復采自燃煤層高溫點防治技術研究與應用

李金龍

摘 要 興隆縣平安礦業有限公司是北馬圈子、南馬圈子、平安堡煤礦三礦的整合礦井，礦井技改達產后，主要在復采煤層進行采掘布置，在安全管理工作中，自然發火是礦井通防工作中的重中之重。在汛期過后，復采自燃煤層出現高溫點，通過對圖紙、現場的分析，采取預注防火門墻、巷道噴漿、注入阻化劑等綜合防治措施，有效消除了事故隱患，對類似條件下的礦井提供參考和經驗。

關鍵詞 復采煤層 高溫點綜合防治 礦井防滅火

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0124-03

興隆縣平安礦業公司隸屬承德興隆礦業有限責任公司，礦區面積：7.9085km2，開采深度由+740m至0m標高，屬中型礦井。2021年度在汛期地面連續降雨后，井下+386m水平多處出現涌水點，通過觀察，井下122泄水巷出現了高溫點，出水溫度32℃。為進一步做好通防管理工作，需按照“預測預報、系統排查、因地制宜、科學防范、多措并舉”的工作方法，對井下出現的高溫點進行綜合防治，確保井下安全生產[1]。

1 礦井防滅火基本情況

1.1 礦井通風

礦井采用壓入式分區通風，主井、副井為進風，進風井安裝兩臺型號為FBYDZ-6-No20型軸流式通風機，二號風井、三號風井、四號風井為回風，其中二號風井主要擔負142采區、143采區和122變電所的回風，三號風井主要擔負123采區、原141采區及300水平的回風，四號風井擔負122采區的主要回風。

1.2 礦井瓦斯涌出量測定

礦井屬于高瓦斯礦井，2021年瓦斯涌出量測定的結果，礦井絕對瓦斯涌出量0.10m3/min，礦井相對瓦斯涌出量0.58m3/t，礦井二氧化碳絕對涌出量1.97m3/min，礦井二氧化碳相對涌出量11.50m3/t。礦井及相鄰礦井無煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）噴出或突出現象。

1.3 礦井自然發火及煤塵

根據2017年1月3日唐山冀東礦業安全檢測檢驗有限公司煤層自燃傾向性鑒定報告（TJAJ-YB煤-20170 001-0003），確定386水平二層煤自燃傾向性等級為Ⅲ類，不易自燃，煤塵無爆炸性;386水平四層煤自燃傾向性等級為Ⅱ類，自燃傾向性為自燃，煤塵有爆炸性;自然發火期為18-24個月。

1.4 礦井自然發火標志氣體及臨界值測定

根據華北理工大學提供的《煤層自然發火標志氣體及臨界值測定實驗報告》確定四煤層選擇一氧化碳指標氣體作為標志氣體，臨界溫度為80℃，對應濃度為53ppm;出現乙烷氣體表明已達到80℃，出現乙稀表明達到150℃[2]。

1.5 礦井防滅火設施構建情況

公司在地面工業廣場構建了注漿站，注漿站內設用灌漿系統、注氮系統以及三相泡沫系統，分別安裝專用管路延至井下運輸大巷，并在井下交岔巷道口分別安裝三通閥門，可根據井下自然發火條件進行防火注漿、注氮及注漿+三相泡沫等。

2 井下高溫點情況

2020年5月20日巡回瓦安員在安全巡查過程中，發現井下122泄水巷風門附近二氧化碳濃度為1.61%，一氧化碳濃度為0ppm，瓦斯濃度為0.00%，溫度為20℃，無煙霧出現。針對此情況，公司采取對二氧化碳涌出地點的頂部進行注水，裂隙注漿，并對風路進行調整，使溫度和二氧化碳涌出量得以控制。

2021年8月3日在帶班巡查時，發現井下122泄水巷風門附近溫度增高，測量溫度為32℃;2021年8月7日22點班在巡回瓦安員巡查時，發現二氧化碳濃度為1.91%，一氧化碳濃度為0ppm，瓦斯濃度為0.00%，有水霧。針對此情況，現場對386發放硐室的風量進行控制，加大122泄水巷進風風量，經一個原班后，二氧化碳濃度為0.08%。

