綜放工作面末采期間綜合防滅火設計及應用分析

楊東方

（潞安礦業集團〈有限〉責任公司古城煤礦，山西長治 046100）

潞安化工集團某煤礦C3-5特厚煤為主采區，經色譜吸氧鑒定，發現煤的平均吸氧量為0.6cm3/g，自然發火傾向為II 級，最短點火時間為83d，因特厚煤以綜合綜放式為主，采場空間大，易發生采空區漏風，頂煤回收率低。由于采空區存在大量剩余煤炭，給礦井生產帶來了極大的困難，尤其是在終采階段。以潞安化工集團某礦8117 綜放區為實例，介紹了在末采期實施的綜合防火設計與運用。

1 工程概況

潞安化工集團公司8117 工作面開采長度為1064m，坡長281m，煤層厚度為13.8m，采高3.8m。采用一次全厚的低位放頂法，采出率為1∶2.63。采煤層為石炭系C3-5，煤種為1/3焦煤，深度434～479m。工作面采用三巷布局，即：進風巷、回風巷、頂板高抽巷，“U+I”通風布局，如圖1所示。

圖1 8117工作面布置示意

根據煤層中氧含量的大小，將其劃分“三帶”：不燃燒區含氧量18%以上，燃燒區含氧量5%～18%，窒息區含氧量為5%以下，根據現場測量結果，可以得到工作面煤層自燃的“三帶”的區域，見表1。

表1 采空區自燃“三帶”范圍

該工程的末開采期共分三個階段，計劃工期29d，即：從距停采線17m的工作面上鋪上吊網鋼索，到距停采線9.6m 的末端，預計工期4d；第二個階段是從頂板支護到機道維修完畢，施工場地已具備撤離的條件，預計工期10d；第三個階段是從設備準備撤離到撤離工作面的所有支撐，完成了對工作面的封閉，預計工期15d，以保證8117 工作面的末開采安全；需要對消防安全進行全面的規劃和仔細的研究，并制訂防火方案[1]。

2 方案設計

2.1 設置阻化隔離帶

在工作面進入非放煤期30m處，應加強采煤作業，保證放煤的精放細放，并盡量減小在該區域內坍塌的殘余煤塊；確保煤層與后部采空區之間有一條煤層隔離帶。采用MgCI2 阻燃劑噴霧裝置，在采空區進行不間斷噴淋、阻化，采用氯化鎂與水的比例為1∶4，濃度為20%，每日噴水量不少于250kg，保證在工作面后方暴露的煤層全部噴灑。在日檢時，在首、尾、后采空區集中使用大約215kg的阻化劑，形成一條大約20m長的阻化帶，阻擋采空區氧化區的浮煤。當支架停止前進后，對工作面的兩端和后方暴露的煤體，要及時應用阻化劑進行全面的噴灑。MgCI2 阻化劑防火方案具有工藝簡單、投資少、阻化劑來源廣泛、阻化率高等優勢。由于成本低，為了節約礦山的水資源和降低環境污染，所以使用MgCI2型阻燃劑進行滅火較為合適。

2.2 封堵端頭減少漏風

為了減少采空區的漏氣，將采場推進到非放煤層（與停采線間距17m)，在工作面的兩個末端分別設置一堵粉煤灰，然后用5m一次封閉，直至停采線處，一共設置了5個擋板。在建筑施工時，要采取下寬上細的措施，以避免施工中出現的坍塌，采用紅磚砌筑，如表2所示。對上、下端頭封堵墻、支架停止推移時，后溜煤層的暴露部位噴上瑞克物料，必須進行嚴格的噴涂，以避免漏氣。

表2 末采期間粉煤灰封堵墻構筑

2.3 采空區低溫注氮

在進風巷選擇適當的部位設置低溫氮氣注入裝置，對進風巷內的氮氣注入管線進行改造，對采空區進行不間斷的氮氣注入；在回風巷采用3條預埋式管線進行多點注氮，其氮氣總量達到500m3/h以上。在鋪網施工后，高抽巷抽采裝置停止運行，對高抽巷進行氮氣注入，保證氮氣質量不少于200m3/h，并根據高抽巷的氣體濃度，進行氮氣注入，使巷內氣體濃度控制在2%以內。

注氮管路預埋方案:采到距停采線120m時，開始采出工作面的停采后進和回風巷注氮管線的設計，如表3所示。保證開采到停采線，進風巷氮氣管道的出口位置在采空區內20m、30m、50m、80m 和120m 的地方，回風巷的氮氣管道在采空區內30m、50m、80m的地方，該系統不僅可以滿足工作面在開采過程中的正常注氮需求，而且還能保證采空區氧化帶在工作面停止開采后的有效惰化。

