灑寬度；h′為遺煤厚度；A為遺煤吸收阻化劑量；γ 為阻化劑的容重。

3.3 工作面外因火災防治措施

除由遺煤自燃產生的內因火災外，在工作面發生的外因性火災也將對安全生產造成重大影響，因此必須制定針對性防治措施，具體如下：

（1）加強易燃物品管理

禁止在工作面及周邊區域儲存油料、棉紗等易燃物品。 另外，在設備維修、擦拭期間產生的廢布、棉紗等物，應就近裝入回收裝置，帶回地面。

（2）使用阻燃性材料

首先， 皮帶輸送機應采用具有阻燃性能的皮帶，防止皮帶跑偏或異常工況下摩擦起火；其次，對于皮帶輸送機頭部周邊及油料庫區域，應采用阻燃性支護材料；最后，在兩側順槽內應施工防火門墻，同時保證有足夠數量的封門用防火板。

（3）布置區域滅火設施

在巷道內每隔50 m 設置一個灑水 “三通”，每個支架底座處安設一道噴霧；在油料庫、皮帶輸送機、液壓支架旁，合理設置滅火器、沙箱等滅火裝置。

（4）電氣火災防治

首先，做好電氣故障防護，防止電氣火災發生；其次，在電氣火災發生時，應及時切斷電源，并使用不導電材料進行滅火。

3.4 綜合防滅火措施

（1）減少采空區漏風

為減小工作面向采空區漏風，在工作面采取以下兩方面措施：第一，根據“U”型通風方式流場特點，在回風巷內施工一處永久調節風門，用于調節采空區與工作面的壓差，減小漏風量，同時避免回風隅角瓦斯涌出；第二，在進風隅角懸掛帆布風障。

（2）合理安排生產，提高回采率

一方面，應通過合理安排生產計劃，加快工作面的回采速度，從而減少采空區瓦斯向工作面的涌出量；另一方面，通過改進生產工藝，盡量一次采全高，避免留煤，同時注意清掃工作面端頭的浮煤，提高回采率。

（3）做好滅火預案

首先，當在工作面發生火災時，現場人員應根據火災性質、通風和瓦斯狀況，立即采取相應措施進行滅火；其次，應迅速向礦調度室匯報火災情況，調度室組織相關人員按礦區滅火預案進行人員施救和滅火作業；最后，在滅火過程中，必須指定專人對瓦斯、一氧化碳等有害氣體進行檢測，當甲烷濃度達到0.8%或一氧化碳濃度達到24 ppm 時，所有職工必須立即撤離現場， 由專業滅火人員進行滅火。

4 結語

1）屯蘭礦22301 工作面所采煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，利用作業條件危險性評價法可知，其發生采空區遺煤自燃和工作面外因火災的危險性等級均為一般風險。

2）工作面內因火災防治措施包括加強氣體監測及預報、噴灑防滅火膠體、采空區注氮和噴灑阻化劑等，可有效抑制采空區遺煤自燃。

3）工作面外因火災防治措施包括加強易燃物品管理、使用阻燃性材料、布置區域滅火設施、做好電氣火災防治等。

4）工作面綜合防滅火措施包括減少采空區漏風、提高回采率、做好滅火預案等。