綜掘工作面掘進期間防滅火專項設計

宋佳林

（1.中煤科工集團 沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

1 工作面概況

斜溝煤礦23109 工作面位于21 采區(qū)北翼中部，西側為實煤區(qū)，東側為23111 工作面及其采空區(qū)，東側北部為原馬圐圙煤礦13 號煤采空區(qū)（已關閉）和原斜溝礦舊礦13 號煤采空區(qū)（已關閉），切割北側上覆有麻墕塔溝8 號煤小窯巷道（均實測）。

23109 材料巷在13 號煤層中沿煤層底板掘進，工作面掘進方位0，巷寬5.2 m，巷高3.6 m，全長3 429 m，施工方式為機掘一次成巷，矩形斷面，支護方式為錨桿、錨索、錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護。

2 自然發(fā)火情況

23109 材料巷東北部有原馬圐圙煤礦13 號煤采空區(qū)（2007 年7 月22 日淹井后關閉）和原斜溝礦舊礦13 號煤采空區(qū)（已關閉），以往均發(fā)生過疑似自然發(fā)火現(xiàn)象。煤科集團沈陽研究院有限公司提供的《斜溝礦煤自燃傾向性鑒定報告》和《斜溝礦自然發(fā)火期測試分析報告》鑒定結果見表1。

表1 8 號、13 號煤層自燃傾向性、最短自然發(fā)火期鑒定結果Table 1 Identification results of spontaneous combustion tendency and shortest spontaneous combustion period of No.8 and No.13 coal seams

3 自然發(fā)火區(qū)探測方案

該設計擬采用施工超前鉆孔探測的方法探測疑似的火區(qū)，通過對鉆孔內(nèi)的氣體成分進行化驗分析（檢驗有無自然發(fā)火標志性氣體），確定探查區(qū)域是否存在火區(qū)。

（1）巷道掘進期間，利用鉆探超前探測，防止巷道掘進過程中誤透、誤冒火區(qū)。

（2）鉆探超前探測過程中，如果發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火標志氣體和自然發(fā)火征兆時，另行編制設計確定火區(qū)范圍，留設足夠?qū)挘ê瘢┒鹊母綦x火區(qū)煤（巖）柱有效隔離火區(qū)。

（3）回采前，采用向自燃區(qū)域注氮、注黃泥漿和阻化劑的綜合防滅火措施消除自燃區(qū)域，確保安全回采。

根據(jù)中煤科工集團重慶研究院有限公司提供的《斜溝礦13 號煤自然發(fā)火標志氣體指標測定報告》結論。

在30～100 ℃，可以選擇CO 作為該溫度段內(nèi)的標志氣體。當通風量變化不大的情況下，CO濃度上升到日常量一倍時，說明自燃煤炭的溫度已經(jīng)達到90 ℃以上。特別注意是只要發(fā)現(xiàn)井下CO 持續(xù)存在且濃度是不斷增加的，就是煤炭自燃的征兆。

在100～200 ℃，烯烴隨溫度升高量逐漸增大，由于C2H4的靈敏度較高，準確性較好，一般來說只要檢測到C2H4，便可以判斷煤溫達到100 ℃以上，自然發(fā)火進入了加速氧化階段。由于C2H4產(chǎn)生量小，此溫度段建議采用CO 和C2H4作為指標氣體。

工作面采用“長探+短探”的探測模式，在23109 材料巷小窯老空區(qū)警戒線內(nèi)先使用千米定向鉆機施工超前探測鉆孔，向東控制幫距60 m，然后按照工作面“有掘必探”設計說明書施工短探鉆孔；警戒線外按照工作面“有掘必探”設計說明書施工正常超前探測鉆孔。

（1）鉆機型號及主要參數(shù)。

短探采用ZDY-1300 礦用液壓鉆機，鉆頭直徑φ75 mm，鉆桿直徑50 mm，鉆桿長度1.5 m。長探采用ZYL-23000 千米定向鉆機。

（2）超前距、幫距的確定。

根據(jù)《23109 材料巷“有掘必探”及探測原馬圐圙煤礦13 號煤采空區(qū)和原斜溝礦舊礦13 號煤采空區(qū)專項設計》，結合23109 材料巷實際情況，23109 材料巷短探超前距取40 m，長探取超前距取100 m。

