高地溫托厚頂煤停采工作面智能化防滅火研究

閆玉山 張 震

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 鄆城 274700）

1 礦井概況

趙樓井田位于巨野煤田的中部，北距鄆城縣城約22 km，東距巨野縣城西約13 km。井田大部分面積在鄆城縣境內(nèi)，南部小部分在巨野縣，地 理 坐 標(biāo)：東 經(jīng)115°47′30″～115°59′00″，北 緯35°21′30″～35°27′00″，行政區(qū)劃歸鄆城縣、巨野縣管轄，隸屬兗煤菏澤能化有限公司。趙樓煤礦于2005年1月16日開工建設(shè)，2009年3月28日聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a，2020年核定生產(chǎn)能力336萬(wàn)t，服務(wù)年限42.9 a。礦井采用立井單水平開拓方式，主采3煤，生產(chǎn)水平為-860 m，五采區(qū)、七采區(qū)為生產(chǎn)采區(qū)。礦井現(xiàn)共有2個(gè)采煤工作面、8個(gè)掘進(jìn)工作面，其中煤巷掘進(jìn)工作面4個(gè)，巖巷掘進(jìn)工作面4個(gè)。礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式。礦井布置3個(gè)井筒，其中主井、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng)。

初期主采3煤，2018年4月，經(jīng)山東鼎安檢測(cè)技術(shù)有限公司煤自燃傾向性鑒定，3煤為Ⅱ類自燃煤層，最短發(fā)火期為55 d。

2 5310工作面停采概況

2.1 基本情況

5310綜放工作面是五采區(qū)北翼首采工作面，工作面標(biāo)高-777～ -873 m，平均-825 m，埋深平均-869.38 m，煤層厚度為2.5～8.2 m，均厚5.9 m，煤層傾角3.6°～18.4°，平均9.5°。工作面推進(jìn)長(zhǎng)度637.2 m，面長(zhǎng)230.0 m，可采儲(chǔ)量100.1萬(wàn)t。

2.2 停采情況

5310綜放工作面停采線煤層厚度為4.2～7.9 m，平均厚度6 m。工作面嚴(yán)格沿煤層底板推進(jìn)，嚴(yán)禁留底煤，面內(nèi)與兩順槽頂?shù)装屙樒健９ぷ髅嬷Ъ茼敳棵簩雍穸仍?.1～4.2 m，頂煤破碎，裂隙發(fā)育，自燃危險(xiǎn)性較大。煤層賦存情況如圖1。

圖1 5310停采工作面停采線實(shí)測(cè)剖面圖

3 煤層自然發(fā)火分析

工作面停采后，受斷層條件影響，工作面全部頂板區(qū)域存有丟煤，工作面平均煤厚6.4 m，后部采空區(qū)遺留破碎煤體，極易造成煤體氧化升溫自燃。

工作面采空區(qū)采用全部垮落法控制頂板，采空區(qū)浮煤及矸石垮落較為嚴(yán)實(shí)，浮煤氧化的熱量不易散發(fā)，導(dǎo)致熱量集聚，溫度升高，從而引起遺煤自燃。

5310綜放工作面末采期間推進(jìn)速度十分緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)采空區(qū)浮煤的自燃發(fā)火期，為采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化聚熱提供了充足的時(shí)間。

4 綜合防滅火措施

4.1 停采前防滅火措施嚴(yán)落實(shí)

（1）工作面兩順槽距停采線30 m、15 m、5 m處分別埋設(shè)一路Ф108 mm注漿管和束管，靠幫距離頂板下300 mm處敷設(shè)好，采取措施防止破壞。

（2）距離停采線12 m位置開始向架頂敷設(shè)金屬柔性風(fēng)筒布網(wǎng)，防止架間漏矸同時(shí)減少采空區(qū)漏風(fēng)。距離停采線20 m期間兩順槽隅角每隔5 m各施工1道煤袋隔離墻，加強(qiáng)隅角封堵杜絕漏風(fēng)。對(duì)隔離墻垛之間充填LFM發(fā)泡水泥。

（3）嚴(yán)格工作面兩順槽隅角和每10組支架安設(shè)一組束管，束管深入至風(fēng)筒布網(wǎng)內(nèi)，束管端頭做好標(biāo)記并用堵頭堵好。

4.2 通風(fēng)和降溫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管控

（1）通防工區(qū)淘汰以往停采工作面兩隅角煤袋隔離墻充填LFM新型材料的封堵漏風(fēng)方式，采用工作面進(jìn)風(fēng)隅角剪網(wǎng)掏槽、構(gòu)筑板閉魚鱗搭接、充填LFM新型材料、壓注凝膠等方式實(shí)現(xiàn)停采工作面進(jìn)風(fēng)隅角零漏風(fēng)。

