長期停工工作面自然發火重大風險分析及對策研究

席敦剛 王志寶 閆春來

（山東省兗州市大統礦業有限公司，山東 兗州 273100）

1 概述

星村煤礦3306 工作面因智能化改造計劃春節放假常規停工12 d，后因突發疫情影響停工10 d，停采總時間22 d。停工期間工作面煤體破碎，采空區、順槽頂煤、支架上方煤體存在自然發火重大風險。

該礦在汲取以往綜放工作面停工防火處理經驗基礎上，采取強化常規防火措施、風險因子積聚重點區域全面治理后封閉注氮的方式，配以均壓等輔助手段有效解決了長期停工期間自然發火重大隱患。

2 長期停工工作面自然發火重大風險分析

2.1 風險分級

根據《煤礦安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制實施指南》（DB37/T 3417-2018）對風險進行分級管控。

按照風險矩陣分析法（如圖1），通過分析風險發生的概率、特征、損壞程度等技術指標，由風險發生的可能性和可能造成的損失評定分數，進而確定相應的風險等級，其計算公式為：

R=L×S

式中：R表示風險度；L表示危險事件發生的可能性；S表示危險事件可能造成的損失。

根據以上敘述結合風險矩陣圖（圖1），風險等級確定：長期停工工作面自然發火為重大風險。

圖1 風險矩陣圖

2.2 重大風險分析

根據工作面停工的現狀，長期停工期間自然發火風險因子積聚位置主要為支架上方破碎煤體、采空區遺煤、兩順槽破碎頂煤。針對不同的風險因子積聚地點采取針對性措施進行管控自然發火重大風險。

3 長期停工工作面自然發火重大風險對策研究

3.1 技術措施研究

根據重大風險分析結果確定長期停工期間自然發火風險因子積聚位置主要為支架上方破碎煤體、采空區遺煤、兩順槽破碎頂煤。針對以上重點位置采取針對性技術措施，主要從強化常規防滅火措施、重點區域全面處理、封閉注氮、均壓四個技術措施方面來控制自然發火重大風險。強化常規措施可以有效地強化處理重點防火區域；重點區域全面處理可以確保不遺漏任何一個可能發生隱患的地點，達到全面治理的目的；封閉注氮有效地減少了采空區漏風，封堵漏風通道，降低采空區溫度；均壓進一步控制漏風通道，保證采空區始終處于均壓的狀態下。以上四個方面的綜合運用有效地控制了自然發火的三要素，作用顯著，效果明顯，確保自然發火隱患消滅在初期。

3.2 強化常規防火措施

（1）停工前一個月每周兩次注防火劑或注漿，每次注漿量不少于100 m3，注漿出口根據束管分析結果進行調整與確定，同時不注漿時注氮氣對采空區遺煤進行處理，降低采空區氧氣濃度。

（2）縮短預埋管路間距，由不大于30 m 調整為不大于20 m，且停工前30 m 管路增設沿工作面敷設的多出口注漿管一路。

（3）每天對采空區、回風隅角、回風流、支架每隔10 架采樣分析一次。

（4）縮短采空區束管埋設間距，由≤20 m 調整為≤10 m。

3.3 風險因子積聚重點區域全面處理

（1）兩順頂板煤體全面進行超前防火處理，延緩煤體氧化，重點對破碎區域進行反復壓注凝膠。

（2）停工后兩順施工隔離墻，減少采空區漏風。停止移架后對兩順頂板、工作面1～10#煤體破碎區域支架架前、架間及架后施工防火鉆孔壓注防火材料，延緩支架上方、架后煤體氧化。

（3）停工期間根據束管分析報表選擇性注氮氣、阻化泡沫對采空區處于氧化自然帶區域的遺煤進行處理。

3.4 封閉后注氮

（1）根據工作面現狀，采取軌道順槽在集控室以里、運輸順槽在防火門墻處施工板閉的封閉方式，封閉前溜尾預留注氮管路，封閉后利用溜尾附近預留的管路注氮降低封閉區氧氣濃度，消除工作面自然發火隱患，為復工后工作面回采創造有利條件。

（2）每天取樣分析一次，查看封閉區域內氣體變化情況。

（3）根據束管分析結果內的氧氣濃度變化情況及時調整注氮量。

3.5 均壓

均壓是一種有效地減少采空區漏風、降低自然發火風險的重要手段。根據工作面通風系統現狀，以減少采空區漏風、為作業人員創造良好工作環境為目的，調整工作面運煤巷風門，未封閉注氮前風量調整為正常生產期間的二分之一，封閉期間風量盡可能在滿足最低風速的要求下往下調整。

4 效果分析

3306 工作面經歷了停采進行智能化改造、疫情期間封閉和啟封、恢復生產的過程，分別采取了不同的防火措施。

（1）停工后未封閉前，回風隅角、回風流一氧化碳氣體濃度穩定呈下降趨勢；運順采空區一氧化碳、氧氣濃度下降，氧氣濃度降至10%以下；進風隅角一氧化碳，存在間歇性超限現象，軌順采空區一氧化碳上升，個別束管監測點超過100 ppm。

（2）工作面停止生產后，工作面及兩順采空區氣體相對穩定，運順采空區氧氣濃度升高、一氧化碳濃度降低；軌順采空區氧氣濃度較低，進風隅角氧氣低于7%；工作面架間鉆孔一氧化碳濃度較高，24～25、34～35、44～45、54～55 號架架間鉆孔分析一氧化碳濃度都超過500 ppm，工作面一氧化碳氣體總量不大。采取架前、架間鉆孔全面注凝膠處理，架間一氧化碳濃度下降并趨于穩定。

（3）工作面進行封閉，軌順在集控室以里、運順在防火門墻處施工板閉，采取注氮抑制自然發火，并根據檢測結果調整了注氮出口、流量和時間，工作面一氧化碳氣體先上升后下降。束管采樣分析數據與監控系統監測數據相差較大，束管鋪設距離長、采樣等因素影響束管采樣分析數據存在誤差。

（4）工作面恢復正常生產后回風隅角、回風流一氧化碳氣體濃度穩定呈下降趨勢；運順采空區一氧化碳濃度有所上升；進風隅角一氧化碳，存在間歇性超限現象；軌順采空區一氧化碳先上升后下降，氧氣濃度變化較大。整體分析無自然發火隱患。

5 結論

（1）長期停工綜放工作面根據不同風險因子積聚點采取針對性措施是有效的，最經濟安全有效的方式需要結合工作面的實際情況、地質條件、煤體破碎程度、礦井最短自然發火期等參數來確定。

（2）注氮可以有效地抑制采空區氧氣濃度，從而從根本上消除自然發火隱患，氧氣濃度的高低直接決定了自然發火的危險程度。

（3）均壓是自然發火防控的一大重要手段，簡單均壓從自然發火的三要素上“持續的通風供氧條件”進行了有效控制。