特殊環境下防滅火技術的應用

張修鋒

河南大有能源股份有限公司常村煤礦，河南 義馬 472302

特殊環境下防滅火技術的應用

張修鋒

河南大有能源股份有限公司常村煤礦，河南 義馬 472302

河南大有能源股份有限公司常村煤礦位于河南省義馬市東南，主采煤層為侏羅系中統下段義馬組煤田，地質構造簡單，為典型的長焰煤易自燃煤層。在回采過程中綜放工作面的直接頂中有一老巷與采空區串通，造成工作面采空區漏風，致使上隅角CO濃度很高，采取防滅火技術措施，有效控制了該工作面采空區CO濃度，使回采工作順利進行，實現了礦井的安全生產。

自然發火；凝膠封堵；均壓防滅火；快速推進

spontaneous combustion；gel sealing；pressure fire prevention and extinguishment；rapid advance

我國大中型煤礦生產企業自然發火礦井占56%，有自然發火危險煤層占累計可采煤層數的60%[1]。防滅火工作一直是易自燃煤層工作的重點，采取一系列的防滅火措施取得了較好的效果。

河南大有能源股份有限公司常村煤礦的主采煤層為長焰煤，由于所采煤層的變質程度較低，屬于典型的易自然發火煤種。2303工作面位于23采區，從上而下第二個工作面，上部為已采畢的23011工作面，西部為已采畢的21012工作面，下部為已采畢的2105工作面，東部為斷層煤柱。采用U型上行通風方式，工作面上、下巷都采用采取錨網（索）架36U拱型支架支護,支護凈斷面24.8 m2。

本工作面所采煤層2～3煤，煤層厚度較大，賦存較穩定。煤層上半部為半亮型塊狀硬質煤，煤質較好；下半部為半暗型塊狀硬質煤，煤質較差。煤層結構較復雜，全煤共含2～5層泥巖夾矸，最大采深461m。

工作面可采走向長度795m，傾斜長220m，有下至上1至152架縱放支架，面積174900m2。采用走向長壁綜采放頂煤采煤法，自然垮落法管理頂板。煤層容易自燃，自然發火期為15～30天。該工作面2011年8月開始回采，采用正常回采的防滅火技術。在2012年3月12日，發現其上隅角CO值較大，增加了特殊技術措施，有效地防止自然發火，使該工作面順利回采。

1 正常回采的防滅火技術

1.1 火災束管檢測

在2303工作面火災預測預報系統采用束管監測，利用KSS—200型束管色譜檢測系統，進行預測該工作面的自然發火情況。主要分析氣體成分，辨別煤的氧化溫度。烯烴是煤溫達到某一溫度以后的氧化產物，C2H4出現的臨界溫度為120℃左右，能較準確的推斷采空區的氧化溫度。煤炭自燃指標氣體涌出的溫度如圖1。

圖1 煤炭自燃指標氣體和煤溫的關系

1.2 氮氣防滅火

利用地面制氮設備（800m3/h）,向井下2303工作面壓送氮氣，在工作面下隅角采空區氧化自燃帶注氮，惰化可能自燃的區域，使自燃危險區域惰化，該工作面采用開放式連續性注氮。

1.3 灌漿滅火

在2303工作面上拐頭壓灌漿管子，利用地面的粉煤灰站壓注，隨采隨灌。漿液充填煤巖裂隙及其空隙的表面，增大氧化擴散的阻力，減少煤與氧的接觸和反應面，漿水浸潤煤體，增加煤的外在水分，吸熱后冷卻煤巖，加速采空區冒落煤巖的膠結，增加采空區的氣密性。

經測算灌漿管路輸送倍線7.8，符合要求。

1.4 上、下隅角封堵

為了加強工作面上下隅角的漏風，每移動一次綜放支架，在上、下拐頭建煤袋墻。每隔5m ，在工作面上、下隅角煤袋墻中進行注膠封堵,使上、下隅角與采空區充分隔離,以減少采空區漏風對遺煤供氧,從而降低煤炭自燃。

凝膠具有較好的防滅火作用：①吸熱降溫；據測定1m3凝膠的吸熱量大于4MJ,對煤體有很好的降溫作用。②堵漏風；成膠前其具有很好的流動性，充分滲透到煤的縫隙中，成膠后一般強度大于2KPa,能有效地堵住漏風通道，在井下潮濕封閉條件下，凝膠一個月的收縮率小于20%能在一定時期內能起堵漏風作用。③保水作用；硅酸所形成的立體網狀結構能有效地阻止水分的流失[2]。

1.5 吊掛風簾

工作面下隅角往上的45米和上隅角往下的30米吊掛擋風簾，吊掛在綜放支架的前后柱之間，上接頂、下接地。吊掛風簾有利于工作面采空區防火及減少采空區瓦斯涌出 ,但如果管理不善，則容易造成采空區“呼吸”可引起采空區發火。