表3 采空區預埋注漿管路要求

2.4 施工措施孔

由于鄰近工作面在以前的停采過程中，曾經出現過支架頂部和后面的煤層自燃，為了提高防火安全系數，采取增加措施孔的方法，防止火災的發生。也就是說，在支架停止移動后，采用ZLJ-700 鉆機，在機道頂部的頂板向后，分別安裝1個用于測溫、注氮、注阻化劑或注水的鉆孔。第一個井眼在5 號和6 號井架之間進行，總共16 個井眼。該鉆孔孔徑?73mm，斜角43°，長14m，水泥封孔長度0.5m。鉆孔位于機道頂部板架之間，鉆機位于前刮板輸送機的中軸線，鉆孔后的井高1.2m，最終鉆孔的位置是在支架的切頂線后5m，所有的鉆孔高度都達到了煤層的頂板。鉆完后，不要再抽出中空鉆柱，由瓦斯員輪流輪流對鉆桿中的CO、O2進行檢查，測量T值等參數，觀察煤層的自燃情況，如有高溫、CO 等自燃征兆，應及時采取注氮、注水等方法，對異常部位采取注氮、注水等措施。措施孔施工示意見圖2。

圖2 措施孔施工示意

2.4.1 低流量注氮系統

進風巷安全出口的噴氮管在采空區120m 處斷開，并與沿工作面煤壁鋪設的108mm 注氮管相對接，沿煤壁間隔20m插入一根異徑三通（108mm變42mm）,?42mm膠管一端與變徑三通相連接，一端與外漏鉆桿接頭相接，形成了一套低壓注氮系統。還可以在注水系統中使用橡膠軟管，工作面傾斜長度281m，可插入14根三通，1根四通，所有16孔對接。各措施孔的氮氣注入量為100m3/h，注入的氮氣可以將空氣從煤層裂縫中擠出來。

2.4.2 注水系統

沿工作面煤壁再鋪設1 根108mm 的鋼絲纏繞鋼管，沿煤壁間隔20m 處插1 根異徑三通（108mm 變42mm)，如果需要注水，可將橡膠管與注水變徑三通對接。注水泵采用工作面上的乳化液泵，以變直徑的方式將乳化液泵與108mm的煤壁注水管連接起來。根據同類型工作面的施工經驗，將各大注水孔的注水流量分成15m3/h，每孔注水量為1m3/h，并對井內注水情況進行單獨調整，對漏水嚴重的井，減少注水量，注氣壓力不得大于8MPa。

2.5 加強氣體監測

在8117 工作面采用采空區預采樣束，并與氣相色譜法聯用，監測和分析了采空區的瓦斯成分。這次重點分析了氧化區的瓦斯濃度，特別是在進回風巷向采空區布束管，進風巷3個束管，回風巷3個束管。采用2″厚的鋼管作為保護套管，并在采空帶內部50m、30m、20m處進行采樣，對已進入監測區域的采空區實施連續監測。從工作面上的停采起，每天都要用束管對8117 工作面的瓦斯進行采樣，并派救護人員對工作面的瓦斯進行采樣，一旦有異常，立即采取相應的措施。見表4。

表4 8117工作面末采階段束管埋設及人工檢查取樣位置和要求

3 現場應用效果

根據上述的綜合防治措施，本煤礦8117 工作面的最終開采時間為30d，在最終開采階段，采區內CO的最高濃度為9×10-6，最低為5×10-6，平均濃度為7×10-6，沒有發現其它具有自燃的典型氣體如C2H4、C2H2。結合本盤區16個采煤工作面終采過程中的瓦斯濃度歷史數據（最大值70×10-6，最小值13×10-6，平均值為23×10-6）進行了對比分析，結果表明，最大濃度降低61×10-6、最小濃度降低8×10-6、平均濃度下降16×10-6，防治措施在技術上取得了較好的效果，為采區末采時的安全生產提供了有力保障。

4 結語

（1）在超厚煤層綜放工作面末采時，采用一體化的防火防救方案，能較好地預防工作面發生自燃、著火危險，消除隱患，遏制火災事故，有效地保證了8117 綜放工作面的收尾工作的順利進行。

（2）該系統的總體設計思想是：以煤的自燃三個基本因素為切入點，對煤的自然點火進行控制，減少采空區殘余煤，減少采空區漏風和低溫注氮氣采空區，以達到控制煤的自燃的目的。

（3）此次的綜合消防設計中，增設了施工控制孔洞，提高了消防安全性能。采取的措施孔可應用于煤礦深層測溫、低溫低流量注氮、注阻化劑或注水井等，為系統的消防安全提供了有力的支持。