新疆哈密大南湖一礦首采工作面回撤封閉期間防滅火技術

王 躍 馬洪濤 金 波 路 寧 董桂學

（神華國能哈密煤電有限公司大南湖煤礦，新疆維吾爾自治區哈密市，839000）

1 工作面概況

大南湖礦區位于哈密市南80km，主要含煤地層為侏羅系西山窯組，含煤29層（組），煤層平均總厚75m，煤種以長焰煤為主，褐煤次之。礦區預測面積1100km2，預測資源量625億t。

神華國能哈密煤電有限公司大南湖一礦是新疆哈密大南湖礦區第一個投產的礦井，1301綜放工作面是礦區內的首采工作面，該區域從1958年即有人開采露頭煤冶煉鋼鐵，并引發部分煤層露頭自燃，國家先后組織多次滅火，1974—1975 年基本完成滅火工作。該區域以褐煤為主，深部煤質為長焰煤，自然發火隱患嚴重，自燃傾向性等級為I級，屬容易自燃煤層。

1301工作面采用綜采放頂煤采煤工藝，走向長度1428.6m，傾斜長度240m，煤厚6m，可采指數96%，于2012 年5 月16 日開始回采，2013年8月5日縮面回采，2013年9 月4 日工作面終采，2013年10月22日封閉，2013年11月15日所有密閉施工完畢。自縮面回采至第一道封閉完成歷時79d，順利完成回撤封閉工作。

2 1301綜放工作面回撤封閉期間防滅火技術

2.1 注氮系統布置

1301綜放工作面采空區采用跨步埋管注氮工藝。具體作法是在1301綜放工作面采空區埋設1條直徑50mm、長240m 全花眼PVC 管路，花眼間距200mm，花眼直徑10mm，與進風巷主注氮管路對接，當管路埋入采空區50 m 后開始注氮，同時埋入第2條PVC 注氮管路 （注氮管路埋設的移動步距為50m），當第2條注氮管路埋入采空區50m 后開始向采空區注氮，同時停止第1條注氮管路的注氮，重新敷設注氮管路，如此循環。工作面停采前120m 時調整注氮管路埋設步距為30m，工作面隔離帶造好后，調整注氮管路埋設步距為10m，工作面最后剩余40 m 時，每10 m 布置1根注氮管路，累計布置3根，同時進行注氮工作，直到工作面回撤封閉后結束采空區注氮。注氮量約1200m3／h，24h連續注氮，注氮管路出口壓力約為0.12 MPa，1301綜放工作面回撤封閉期間累計注氮665459m3，注氮機安設在地面制氮機房，注氮路線為：地面制氮機房→回風立井→+235回風石門→輔助運輸大巷二→三中車場→三煤層回風大巷→1301輔助運輸巷道→1301采空區，注氮埋管工藝如圖1所示。

2.2 灌漿系統布置

1301綜放工作面采空區采用末采跨步埋管灌漿工藝。具體作法是在1301綜放工作面采空區末采時跨步式埋設3條直徑50mm、長10m 全花眼PVC管路，花眼間距200mm，花眼直徑10mm，與進風巷主灌漿管路對接，3條灌漿管路埋設步距分別為70m、45 m、25 m，3條灌漿管路根據埋設步距不同，每條管路埋入采空區10m 后開始灌漿，3條管路全部埋入采空區后進行分別灌注，直到工作面回撤封閉后結束采空區灌漿。灌漿量約60m3／h，隨采間歇式灌漿，工作面出漿時停注，1301綜放工作面回撤封閉期間累計灌漿7649m3。灌漿設備安設在地面黃泥灌漿站，灌漿路線為：地面黃泥灌漿站→回風立井→+235回風石門→輔助運輸大巷二→三中車場→三煤層回風大巷→1301輔助運輸巷道→1301采空區，灌漿埋管工藝如圖1所示。

2.3 設置隔離帶

1301綜放工作面在距停采線30m 時開始停止放頂煤，在停止放煤前20 m 段，降低煤質要求，不留頂底煤，將頂煤全部放干凈，并割50 mm 底板，形成20m 的防火隔離帶。有效地隔絕了采空區與外部的聯通，見圖1所示。

2.4 溫度監測系統布置

由停采線外30m 至1301綜放工作面后180m沿后部輸送機全面埋設直徑50mm 鋼管，間隔30 m 設置1個觀測點 （三通），總計6個觀測點。三通長度為1.0m，三通出口處設置防堵裝置。鋼管內安設單芯束管 （不同顏色）、單回路導線 （不同顏色）、鉑電阻，每個觀測點設置1套。利用負壓采樣泵抽取采空區氣體裝入球膽，帶至地面進行色譜分析采空區氣體變化情況，人工采用萬用表測定鉑電阻電阻值，比對電阻對應溫度計算出測點溫度，束管溫度監測系統布置工藝如圖2 和圖3 所示。

