充填工作面停采撤架期間綜合防滅火技術研究

朱勇

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

0 引 言

火災是煤礦五大自然災害之一，火災事故的發生會給礦井安全生產帶來極大的威脅[1-3]。工作面停采撤架期間，由于撤架時間長等因素，采空區遺煤易出現自然發火現象，因此應當重視工作面停采撤架期間的防滅火。近年來，我國學者對工作面停采撤架期間的防滅火技術進行了諸多研究，取得了一系列成果。

趙璇[4]針對官地礦工作面拆架過程中工作面出現溫度異常區域和CO 涌出異常現象，采用注氮、注漿、噴灑阻化劑等綜合措施保障了拆架工作順利完成；孔慶軍等[5]基于大采高綜放工作面遺煤多、煤體破碎、漏風通道多等實際狀況，針對性地提出了大采高工作面撤架期間的防滅火措施；侯樹宏[6]針對羊場灣煤礦綜放工作面停采撤架期間CO 濃度超限、采煤區自燃問題，綜合運用局部通風、高位鉆孔注漿和架前鉆孔注高分子膠體等綜合防滅火技術保證了工作面相關設施安全撤出；張良飛等[7]分析了造成自然發火的危險因素，研究了易自燃綜放工作面快速拆架的防滅火技術；趙杰[8]以新景公司15 號煤層15021 工作面為研究對象，分析回撤期間易自燃區域及其成因，制定了相應的防滅火技術措施；關景順等[9]為解決易自燃煤層在工作面停采回撤期間出現采空區自然發火，提出了以壓注粉煤灰膠體和注液態CO2降溫為主、封堵采空區減小漏風和注氮等治理技術為輔的綜合防滅火措施；呂長剛等[10]創新性地提出了構建高地溫特厚煤層綜放面末采-撤架期間的雙重防滅火體系。

綜上所述，目前專家學者對各種條件下的防滅火技術進行了研究，但是對充填工作面停采撤架期間的防滅火技術研究較少。本文以邢東礦為例，結合國內已有的研究，總結出了一套適應于充填工作面停采撤架期間的防滅火技術措施，保障了工作面的安全撤架。

1 礦井概況

邢東礦隸屬于冀中能源股份有限公司，核定生產能力為125 萬t/a。礦井為立井多水平開拓方式，布置主、副2 個井筒，主井井筒裝備1 對多繩箕斗，用于提煤作業，副井為立井罐籠提升，用途為提升人員和物料。通風方式為中央并列式，通風機工作方法為抽出式，副井進風，主井回風，采區實行分區通風，回采工作面采用全風壓獨立通風，掘進工作面采用壓入式局部通風。11213 綜采工作面主采煤層是2 號煤，自燃傾向性屬Ⅱ類自燃，煤種為氣肥煤，具有低灰、特低硫、低磷發熱量高的特點，是良好的工業用煤。11213 工作面布置如圖1所示。

圖1 11213 工作面布置Fig.1 No.11213 Face layout

2 充填工作面撤架期間遺煤自燃因素分析

（1） 采空區遺煤因素。

11213 工作面為充填工作面，與自然垮落法管理頂板相比，支架后方采空區遺煤對比如圖2 所示。采用自然垮落法管理頂板時，直接頂隨采隨垮，采空區遺煤覆蓋在采空區垮落矸石下方。充填工作面由于充填體支撐頂板，支架與充填體之間的采空區遺煤直接暴露在空氣中，因此與自然垮落法管理頂板相比，采空區遺煤暴露更加徹底，更易氧化產生有毒有害氣體。

圖2 自然跨落法與充填工作面遺煤對比Fig.2 Comparison of residual coal between natural falling method and filling working face

（2） 煤質因素。

11213 綜采工作面主采的2 號煤層自燃傾向性屬Ⅱ類自燃煤層，吸氧速度快。

（3） 時間因素。

綜采工作面撤架時間一般較長，采空區遺煤有充足的時間氧化，增加了撤架期間的安全風險。

3 防滅火技術措施及效果

3.1 技術措施

依據遺煤自燃因素分析，結合現場實際情況，制定了相應的撤架前、撤架中和撤架后的防滅火技術措施。

（1） 撤架前措施。

停采后，在撤架開始前對工作面及隅角噴灑氯化鎂阻化劑。之后在上、下隅角排設雙排沙袋墻，減少采空區漏風，如圖3 所示。要求排沙袋處底板平整，沙袋墻接幫接頂，沙袋排設完成后向隅角沙袋墻頂幫、縫隙注波雷音，保證沙袋墻的密閉性。

圖3 撤架前沙袋排設示意Fig.3 Sandbag arrangement before support removal

（2） 撤架中措施。

撤架開始后，將11213 運輸巷密閉，使撤架工作面改為局部供風，減少工作面的通風量，如圖4所示。改為局部通風后風筒要緊跟撤架處，保證工作面撤架處有足夠的風量。隨著撤架，隨時按順序對工作面噴灑氯化鎂阻化劑。

圖4 11213 運輸巷密閉示意Fig.4 11213 transportation lane closed schematic

（3） 撤架后措施。

支架撤出后，及時構筑密閉墻和充填，直至支架完全撤出，如圖5 所示。構筑各墻前要找掉頂板活碴，四周要掏槽，深度不小于500 mm 或見硬幫硬底。

圖5 撤架后充填示意Fig.5 Filling schematic after removing support

整個撤架期間利用人工取樣監測，對11213 工作面回風流和工作面進行氣體化驗和溫度檢查，在同一地點、同樣條件下，每2 d 監測1 次。連續取樣，準確掌握采空區氣體的變化情況，發現異常情況立即采取措施。

3.2 應用效果

將撤架期間監測到的回風流CO 濃度和工作面溫度繪制成曲線，如圖6 所示。

圖6 CO 濃度和溫度監測曲線Fig.6 CO concentration and temperature monitoring curve

由圖6 可知，撤架期間回風流CO 濃度和工作面溫度均呈現出先增加后降低的趨勢。撤架初期，遺煤暴露時間較短，還沒來得及氧化，隨著撤架時間的增加，遺煤吸氧氧化導致回風流CO 濃度升高和工作面溫度升高，但是隨著阻化劑的噴灑和繼續撤架充填，暴露在空氣中的遺煤逐漸減少，CO 濃度和溫度逐漸下降。

綜合圖中曲線可知，整個回采撤架期間CO 濃度最高為36×10-6，溫度最高為35 ℃，回風流CO濃度和溫度都控制在安全范圍內，說明措施的實施有效抑制了遺煤的氧化自燃，保障了撤架工作的順利完成。

4 結 論

（1） 充填工作面由于充填體支撐頂板，防止頂板垮落，使得支架后方采空區遺煤暴露在空氣中更加徹底，遺煤更易氧化產生有毒有害氣體。

（2） 在分析充填工作面撤架期間遺煤自燃因素的基礎上，針對性地提出了撤架前減少漏風、撤架中減少通風量和撤架后及時充填、全程噴灑阻化劑的防滅火措施。

（3） 措施實施后，整個撤架期間回風流的最大CO 濃度為36×10-6、溫度最高為35 ℃，保障了支架的安全回撤。