3 高溫點防治的現狀分析

122泄水巷在掘進過程中，中部穿厚度8.6m的四層復采煤巷，頂部是原馬圈礦開采過的四層煤，開采區域在+440m-+474m水平，而122泄水巷標高在+390m水平，另外在2020年5月從386六層向122泄水巷頂部打注水、注漿鉆孔看，推斷122泄水巷的四層煤屬于斷面邊角煤，原煤是受原馬圈礦或周邊小煤礦掘進和形成煤倉破壞，如采用注漿治理，受標高和地貌限制，從井上下打注漿鉆孔有些難度，同時巷道頂部、兩幫煤巖破碎，注漿易流漿，因此治理有些困難，另外在122泄水巷里上山，二層煤與四層煤層間距小，很有可能四層自燃引燃二層煤隱患，詳見圖1。

4 治理方案及安全措施

4.1 治理方案

1.保證巷道有效控制風量和風量的穩定性，對高溫地段的頂部補打注水鉆孔，進行自然發火抑制，延長發火時間。

2.在122泄水巷溫度高的地段，對巷道進行噴漿，隔絕四層煤與氧氣的接觸。

3.在122泄水巷兩側提前預構防火門墻，386六層側可以利用原有門框，安裝永久風門，如遇有特殊情況時，可以提前進行封堵控制。

4.對122泄水巷溫度偏高和二氧化碳涌出量偏大的局部地點，設置自然發火觀測點進行監測和檢測，掌握巷道周邊煤層變化情況。

5.加強附近1223采面回采推進速度，盡快對122泄水巷兩側進行封閉，縮短四層煤與氧氣接觸量和時間。

6.密閉122泄水巷時，在巷道頂部預留注漿管路，并延接注漿管路到運輸大巷，方便遇有應急時，對該巷道進行注漿治理。

7.利用高差關系，在上部+418m標高1223運輸巷向+440m-+474m之間的455巷道打注漿鉆孔，進行間斷性注漿。

8.如注漿時，復采煤層經噴漿后，流漿嚴重，可利用注漿鉆孔向采空區注入阻化劑，延長發火期。

9.如在1223采面未推過122泄水巷巷口，就出現122泄水巷自然發火嚴重時，調整通風系統，使該巷道風流反向，并對預構防火門墻進行封閉、加固，對巷道頂部預留管路安裝壓力傳感器，進行注漿，使巷道漿液注滿，最后再對1223運輸巷注漿鉆孔進行注漿。

4.2 做好高溫點的安全監測

根據礦井現有安全監控系統設備，按照行業標準及現場實際情況，對122高溫點、采煤工作面回風巷、采區回風巷、總回風巷安裝一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、甲烷傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等進行連續監測，并按規定進行調校[3]。具體設置傳感器要求如下：

1.在122泄水巷高溫點下風側10-15m附近安裝一氧化碳傳感器，設置報警濃度為≥0.0024%。

2.在122泄水巷高溫點頂部設置溫度傳感器，設置報警值為30℃。

3.為保持122泄水巷風流穩定，在122泄水巷、122采區回風巷的測風站設置風速傳感器，當風速低于或超過《煤礦安全規程》的規定值時，發出聲、光報警信號。

4.在122泄水巷高溫點下風側10-15m處安裝二氧化碳傳感器，設置報警值為0.50%。

5.在122泄水巷高溫點下風側10-15m處安裝煙霧傳感器，有煙時，發出報警。

6.一氧化碳傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器垂直懸掛，距頂板（頂梁）不大于300mm，距巷壁不小于200mm;風速傳感器設置在巷道前后10m內無分支風流、無拐彎、無障礙、斷面無變化、能準確計算風量的地點;二氧化碳傳感器設置在距底板不大于300mm，距巷壁不小于200mm，且保證不影響行人和行車。