2.5 上隅角及架后全斷面噴漿堵漏風

上隅角及架后全斷面噴涂工藝分兩步實施，在末采期間，每天對上隅角進行噴涂堵漏風，要求噴涂嚴密，噴涂長度不小于15 m；在停采時，在工作面支架后掛網處進行全斷面噴漿封閉，隔絕采空區漏風，防止氮氣逸出。

圖2 1301工作面后束管、測溫點布置圖

圖3 1301工作面后束管、測溫點探頭布置圖

3 采空區溫度測定結果分析

煤自燃是在常溫常壓下，煤與空氣中的氧自發反應升溫的過程。大量松散煤體同時接受漏風供氧發生氧化放熱，靠近圍巖和漏風邊界的煤體散熱條件好，不易造成熱量積聚；由于煤體不斷地消耗氧氣，風流滲透到離漏風邊界較遠的深部時，氣流中的氧濃度已很小，煤自身的氧化放熱強度小，不易產生熱量積聚；在距漏風邊界一定距離的范圍內，氧氣濃度合適，蓄熱條件好，熱量易于積聚，造成煤體自熱升溫；在供氧和蓄熱條件最佳的區域，煤體升溫速度最快，該區域周圍的煤體升溫速度依次減慢；升溫過程開始是一個很緩慢的過程，隨著煤溫的逐漸升高，化學反應加劇，產生的熱量增多，升溫過程也加快；隨著煤體內溫差的加大，形成熱力風壓，漏風強度加大，同時，隨著煤體內各點耗氧速度的變化，氧濃度分布發生動態變化，煤體內部的高溫區域會發生移動。

經74d的連續觀測，6個測點中有2個測點因線路故障失效，得到4組采空區溫度隨時間變化的曲線，由于多種措施同時對采空區進行了管控，溫度變化情況有緩慢下降平穩運行趨勢，與煤體升溫理論相背離，未形成升溫過程，導致采空區內化學反應平穩，未形成化學反應加劇的階段，煤體內溫差變化平緩導致未形成熱力風壓，也側面減小了采空區漏風，有效地預防了采空區遺煤的氧化過程。1301工作面溫度變化如圖4所示。

圖4 1301工作面采空區溫度變化圖

4 結論

經過采取注氮、灌漿防滅火技術為主，與設置隔離帶、上隅角及架后全斷面噴涂堵漏風和溫度檢測的綜合防滅火措施，1301綜放工作面從末采至安全回撤歷時79d，時長遠大于煤樣最短自然發火期實驗報告中的發火天數，未發生自然發火事故，順利進行了封閉。

（1）采用綜采放頂煤技術開采厚煤層、易自燃煤層時，采用采空區240 m 全面埋設注氮管路進行連續注氮工藝能夠全面有效地稀釋采空區內氧氣濃度，惰化采空區內遺煤氧化過程，為首采工作面安全回撤及礦井的安全生產提供可靠的安全保障。

（2）仰采工作面采用合理的間歇式灌漿工藝，漿液能夠有效地包裹漿液擴散半徑內的煤體，起到隔絕遺煤的氧化升溫過程。灌漿工藝的有效實施及方案設計能夠對礦區內仰采工作面的灌漿工藝提供可靠的實踐依據。

（3）采空區內隔離帶的設置能夠有效隔絕采空區內遺煤的連續性，上隅角及架后全斷面噴涂工藝能夠起到有效地堵漏風效果。

（4）采空區內埋設鉑電阻測定采空區內溫度的變化情況能夠實時掌控采空區內遺煤溫度變化情況，對是否采取下一步防滅火措施能夠提供可靠有效地實際依據。

（5）大南湖一礦1301綜放工作面作為新疆哈密地區大南湖礦區第一個回采工作面，在短自然發火期長時間回撤的復雜情況下，所采用的綜合防滅火措施能夠有效地指導礦井及礦區內其他礦井的防滅火實施工作，具有實際的指導意義。

［1］ 李學誠.中國煤礦安全大全 ［M］.北京：煤炭工業出版社

［2］ 王升身，張國樞.礦井火災防治 ［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1990

［3］ 王德明.礦井火災學 ［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2008

［4］ 鄔劍明.煤自燃火災防治新技術及礦用新型密閉堵漏材料的研究與應用 ［D］.太原：太原理工大學，2008

［5］ 王俊峰，鄔劍明，靳鐘銘.一種預測采空區自燃危險區域的新方法——CFD 技術的應用 ［J］.煤炭學報，2009 （11）