高瓦斯易自燃綜放面采空區火與瓦斯綜合防治

2013-05-05 13:51:06劉金龍陳志平

采礦技術 2013年2期

劉金龍，陳志平

（鐵法煤業（集團）有限責任公司大興煤礦，遼寧調兵山市 112700）

0 引言

鐵法能源公司大興礦N2706綜放面傾斜長度為150m，煤層平均厚度為10m，工作面采用綜采放頂煤回采，U型通風，工作面風量為1200～1500 m3／min，回采煤層為長焰煤，其最短發火期為20d左右，為一級易自燃發火煤層，工作面絕對瓦斯約為40～60m3／min，為高瓦斯工作面，大興礦N2706處于高瓦斯、易自燃條件下開采，礦井安全生產受到嚴重威脅。本文以大興礦N2706綜放面為工程背景，提出了一套高瓦斯易自燃厚煤層綜放面采空區火與瓦斯綜合防治技術措施，為同類礦山及工作面瓦斯及火災綜合防治提供參考。

1 采空區火與瓦斯綜合防治技術

大興礦N2706綜放面火與瓦斯共存，安全隱患較嚴重。根據經驗，由于瓦斯問題每天都存在，而火的問題要積累到一定程度才顯現，因此礦井一般都將重點放在治理瓦斯上，在治理瓦斯時無限地加大工作面的風量和采空區瓦斯的抽放量，使采空區的氧化帶寬度加大，使采區浮煤達到其自然發火期而氧化自燃，采空區火災的發生，又易導致采空區瓦斯爆炸，其結果既防不了瓦斯，又防不了火。為此，綜放面瓦斯治理與防火必須統籌考慮，既要使工作面瓦斯不超限，又必須使采空區浮煤在其自燃發火期未到時進入采空區窒熄帶［1－2］。為了達到這個目標，必須采用防火防瓦斯綜合策略。

1.1 采空區防火策略

（1）綜放面回采過程中充填河砂。綜放面開采前，預先由運回順向開切眼前三角點、開切眼內各埋設一趟Φ108mm充填管路，工作面回采老頂初次來壓（30～50m）冒落后，利用預先埋設的管路向開切眼存在的一條近似三角形斷面的空間內充填河砂，封堵漏風通道，并且對附近的浮煤濕潤降溫。工作面回采期間，根據采空區自燃發火危害程度，工作面每推進10～40m，對前、后三角點架后采空區進行一次水砂充填封堵。對于火成巖侵入區段可以根據侵入的范圍在架間埋管，一般推進5～10m開始充填。

（2）三相泡沫法預防綜放工作面采空區自燃發火技術。選擇在回風順槽鋪設管路，同時向采空區預埋注漿管，出口留在采空區易出現自燃發火隱患處，主要是在回采工作面開切眼后三角點、停采線、火成巖侵入及運回順采空區空間等處［3］。

（3）工作面噴漿控制漏風技術。在工作面停止推進時，可沿工作面支架進行架間噴漿、下隅角空間噴漿。

（4）綜采放頂煤工作面采空區體積大，浮煤多，而且呈立體分布，無論是黃泥灌漿，還是注凝膠、注阻化劑，都不可能將采空區所有的浮煤都包裹，因此對采空區的浮煤采用降溫、阻化防止其自燃是不現實的，唯一有效的方法就是降低浮煤所處區域的氧含量［4－5］。為此，選擇氮氣防滅火技術為本綜放面采空區主要防滅火技術。因N2706工作面沒有消火道，不適合選用采空區鉆孔注氮。工作面風量1300 m3／h，其采空區冷卻帶范圍超過了20m，而超過20 m容易將拖管拉斷，因此不適合采用拖管注氮，注氮為開區注氮，采空區進風側埋管，以2臺氮氣流量為1000m3／h的制氮機連續注氮，由運順預先向采空區每推進30m埋入一趟直徑108mm鋼管，隨著工作面推進埋入采空區20m開始注氮，進入70m停止，保持兩趟108mm鋼管持續向采空區20～70 m范圍的漏風帶和氧化帶內注氮氣，如圖1所示。

