復采工作面綜合防滅火技術研究

摘要：針對山東省兗州市大統礦業有限公司楊莊煤礦F9305復采工作面自然發火風險的現狀，通過采取預測預報、注漿、注氮、注防滅火材料、堵漏風等綜合防滅火技術保證了復采工作面回采過程中的防火安全，確保了工作面正常回采。

關鍵詞 "復采工作面 "綜合防滅火 "技術研究

1.概況

F9305工作面為復采工作面，該工作面由于放頂煤回采工藝推進速度較慢，軌道順槽在松散煤體中掘進，運輸順槽前進方向由6m厚煤柱，采空區裂隙大、頂煤回收不徹底等原因造成采空區遺煤量較大，工作面回采期間防滅火管理難度大。

2.自然發火預測預報系統

2.1標志性氣體

2017年6月委托資質單位鑒定3煤自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。根據鑒定報告將復采工作面回風隅角CO濃度達到24ppm時作為早期自然發火征兆預警值。

2.2束管監測地點和措施

該工作面束管監測地點包括回風隅角、工作面風流、工作面回風流、采空區等。監測方法主要采用人工檢測、束管監測系統、安全監控系統等多種方法，具體如下：F9305工作面自然發火觀測點設在工作面、運輸順槽距回風口10-15m處。回風隅角及運輸順槽距回風口10-15m處安設束管監測探頭與束管監測系統相連，回采期間對采煤工作面相關地點每天進行抽氣分析。

工作面回采期間每周對相鄰采空區及其他相關地點的采空區密閉內的氣體進行一次采樣分析。工作面回采前從F9305切眼向外約5m處在運輸順槽內敷設第一路長度不小于40m的束管，隨后工作面推進20m時敷設第二路，依次循環，用于檢測采空區內氣體情況，依次循環，直至工作面回采結束。運輸順槽埋設的束管與束管監測系統相連。回風隅角及運輸順槽埋設的束管每天采樣或抽氣分析一次。

3.綜合防滅火技術

3.1注漿系統

礦井在興隆莊村南設置一處地面注漿站為南翼采區服務。注漿站設有集土池、攪拌機、制漿池、潛水泵、蓄水池、高壓水槍等設施設備，漿材（紅土或粉煤灰）在集土池通過高壓水流沖至制漿池中，經過攪拌機攪拌制成漿液，漿液采用靜壓自流方式通過地面下漿鉆孔及井下注漿管路輸送至計劃注漿區域。F9305軌道順槽以外的主要大巷主注漿管采用φ108 mm的無縫鋼管， F9305軌道順槽的主注漿管采用φ108或φ89mm的無縫鋼管，主注漿管路接設至距工作面切眼不大于80m處停止，其余分支注漿管采用不小于φ50mm鋼管敷設。

回采前在F9305工作面架后提前敷設第一路注漿管，長度以管路末端進入運輸順槽內為宜，每3m左右打設一個出漿口，注漿管管徑不小于50mm，注漿管與軌道順槽主注漿管連接。從第一路注漿管向外20±2m按以上方式在工作面架后敷設第二路注漿管，依次循環直至工作面回采結束。注漿管在敷設下一路時對上一路進行注漿，注漿管注漿后繼續外延。工作面停采線處的注漿管按以上方式敷設，停采線處的注漿管在采空區封閉后開始注漿。

結合以往工作面防滅火經驗，工作面開始采線、終采線處每路注漿量粉煤灰漿液不小于600m3，黃土漿液不小于800m3；架后埋管期間每路注漿量粉煤灰漿液不小于300m3，黃土漿液不小于400m3。溜頭或工作面開始出漿時可停止注漿，如停止注漿后注漿量達不到要求，間隔一段時間再進行補注。工作面采空區內遺煤量較大或工作面相關地點CO超限并持續升高時，要根據實際縮短注漿管埋管間距，注漿量在原有的基礎上增加一倍，以便進一步增加采空區氣密性，消除采空區發火隱患。

3.2注氮系統

根據《煤炭礦井設計防火規范》GB 51078-2015，制氮設備或裝置的能力應按礦井注氮需要選取，注氮能力按下式計算：

QN=60*K*Q0*

式中：

QN——注氮量（m3/h）；

Q0——F9305工作面采空區氧化帶內的漏風量，一般取5～20 m3/min。但采空區氧化帶漏風量的變化范圍較大，一般按工作面風量的1/60～1/100選取，采取堵漏風措施后我礦取1/80，漏風量為7.06m3/min；

C1——采空區氧化帶內的原始氧濃度，一般為10%～15%，取10%；

C2——采空區防火惰化指標，可取7%；

CN——注入氮氣的氮氣濃度，97%；

K——備用系數按總注氮量的1.2～1.5倍選取，取1.5。

經計算，QN=476.55m3/h，取477m3/h。礦井配備MYQ-1000液態惰氣防滅火系統，該系統有電加熱汽化器2臺，單臺運行額定產氮量為500m3/h，兩臺運行額定產氮總量為1000m3/h，均大于477m3/h，能夠滿足礦井注氮要求。

MYQ-1000液態惰氣防滅火系統由電加熱氣化器、控制設備、緩沖儲氣罐、流量、壓力、溫度檢測及控制裝置等主要設備及裝置構成。注惰車間設在礦區南地面充填站小料車間內，在小料車間南墻西側打孔安裝惰源外接管路。車間內安設電加熱氣化器、緩沖儲氣罐、電源開關柜、控制設備組、信號集中顯示柜、低溫管路控制連接件等的設施設備。惰源（移動式氮氣槽車）在小料車間南墻外，通過專用管路與注惰車間南墻西側伸出的惰源外接管路相連。