1.6 采用低位鉆場高位注水

在2303工作面上下巷每隔40米開設一個注水鉆場，使上隅角152架到132架淋水和下隅角1架到20架頂板及采空區淋水，減少采空區氧化帶的氧化。

1.7 在工作面上下巷尾30米注水防火

通過灑水，把煤體氧化所產生的熱量帶走。還可以使上下巷尾的遺煤的縫隙被水分子包圍，起到了隔絕氧氣的作用，在一定時期內延緩采空區的遺煤氧化升溫。

2 特殊情況的防火措施

2.1 均壓防滅火

圖2（a）所示工作面采空區漏風形式，在風巷安設調節風窗，工作面的通風情況發生變化。

圖2（b）對比安設風窗前后壓力坡線變化可見。

圖2 工作面采空區漏風形式

采用開區均壓，以減少采空區漏風，抑制遺煤自燃，防止一氧化碳等有毒有害氣體超限聚集或者工作面涌出，從而保證生產正常進行，采用調節風門風窗均壓，在回風巷通過調節回風量，使工作面的通風狀況發生變化。

（1）風窗的上風側風流的壓能增加，風窗下風側的風流壓能減少，增加與減少的幅度隨據風窗距離的增大而減少。

（2）風窗前后風路上因風量減少壓力坡度線變緩（即工作面兩端壓差變小，采用風窗調節方法，在采空區風阻不變時，則工作面的擴散漏風必然減少），這對抑制采空區因擴散漏風所造成的煤炭自燃是有利的，

2.2 加快推進度

加快工作面的推進速度，使氧化自燃帶的寬度減少，讓其快速進入窒息帶，較少工作面上隅角的CO涌出量，確保了安全生產。

2.3 向老巷打防火鉆孔

當發現上隅角CO增加時，進行原因分析后，立即在下巷上幫垂直于老巷打防火鉆孔，每隔10米打一個Φ62的鉆孔，打透老巷后，插入Φ42的防火鋼管，利用鉆孔先注氮氣6個小時 ，再注防火材料8個小時，最后進行注膠封閉老巷，截斷空氣通過老巷向采空區的流動通道。

通過壓住防火材料，（FLM礦用阻化劑）進行防火。壓注阻化劑后，使阻化劑吸附在煤表面上，形成一層能抑制氧與煤接觸的保護膜，阻止了氧氣與煤結構上的活動鏈基反應，使煤炭和氧的親和能力降低，同時氯化物是一種吸水能力很強的物質，它吸收大量水分覆蓋在煤的表面，也減少了氧與煤接觸的機會，延長煤的自然發火。

在凝膠封堵中，使用基料（液體水玻璃，俗稱泡花堿，化學分子式Na2O·nSiO2）+促凝劑（碳酸氫銨）。滅火時成膠時間控制在基料和促凝劑混合后30～50S較好，用于堵漏防火時，成膠時間控制在5min～10min為宜[2]。當基料濃度一定時，通過調節促凝劑濃度及其所占比重增加，使成膠時間縮短。當基料濃度為6%時，碳酸氫銨的濃度選擇2%～8%，成膠時間在混合后的6′30″～26″。在此防火鉆孔注膠，封堵漏風。利用注膠泵注膠時，為了增加凝膠的封堵斷面，碳酸氫銨溶液濃度控制在2%～5%，使成膠較多的流入煤巖的縫隙或裂隙中，增加堵漏風的強度和效果。如圖3。

圖3 水玻璃的濃度為6%時，碳酸氫銨與成膠時間的關系

從2012年3月12日發現CO異常，采取以上措施后，3月28日該工作面已完全恢復正常。通過以上方法，使綜放工作面回采期間遇到老巷的特殊防滅火措施，快速的撲滅火災隱患，使該工作面正常回采。對于易發火的地點做好重點檢查工作，像巷道變坡點前后，空頂和剎頂后的巷道，變形的錨桿孔，采面過老巷的區域，地質構造帶（特別是斷層）附近，密閉周圍的煤體等都應定期做防火檢查，必要時取氣樣進行分析通過嚴格的管理方式和多種防火措施并用，使常村煤煤礦該工作面順利回采。常村煤礦形成了自己特有的防滅火技術和防滅火體系，具有較先進的推廣意義。

[1]王付全.高莊礦煤層自然發火原因分析及防止對策 [J].中州煤炭，2012（3）：95-96

[2]余明高，潘榮錕.煤礦火災防治理論與技術[M].河南：鄭州大學出版社，2008

Under the special environment of application of fire prevention and control technology

Zhang Xiufeng
Henan great energy Limited by Share Ltd of Changcun coal mine, Henan Yima 472302

Henan great energy Limited by Share Ltd of Changcun Coal Mine in Henan province is located in the southeast of the city of Yima, the main coal seam in the Jurassic system in Yima coalfield geological section group, simple structure, is a typical long flame coal spontaneous combustion seam. In the process of mining of fully mechanized caving face of immediate roof in a lane with old goaf collusion, resulting in the working face gob air leakage, resulting in up corner CO concentration is high, take prevention and control measures, effective control of the working face goaf CO concentration, so that the work carried out smoothly, achieve the mine production safety.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.086