4.3 安全管理措施

1.組織好通風區隊的人員，把打孔、注漿工作進行量化考核，使職工盡最大的努力進行打鉆進尺，使注漿的水土比達到相應濃度。

2.把礦井防滅火工作例入公司召開安全辦公會、技術例會、早調度會的議程，實時分析礦井防滅火形勢、當前需采用防治措施及風險的管控等，落實各職人員責任，做到群防群治，嚴防礦井火災的發生。

3.每月進行礦井安全大檢查時，要把防滅火工作作為一項重要內容進行檢查，發現隱患，要及時采取措施進行處理。

4.堅持防滅火工作集體會審制，會審會議由公司主要負責人、技術負責人組織，明確責任施工單位、責任人和完成期限。

5.通風區對高溫點、密閉墻實行建檔跟蹤管理，通風專業不定期進行分析、匯報。

4.4 安全技術措施

1.在122泄水巷高溫點及無分支的回風巷設置自然發火觀測站，每7天使用檢測管檢測一次，發現變化異常時，收集氣樣利用氣相色譜儀分析一次。檢測的主要氣體成分為O2、CH4、CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6、氣溫、水溫等參數。

2.縮短122泄水巷高溫點相鄰幾處永久密閉檢查時間，每天用檢測管對密閉觀測孔、周邊噴漿地段進行一次全面的有害氣體檢查，掌握密閉內氣體變化情況，發現有自燃隱患時，應立即向當班調度員進行匯報。

3.優化通風系統，降低礦井通風阻力，減少礦井內部漏風，簡化通風網絡，以便于進行調壓控制。

4.在復采區域減少聯絡巷道，在保證通風系統可靠的情況下，減少通風設施。必須構建設施時，盡量構建在復采區域的進風側，以便降低復采區域壓力差。

5.加強井巷維修工作，減小礦井通風阻力，減少因壓力過大而造成的內部漏風。

6.安裝供水施救管路系統，在122泄水巷縮短三通截門距離，每隔50米至少留有一個三通截門，便于應急注水使用。

7.做好注漿管理，在注漿前，對注漿影響區域要設置柵欄，禁止人員入內，同時要檢測構建的密閉的強度，在條件允許后方可進行。

注漿時，在地面要先用水沖洗管路及鉆孔，檢查注漿孔是否暢通，有無堵塞現象。檢測、沖洗工作完成后，可根據吸水量選擇合適的漿液開始注漿。施工過程中，要根據現場情況隨時調整漿液配比及注漿延續時間。

井下注水、注漿、注阻化劑等作業人員要提高安全意識，每次操作時必須從該區域的進風巷進入，并保證一行至少2人。

注漿鉆孔要標注在采掘工程平面圖、防火注漿管路系統圖上，防止今后生產出現透水等意外事故。

做好注漿量、出水量、出水溫度及有害氣體的觀測，并填寫記錄。

8.汛期過后，結合礦井土地治理項目，對高溫點相應地面位置的土地進行平整，填平地面塌陷坑、裂隙，堵塞、減少地面漏風通路。

9.加強地面鉆孔巡查，發現有漏風現象，要及時進行封堵，防止給自然發火創造條件。

5 結論

通過合理組織實施和現場安全監測和檢測，最終使井下122泄水巷高溫點得到控制，順利的使1223回采面推過該地點巷道，并使122泄水巷兩側巷道進行封閉，進行了巷道內及頂部煤層整體注漿，做到了根源上的治理，使礦井通防進一步得到安全保證。

參考文獻：

[1] 鄭旋，高維強，孫慶鋒.特厚復采煤層多點自燃災害綜合防治技術與應用 [J].內蒙古煤炭經濟，2019（12）： 91-92，116.

[2] 蒯多磊.易自燃煤層小煤柱掘進煤炭自然防治技術研究[D].淮南：安徽理工大學，2012.

[3] 王玉懷，張志科，黃剛，等.復采煤層煤巷自燃隱患危險性評價與應用[J].煤炭技術，2018，37（09）：163-165.