F9305工作面相關區域出現發火隱患，采取常規處置措施不能奏效時，根據工作面、工作面回風流及回風隅角風流中相關氣體指標狀況及火勢劇烈程度選擇采取開放式或封閉式注氮進行滅火，實施采空區開放注氮時將F9305軌道順槽專用管路末端與順槽內的采空區埋管連接，使氮氣通過注漿管進入采空區；實施工作面封閉注氮時首先將F9305軌道順槽專用管路末端與順槽內的采空區埋管連接，再將F9305兩順槽防火門墻洞封閉，隨后輸送氮氣充滿整個工作面、采空區及兩順槽；如需縮小封閉注氮范圍，首先將F9305軌道順槽專用管路末端與順槽內的采空區埋管連接。在運輸順槽適當位置施工板閉，再將F9305軌道順槽防火門墻洞封閉，隨后輸送氮氣充滿整個工作面、采空區及兩順槽。運輸順槽未封閉區域使用局部通風機供風。

3.3壓噴注防滅火材料防治自然發火

在F9305軌道順槽配備隔膜泵及氣動注漿泵，用于噴灑阻燃劑、壓注水玻璃凝膠或LFM防滅火材料。工作面架間敷設一路φ25mm高壓膠管，每20m設三通閥門，為應急噴灑相關防滅火材料專用。據現場防火需要， MEA、水玻璃、小蘇打、LFM防滅火材料、花管等在現場配齊，數量滿足需要。

工作面架后遺煤多，存在自燃隱患時，可使用一次性注膠管插入架后破碎煤體內，壓注水玻璃膠體；軌道順槽松散煤體出現自燃隱患時，在隱患點打孔插入注膠管，壓注水玻璃膠體進行防滅火處理。溜頭、溜尾關門柱處浮煤較多，裸露煤體（碎煤）要用水玻璃凝膠噴涂。噴注方式為：浮煤表面噴灑和破碎煤體插管壓注。噴灑可手持高壓膠管或鋼管，對煤體表面進行噴灑，噴灑要均勻。插管用鋼管制作，為方便操作，插管可由多節組成，用管箍或內絲頭連接，前段加工成花管，以提高壓注效果；插管壓注時要根據情況隨時變換插孔位置，既要保證效果，又要避免浪費，噴注要達到破碎煤體全部濕潤效果。在軌道順槽內，距非回采幫約0.5m的垂直于頂部打設一排注膠孔，在非回采幫肩窩下約0.5m位置，與水平成45°±15°打設一排注膠孔，然后在鉆孔內下設注膠管，注膠管孔口使用棉紗、水泥等材料進行封堵；然后往注膠管內壓注水玻璃凝膠、阻燃劑等防滅火材料。

3.4防漏風處理

工作面每推進不大于15m在兩順槽端頭設置隔離墻，隔離墻采用袋裝黃土（或碎煤）或充填包施工，寬度、高度與上下端頭遺留的空間一致，厚度1.5～2m，墻體表面及周邊噴注水玻璃凝膠進一步增加隔離墻的密封性。使用充填包施工隔離墻時由綜采工區在預計施工隔離墻位置用廢舊錨桿及鐵絲將包體撐起，通巷工區使用氣動隔膜泵或氣動注漿泵向充填包內壓注LFM充填型材料將包體充滿。

F9305工作面溜尾與非回采幫間留0.8m寬通道便于對端頭進行防滅火處理；溜尾端頭冒落嚴實，可采取插管注膠、噴涂水玻璃凝膠等方式處理，隔絕漏風通道，代替隔離墻。工作面上部為9311采空區，軌道順槽在松散煤體下，運輸順槽右上方為9311采空區，回采期間受礦壓影響可能造成兩順槽頂幫開裂或片冒等存在風險的區域，對風險區域檢測發現氣體異常時應及時匯報，并根據實際對片冒區域采取注膠、噴漿或噴涂LFM防滅火材料等有效的防漏風措施。

F9305工作面回采期間需調整通風系統時必須考慮風阻與壓差之間的關系，避免因通風系統調整造成與F9305工作面相鄰的采空區密閉墻內外壓差陡增，漏風加劇。

3.4進風隅角噴霧防滅火

在進風隅角處安設噴頭，連接供水管路持續向采空區處進行噴霧，以增加進風隅角處遺煤的含水量，噴頭隨支架同步外移。

3.5其它防治自然發火措施

穩定工作面通風系統，根據采空區三帶測定情況合理配風。與工作面相連的巷道通風設施加強檢查，嚴禁兩道正向風門同時打開，保證通風系統穩定性，盡量減小進回風巷壓差，減小漏風強度，達到均壓防火的目的。

提高F9305工作面煤炭回收率，減少丟煤量。通往采空區的管路必須封閉，控制向采空區漏風。對軌道順槽外錯硐室進行充填。充填材料可以使用袋裝黃土，或碎煤進行充填。使用碎煤充填時，必須預先將碎煤用MEA進行濕潤，硐室里段可用碎煤直接充填，外口用煤袋和金屬網封口。在F9305軌道順槽回采幫肩窩位置，與水平成45°±15°打孔，隨后壓注水泥固化回采側頂板，孔深及間距根據端頭揭露情況合理布置。

4.總結

通過實施以上方案措施，現F9305工作面已推進約500m，未出現嚴重自燃隱患，防火管控措施得力有效，保證了工作面正常回采。同時也掌握了復雜煤層自燃的特性參數，探索了松散煤體漏風規律及自燃危險區域，構建了復采工作面煤層自燃應急防控技術體系。為今后礦井及周邊礦井復采煤層安全回采、提高資源回收率，減少能源損失、延長衰老礦井服務年限，以及減輕社會就業負擔都具有很大意義和重要的參考價值。