深井高地溫及沖擊地壓條件下的防火研究

牛思云 張業福 祝傳軍

（棗礦集團滕東煤礦，山東 滕州 277522）

滕東煤礦井深、高溫，加之受沖擊地壓限產影響，工作面推采速度慢，防火形勢異常嚴峻。

滕東煤礦由于產量低，只能布置1 個綜采放頂煤工作面，抓不好防火工作將造成無面可采。因此工作面自然發火問題成為全礦最大的隱患，全礦上下對工作面防火問題非常重視。

1 礦井概況

滕東煤礦位于滕州市鮑溝鎮境內,核定生產能力35萬t/a,井田面積27.052 3 km2，主采-865 m水平，為魯南第一深井。本井田含煤地層為上石炭統太原組和下二疊統山西組，共含可采和局部可采煤層四層，即3上、3下、16、17 煤。煤層傾角5～10°，構造復雜程度屬中等偏簡單。主采煤層為3下煤層，煤層厚度2.66～8.11 m，平均厚度5.27 m，煤種為中高～特高發熱量、低中灰、低硫～特低硫優質氣煤或1/3 焦煤。礦井采用立井單水平開拓，開采方法為走向長壁式，全部垮落法管理頂板，采用綜采放頂煤工藝。礦井通風方式采取中央并列式通風，通風方法為抽出式，副井進風，主井回風。礦井地溫較高,平均地溫梯度為3.79 ℃/hm，現采面煤層溫度高達40.4 ℃。

經北京安科興業礦山安全技術研究院有限公司及北京科技大學評價3下煤層及采區均具有中等沖擊危險。根據礦井生產實際，回采工作面以中等及以上沖擊危險為主，尤其是在復雜構造區域、斷層煤柱區域及高位頂板礫巖活動期間沖擊危險性較高。

經中煤科工集團重慶研究院鑒定現開采的3下煤層，自燃傾向性為Ⅱ類，最短自然發火期63 d，自然發火嚴重威脅著礦井的安全生產。

2 防火困難分析

（1）深井巷道壓力大，造成部分密閉壓裂，為采空區漏風供氧提供條件。

（2）采煤工作面沿空采煤，掘進工作面沿空掘進，與采空區只有6 m隔離煤柱，煤柱很容易壓裂，形成漏風供氧通道。

（3）采用放頂煤工藝，上下端頭放煤不徹底，丟下大量遺浮煤，采空區遺煤容易自燃。

（4）受沖擊地壓及產量限制，工作面推采速度慢。正常情況下，工作面月推采40 m 以下，防火壓力非常大，限產后工作面月推采速度低于30 m。

（5）經中煤科工集團重慶研究院鑒定，滕東煤礦煤層自燃傾向Ⅱ類，自然發火期63 d。 由于自然發火鑒定在實驗室鑒定，鑒定溫度從25 ℃開始升溫，而滕東煤礦現采面煤層溫度達40.4 ℃，自然發火期遠遠低于63 d。

（6）礦山壓力大，使得上下順槽過風斷面變小，風阻變大。同時礦山壓力使得工作面超前應力集中區的煤體破碎，延長了煤體預氧化時間，增加了采空區自然發火的概率。

3 防火研究

（1）根據重慶煤科院《煤樣升溫氧化試驗結果》，為了實現自燃火災的準確預報，研究建立了四級預報體系。當采煤工作面回風流或密閉內外的溫度超過35 ℃時，進行CO 濃度測定；當CO 增量濃度達10 ppm 時，說明熱源溫度已達70 ℃以上，此時發出早期預報，以便做好思想和物資準備；當乙烯濃度達1 ppm 時，證明熱源溫度將接近臨界值，此時發出中期預報，要求迅速制定滅火措施，控制火情發展；當烷烯比值達到3 時，說明熱源溫度已達到臨界溫度，已處于加速氧化期，此時發出后期預報，通知有關部門立即采取果斷措施，撲滅熱源；當烷烯比值等于1 時發出緊急預報，在無把握準確找到熱源的情況下，須果斷封閉火區。

（2）開展采煤工作面自然發火“三帶觀測”，得出自燃帶為40～80 m 結論，為推采速度與防火關系提供理論數據。

（3）實施采空區探溫技術，提高自然發火預測的準確性。在工作面兩巷預埋DN50 管路，高度1.5 m，隨推采進入采空區，每隔一段距離進行測溫1 次，定期監測采空區溫度變化，根據溫度變化情況及時采取有效措施。

4 防火措施及對策

（1）加強氣體檢測，提前預測自然發火隱患。利用KJ90X 監控系統，24 h 實時監測工作面回風隅角、回風巷回風流的氣體變化，重點監測、掌握一氧化碳、瓦斯、溫度變化。對工作面回風隅角、工作面回風流及可能積熱著火的地點人工取樣檢測，每周取樣2 次，出現發火征兆及時發出預報。

（2）加強井下通防設施巡查，確保井下風門、調節風窗完好，確保工作面通風系統穩定可靠。每10 d 對3下115 工作面全面測風一次，及時掌握工作面的風速、風量、溫度情況，發現問題及時處理。

（3）根據工作面的地質條件精采細放，適當加快推采速度，對工作面兩巷、架前、架間能人工回收的浮煤及時清理至底板，不能回收的浮煤及時灑水澆透。

（4）工作面機頭、機尾鋪網段要剪網放煤，對兩巷不散頭、不變形、能用退錨機退錨的錨索及時退錨。

（5）工作面兩巷隅角懸掛好擋風簾（采用阻燃材料）,機頭掛設2 道，機尾掛設1 道。擋風簾要能覆蓋機頭、機尾全斷面，隨工作面推采留在采空區內。

（6）工作面每推采20 m，在上下兩巷隅角各砌筑1 道擋風隔離墻。擋風隔離墻使用碎煤和快速壘砌材料施工。

（7）工作面機頭、機尾老塘側擋風簾以里安裝1 道2 個噴頭的噴霧簾，噴霧方向面向老塘煤堆，24 h 開啟，以便淋濕落煤。

（8）如工作面氣體濃度升高，根據現場實際需要決定是否采取向采空區壓注液態CO2的措施。

5 結 論

根據《煤樣升溫氧化試驗結果》，建立了四級預報體系，提出了防火對策措施并嚴格實施，確保了滕東煤礦綜放工作面在月推采30 m 左右的情況下防火形勢的穩定，保證了綜放工作面的安全開采。