（2）工作面停采后，通防工區(qū)通過(guò)調(diào)節(jié)通風(fēng)設(shè)施，將工作面風(fēng)量調(diào)整在910～1050 m3/min，工作面及兩順槽溫度、風(fēng)速適宜，職工工作中普遍感覺較為舒適。

（3）支架回撤過(guò)程中，兩順槽提前安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)及空冷器，通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)、空冷器風(fēng)流梯度降溫，由進(jìn)風(fēng)流25.2 ℃降至21.3 ℃，大幅度降低作業(yè)地點(diǎn)及浮煤冒落區(qū)的風(fēng)流溫度，對(duì)防滅火工作較為有利。

4.3 注膠防滅火管理精益求精

（1）優(yōu)化注膠工藝，5310工作面支架注膠鉆孔施工布置圖如圖2。

圖2 5310工作面支架注膠鉆孔施工布置圖

（2）使用先進(jìn)液壓雙液注膠泵機(jī)械化設(shè)備，開展“遠(yuǎn)距離、大流量、快速度”注膠工藝研究，有效提高工作面架后煤體注膠效率。工作面注膠后，松散煤體得以包裹凝膠，煤體表面較為濕潤(rùn)，注膠效果較好。液壓雙液注漿泵如圖3。

圖3 2ZBYSB9.0～2.4/1～18-18.5型液壓雙液注漿泵

4.4 工作面精準(zhǔn)防火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

（1）支架停采后，通過(guò)每隔10組支架安設(shè)束管，進(jìn)行每2 d束管球膽取樣，利用JSG-7色譜儀化驗(yàn)分析，綜合研判支架頂板、架后煤體實(shí)況，根據(jù)分析結(jié)果采取相應(yīng)措施，切實(shí)杜絕隱患點(diǎn)高溫隱患。球膽取樣分析日?qǐng)?bào)表及匯總圖如圖4。

圖4 球膽取樣分析日?qǐng)?bào)表及匯總圖

（2）5310兩順槽回風(fēng)流分別安設(shè)CO傳感器，定期標(biāo)校，確保傳感器靈敏可靠，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)反映回風(fēng)流氣體情況。通過(guò)KJ95X安全監(jiān)控系統(tǒng)GIS平臺(tái)，可通過(guò)Web方式的GIS圖形顯示系統(tǒng)中各類實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)，風(fēng)速、瓦斯、一氧化碳、溫度等各種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)一目了然，為值班人員調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)氣體情況提供科學(xué)依據(jù)，如圖5。

圖5 KJ95X安全監(jiān)控GIS平臺(tái)觀測(cè)圖

（3）利用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的YRH310/YRH330 礦用本安型熱像儀，采用非制冷焦平面紅外探測(cè)器，用于煤礦井下非接觸測(cè)溫、熱成像。定時(shí)對(duì)5310工作面支架進(jìn)行架前、架后非接觸測(cè)溫拍照，上井匯總后分析，采取針對(duì)性處理措施，如圖6。

圖6 礦用本安型熱像儀測(cè)溫成像圖

（4）利用井下防爆手機(jī)進(jìn)行工作面支架注凝膠效果拍照錄像，全方位無(wú)死角排查支架注膠效果，細(xì)排查、嚴(yán)落實(shí)、強(qiáng)管理，確保5310防滅火最終效果。

5 效果分析

結(jié)合礦井的實(shí)際情況提出并實(shí)施了5310工作面停采撤架期間的綜合防滅火措施，嚴(yán)格堅(jiān)持停采前防滅火措施嚴(yán)落實(shí)、通風(fēng)和降溫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管控、注膠防滅火管理精益求精、工作面精準(zhǔn)防火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等多項(xiàng)舉措，進(jìn)行有針對(duì)性防滅火處理。工作面實(shí)施綜合性防滅火措施后，CO始終保持在較低濃度，保證了工作面100余個(gè)支架安全撤出，避免了煤炭自然發(fā)火被封面的情況，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

緊密結(jié)合5310工作面生產(chǎn)和停采撤架實(shí)際，經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究論證和實(shí)施綜合防滅火措施，形成了高地溫托厚頂煤自燃煤層停采工作面智能化防滅火工藝研究與實(shí)踐成果，有助于提高工作面回撤時(shí)的防滅火有效性和安全系數(shù)，對(duì)于類似煤炭自燃火災(zāi)的防治具有較好的借鑒應(yīng)用價(jià)值。