元堡煤礦1901綜放面初采期采空區一氧化碳超限原因分析及防火措施＊

鹿存榮 楊勝強 李 偉 嚴家誠

（1.中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇省徐州市，221008；2.中國礦業大學安全工程學院，江蘇省徐州市，221008）

元堡煤礦1901綜放面初采期采空區一氧化碳超限原因分析及防火措施＊

鹿存榮1，2楊勝強1，2李 偉1，2嚴家誠1，2

（1.中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇省徐州市，221008；2.中國礦業大學安全工程學院，江蘇省徐州市，221008）

分析了元堡煤礦初采期采空區CO超限原因，并提出了降低采空區漏風風量、注氮氣稀釋采空區O2濃度、加快回采等措施。通過多種措施的實施與效果分析，結果表明：通過降低采空區漏風風量的措施能夠起到一定的防火作用，但效果不好，鑒于元堡煤礦推進速度難以再提高的現狀，采用注氮防火是有效的。

初采期 一氧化碳超限 綜放工作面 煤炭自燃 注氮防滅火

1 元堡煤礦1901工作面概況

9＃煤層為元堡煤礦首采煤層，1901工作面為首采工作面。該煤層傾角約8°，厚約14.33m，結構復雜，含夾矸2～4層。采用綜采放頂煤技術開采，采放比為1∶3。9＃煤層為低瓦斯易自燃煤層，自然發火期為64d，采用U型通風方式，工作面風量為1800m3／min。

1901工作面形成開切眼大約3個月后，于6月初開始回采。回采期間由于工作面過長、機器磨合、地質構造復雜等因素，導致初采期回采速度較慢，平均不足1m／d，見表1。根據采空區埋管監測系統，6月18日距開切眼約7m處的采空區回風巷的一氧化碳（CO）濃度為0.0056%（由于開采距離較短，采空區僅此一監測點），而且隨著時間推移，CO有緩慢上升的趨勢。根據元堡煤礦標志性氣體報告（見表2）預測，該監測點的溫度已經達到約83℃，因此礦方決定停產進行防火治理。

表1 初采期13日以后回采進度表

表2 元堡煤礦自燃標志性氣體測定部分結果表

2 CO超限原因的分析

（1）1901工作面長197m，開切眼處頂板壓力較大，頂板內部煤體較破碎。從開切眼形成至開始回采經過了約3個月，給暴露的破碎煤體提供了充分的緩慢氧化時間，回采期間破碎煤體與氧氣的接觸面積進一步加大，氧化速度進一步加劇。

（2）采空區遺煤過多。在回采初期由于未發生初次來壓，導致放頂較困難，大部分破碎煤體遺留在采空區，這是造成自然發火的隱患。

（3）工作面風量過大，采空區漏風口多。采空區進風巷及液壓支柱后方均為漏風口，且未發生初次來壓，整個采空區后方形成了巨大的空間，導致大量風進入采空區，使得采空區大量破碎煤體能夠和氧氣充分接觸。再加上每天平均回采速度不足1 m，破碎煤體能夠有充分的時間進行氧化。

（4）從開始回采至CO超限期間，礦方未采取任何防火措施，給采空區煤體進一步氧化提供了條件。

3 CO超限治理措施

經過分析，決定采取降低漏入采空區風量、稀釋采空區氧濃度和加快推進速度措施進行CO濃度超限治理。

降低漏入采空區風量的措施有：

（1）降低進入工作面風量。由于該煤層瓦斯涌出量極小，故可將工作面風量降至1000m3／min，使得漏入采空區風量減小。

（2）在采空區進、回風巷巷口打密閉堵漏。將黃土裝袋，在進、回風巷巷口打垛，外噴快速密封材料，形成密閉墻。每隔2m在采空區進、回風巷各打一密閉。

（3）在工作面下隅角每個密閉墻前各掛一擋風風簾，改變進入采空區風流方向，進一步降低進入采空區的風量。

通過對采空區進行注氮降低采空區氧濃度，注氮量為30m3／min，利用束管監測系統監測到O2濃度降低到8%為止。

在有條件情況下加快推進速度，盡早實現初次來壓，可以使得采空區空間減少，遺煤被壓實，自然發火隱患降低。

4 措施應用及效果分析

4.1 減少進入采空區風量的措施應用及效果分析

6月21日進風巷風量降低至1200m3／min，后在23日又降低至987m3／min；6月22日上午回風側第一道密閉打好，下午進風側密閉打好并掛風簾；24日，兩巷的第二道密閉打好。3種降低漏入采空區風量的措施實施后，采空區監測點O2、CO濃度變化見圖1。