短探每次鉆探深度90～93 m，超前距40 m，幫距20 m。在掘進中心水平方向上扇形布置3 個鉆孔，頂板方向布置1 個鉆孔。若鉆探施工無異常，確保允許掘進范圍內(nèi)無火災隱患，允許向前掘進50 m，到位后進行下一次鉆探，依次循環(huán)。

23109 材料巷小窯老空區(qū)警戒線內(nèi)（材料巷開口2 400 m 處）開始，共2 次長探，每次施工7 組21 個鉆孔，鉆孔深度600 m（水平長度），超前距100 m，幫距向東控制60 m。

（3）短探鉆孔布置及參數(shù)。

若物探探測無異常，短探時巷道掘進執(zhí)行下列“有掘必探”超前探測鉆孔設計，鉆孔設計表見表2。

表2 23109 材料巷短探鉆孔設計表Table 2 No.23109 material roadway short exploration drilling design table

（4）長探鉆孔布置及參數(shù)見表3。

表3 23109 材料巷長探鉆孔設計表Table 3 No.23109 material roadway long exploration drilling design table

4 綜合防滅火措施

如果發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火標志氣體和自燃征兆時，另行編制專項設計確定火區(qū)范圍。留設足夠?qū)挘ê瘢┒鹊母綦x火區(qū)煤（巖）柱有效隔離火區(qū)（40 m），若在隔壁煤柱區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火標志性氣體或自燃征兆，則向鉆孔內(nèi)噴灑阻化劑水；若在老窯采空區(qū)區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火標志性氣體或自燃征兆，則通過鉆孔向老窯采空區(qū)內(nèi)注入氮氣，如果注氮效果不理想，持續(xù)出現(xiàn)自然發(fā)火標志性氣體，則采取氮氣與黃泥漿聯(lián)合注入。

4.1 灌注阻化劑防滅火

擬采用MD25-80×10（P）型臥式多級離心泵（10 級）1 臺，離心泵主要參數(shù)如下。

選用氯化鎂（MgCL2·6H2O）作阻化劑，在泵站液箱內(nèi)配制成12%～15%的溶液，攪拌均勻，氯化鎂每次使用量為200～250 kg。設備就近安置鉆場附近的調(diào)車硐室內(nèi)，當鉆孔內(nèi)出現(xiàn)自然發(fā)火標志性氣體或自燃征兆時，向鉆孔內(nèi)部灌注阻化劑水。

4.2 注氮防滅火

設計擬采用鉆孔注氮和插管注氮相結合的方式進行注氮防滅火。

掘進過程中，在23109 材料巷向疑似自然發(fā)火區(qū)域施工鉆孔（全套管），通過鉆孔將氮氣注入火區(qū)。若在工作面開切眼或巷道高冒區(qū)發(fā)現(xiàn)疑似火區(qū)，則采用向火源直接插管的注氮方式。

23109 材料巷輸?shù)苈凡捎弥睆?08 無縫鋼管，制氮設備位于21 采區(qū)集中注氮硐室。目前，21 采區(qū)集中注氮硐室共有6 套DT-1000/6 型制氮設備（三用三備）。制氮設備壓縮空氣來自于地面空壓機站，每套制氮裝置的主要技術參數(shù)如下。

4.3 移動式黃泥灌漿防滅火

移動式黃泥灌漿泵站就近安置鉆場附近的調(diào)車硐室內(nèi)。將制漿原料黃土運送至井下，然后將原料裝入灌漿裝置，利用壓力水進行制漿，然后通過泥漿泵加壓進入灌漿管路至鉆孔內(nèi)部，向疑似火區(qū)進行灌漿。移動式滅火注漿裝置主要參數(shù)如下。

5 結 論

針對8 號、13 號煤層易自燃特性，設計提出了自然發(fā)火區(qū)探測方案，建立了一套較完善的防滅火綜合系統(tǒng)設計，及時預測預報發(fā)火點的自燃進程變化,為煤礦自燃火災事故的防治工作提供科學依據(jù)。并通過采用以灌注阻化劑防滅火、注氮防滅火、移動式黃泥灌漿防滅火等防滅火措施,有效地防治了采空區(qū)煤炭自燃,實現(xiàn)了預期的安全生產(chǎn)目標。