圖1 采空區埋管注氮、充填布置示意

1.2 綜放面采空區瓦斯防治措施

綜放面瓦斯治理與防火必須統籌考慮，既要使工作面瓦斯不超限，又要防止不合的瓦斯抽放引起采空區大量漏風，使浮煤氧化自燃發火［6－7］。為了達到這一目的，采用多重瓦斯道瓦斯抽采技術，回采前采取密閉引管抽采，改變采空區漏風流場分布，因瓦斯道相對采面同步前移，形成穩定可靠的控制瓦斯涌出狀態措施，工作面瓦斯治理以低位瓦斯巷抽采瓦斯為主，中位瓦斯巷、底板瓦斯巷和地面鉆孔抽采為輔。

1.2.1 低位瓦斯巷抽采瓦斯

如圖2所示，低位瓦斯巷沿煤層頂板掘進，位于煤層底板以上8m，內錯于工作面回風順槽10m，由于低位瓦斯巷離工作面上隅角較近，而且處于上隅的上方，因此其強大的抽采負壓能將上隅角及附近的瓦斯抽走，具有抽放負壓大、濃度高和不受周期來壓影響的特點，而且其強大的負壓對采空區氧化帶影響不大，有利于防火，因此工作面瓦斯防治以低位瓦斯巷抽采瓦斯為主，其方法為：必須將低位瓦斯巷一直掘到工作面開切眼上方，使工作面初采時就和瓦斯巷冒通。由于工作面推過聯絡巷時瓦斯巷不起作用，因此瓦斯巷可不設聯絡巷與回順連通。瓦斯巷抽采布置為：在內錯瓦斯抽放巷與聯絡巷交叉處以里2m地方打一道密閉，閉面及周邊噴漿，在閉的中上部設置Φ500mm瓦斯抽放管1根，抽放管伸入閉內5～8m，閉外抽放軟管上設置Φ10mm取氣支管，長度為0.2m，在閉的中上部還設置Φ50 mm觀察取氣管1個。閉外的抽放管與礦井抽放系統管路聯接，利用瓦斯抽放泵通過Φ500mm管道抽放內錯瓦斯抽放巷的瓦斯。

圖2 低位瓦斯抽采瓦斯巷示意（單位：m）

計算得出工作面的絕對瓦斯涌出量為50～60 m3／min，工作面回風順槽風量為1300m3／min，可風排10m3／min瓦斯，還剩40m3／min的瓦斯需抽走，故取∑Q為40m3／min。計算出需要的瓦斯抽放泵的最大容量為320m3／min，故選2臺流量為200m3／min的瓦斯抽放泵并聯運行抽采低位瓦巷瓦斯。由于抽采瓦斯流量很大，為了保障抽放效率，瓦斯抽采管路直徑應大于500mm。但是在抽采瓦斯時，應注意瓦斯巷所對應的工作面支架不要架前冒頂，否則，大量風流漏入瓦斯巷后，會引起瓦斯濃度降低。如果低位瓦斯巷抽采工作面瓦斯達到最優，則這一抽采瓦斯措施就可防止工作面瓦斯超限。

1.2.2 中位瓦斯巷抽采瓦斯

如圖3所示，中位瓦斯巷位于煤層頂板以上約20m的位置，抽采裂隙帶的高濃度瓦斯。如果低位瓦斯巷抽不到高濃度的瓦斯，則有可能工作面回順風流中的瓦斯濃度要超限，此時應進行中位瓦斯巷和低位瓦斯巷同時抽采工作面瓦斯，中位瓦斯巷抽采瓦斯主要是防止工作面風流中瓦斯超限，低位瓦斯巷抽采工作面瓦斯主要是防止工作面上隅角瓦斯超限。

1.2.3 地面垂直采空區立孔抽采瓦斯技術

煤層開采前，通過地面向采空區鉆進立孔，終孔目標為開采層冒落帶頂部，即瓦斯濃度較高、受漏風影響較小區域，待工作面推過立孔進入微風積聚中濃帶后開始抽采，截留高濃瓦斯涌向漏風影響較大區域，控制瓦斯涌入工作面，提高瓦斯抽采回收利用量。抽采周期長、瓦斯濃度高、回收量大。在抽瓦斯時應遵循：多抽采空區冷卻帶，少抽采空區氧化帶，不抽采空區窒息帶的抽采原則。