圖1 21日－24日采空區O2、CO濃度變化圖

由圖1可知，O2濃度隨著措施的采取在逐漸降低，從21日的16.38%降低到了24日的13.4%，但降低幅度較小。CO的濃度起初由于采空區風量減小導致濃度相對上升，至23日后，采空區煤體緩慢氧化受到限制，導致CO生成率降低，相應地濃度也降低。但整體看來CO濃度仍高居不下，濃度穩定在0.0055%～0.0073%。

因此通過減少漏入采空區的風量措施確實可以抑制采空區破碎煤體的緩慢氧化作用，但效果不明顯，不能徹底防治CO超限或者火災發生。

4.2 注氮氣措施應用及效果分析

由于CO濃度及O2濃度仍降不下來，于6月25日上午11∶05開始注氮氣，流量為980～1300 m3／h。至6月28日6∶50停止注氮。注氮后N2、O2、CO濃度隨時間變化如圖2所示。

圖2 25日－28日采空區O2、CO、N2濃度變化圖

從圖2可以看出，氮氣濃度從83.92%一直上升到87.35%，說明采空區氮氣量一直在增加。隨著氮氣濃度上升，O2濃度在相應地下降，由25日的12.98%降到27日的7.8%，停止注氮后觀測1天，28日O2濃度又降到7.68%；CO濃度也持續在下降，由25日的0.007%降到27日的0.0049%，28日降低到0.0046%。其中26日下降較快，說明注氮氣防火具有一定的滯后性，在26日氮氣才產生明顯效果，而且利用氮氣稀釋其他氣體效果很好。

因此利用注氮氣可以有效地控制CO的濃度，預防火災的發生。但由于初采期采空區空間較大，稀釋氧氣濃度所需的氮氣量較大，加之擴散到監測點需要一定的時間，注氮氣后效果顯現具有一定的滯后性。對于防火來說效果好，但對于滅火來說僅能作為輔助措施。

4.3 加快推進速度

工作面推進速度是伴隨著其他防火措施同步進行的。從21日起，截止到28日，回采速度平均每天提高約2m。推進速度對防火具有一定的作用。但由于1901工作面過長，加之構造單元過多，該階段的回采速度并不具有代表性。在以后通過提高回采速度來防火的方法比較困難。

5 結論

元堡煤礦初采期采空區CO超限，在采取降低工作面風量、采空區進回風巷巷口打密閉、工作面下隅角掛風簾等降低采空區漏風量和注氮氣稀釋采空區氧氣濃度以及加快回采速度等措施的情況下，CO濃度得到控制，O2濃度也降低到了可能引起自燃的濃度以下。但經過分析后認為：元堡煤礦采取的降低采空區風量的方法僅能對采空區防火起到一定的抑制作用；通過加快回采方法雖然有效，但本礦井的回采速度有一定的限制；注氮氣防火效果最佳，能夠將O2降到可能引起自燃的濃度以下，同時防止煤體緩慢氧化生成一氧化碳。

[1] 王德明.礦井通風與安全[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007

[2] 王德明.礦井火災學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008

[3] 徐永亮，時國慶，王德明等.條帶工作面煤自燃綜合防滅火技術[J].煤炭科學技術，2010（10）

[4] 關德久.放頂煤綜采面采空區注氮防滅火技術[J].煤炭科學技術，1991（8）

Analysis on CO over limit in goaf of No.1901 fully mechanized caving face during initial mining period in Yuanbao Coal Mine and its fire prevention measures

Lu Cunrong1，2，Yang Shengqiang1，2，Li Wei1，2，Yan Jiacheng1，2

（1.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China；2.School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

The causes for CO over limit in the goaf during the initial mining period in Yuanbao coal mine were analyzed and the corresponding measures were proposed to decrease air－leakage in the goaf，dilute the O2concentration in the goaf and speed up mining.The results showed that the only measure of decreasing air－leakage in the goaf could prevent the fire to a certain extent，but the effect was not satisfied.In view of no possibility of speeding up mining in Yuanbao coal mine，the nitrogen injection was effective for the fire prevention and extinguishment.

initial mining period，CO over limit，fully mechanized caving face，coal spontaneous combustion，fire prevention and extinguishment by nitrogen injection

TD752.2

A

國家自然科學基金重點項目（50834005）；國際科技合作攻關項目（2008DFB70100）

鹿存榮（1987－），男，江蘇徐州人，中國礦業大學在讀碩士研究生，從事礦井火災與瓦斯防治方面研究。

（責任編輯 梁子榮）