北區(qū)礦井綜采工作面停產(chǎn)期間的防滅火管理與瓦斯涌出探討

【摘 要】銅川礦業(yè)公司北區(qū)礦井所采4-2煤層屬易燃煤層，停產(chǎn)或檢修期間綜采工作面的防滅火工作尤為重要，各種氣體的涌出有別正常生產(chǎn)。近年來礦井停產(chǎn)檢修較多，玉華礦井針對綜采工作面的防滅火管理采取了應(yīng)對措施，防滅火效果較好；通過對采面防滅火標(biāo)志性氣體變化情況進行統(tǒng)計和分析，研究總結(jié)出停產(chǎn)檢修期間綜采工作面在防滅火管理方面的有效作法，并對瓦斯氣體異常涌出進行探討。

【關(guān)鍵詞】北區(qū)礦井；綜放工作面；防滅火管理；瓦斯涌出探討

近年來，因法定節(jié)假日、大型檢修和其它原因引起的礦井短期停產(chǎn)越來越多，對銅川礦業(yè)公司北區(qū)礦井而言，在此期間的綜采工作面防滅火管理，將是“一通三防”管理中的難點和關(guān)鍵點，管理不好將會影響礦井安全和后續(xù)生產(chǎn)。

銅川礦業(yè)公司北區(qū)礦井所采煤層均為4-2煤層，4-2煤層有自燃發(fā)火危險，屬易燃煤層，發(fā)火期一般為3-6個月，最短為28天。所以，停產(chǎn)期間綜采工作面的防滅火工作尤為重要，現(xiàn)以玉華礦井1412綜采工作面為例，就停產(chǎn)期間的防滅火管理與瓦斯異常涌出，淺談一下我的拙見。

一、1412綜采工作面概況

（一）地質(zhì)和采掘概況：1412工作面所采煤層為中下侏羅統(tǒng)延安組地層的4-2煤層，設(shè)計走向長度2198米，可采走向長度2003米，工作面傾斜長度180米，煤層厚度8-30米，可開采煤層平均厚度10.4米，放頂煤厚度7.6米，采高2.8米，頂煤回收率達75％以上。4-2煤層有自燃發(fā)火危險，屬易燃煤層，發(fā)火期一般為3-6個月，最短為28天。

1412工作面液壓支架型號為ZF8000/18/34型，2009年9月底設(shè)備安裝完工，并投入生產(chǎn)，平均月推采83米以上。

（二）通風(fēng)概況：1412工作面由運順、回順、灌抽巷、高抽巷和切眼等5條巷道組成，選用“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)，“U”型正常生產(chǎn)通風(fēng)系統(tǒng)和“L”型灌抽巷副助生產(chǎn)通風(fēng)系統(tǒng)情況如附圖所示，運順配風(fēng)量1030m3/min。1412灌抽巷里段采用局部通風(fēng)管理。

1412工作面安裝有三套抽放系統(tǒng)：一套SK-120型抽放系統(tǒng)在回順進行采前預(yù)抽，另外兩套2BEC72型抽放系統(tǒng)在高抽巷同時抽放，混合流量390 m3/min。1412工作面防滅火手段主要有：黃泥灌漿、注三相泡沫、注氮氣、汽霧阻化、束管監(jiān)測和觀測預(yù)報等綜合防滅火手段。

二、1412綜采面檢修期間防滅火工作舉例

2010年9月11日～9月26日礦井停產(chǎn)檢修，檢修時間為16天。為了確保檢修任務(wù)順利完成，對1412綜采工作面實行了封閉管理，采取了多項防滅火措施。

（一）具體作法：

1、在1412運順、回順分別做永久性閉墻一道。運順閉墻構(gòu)筑在運順350米水倉口以里5m處，運順閉墻外采用局部通風(fēng)管理。回順閉墻構(gòu)筑在灌回3#橫川以里5m左右頂板完整處，3#橫川外為全負壓通風(fēng)方式。灌抽巷通風(fēng)方式不變。

2、主要防滅火措施

（1）1412運順前落山壓設(shè)4寸注氮管路，工作面封閉后，堅持24小時注氮氣，流量不小于800m3/h;（2）在1412灌抽巷滯后工作面35-50m之間進行黃泥灌漿和注三相泡沫，每天黃泥灌漿50方黃土、注三相泡沫0.4噸。（3）對回順閉墻、高抽巷閉墻進行了噴漿堵漏處理；（4）采面封閉后，從1412灌抽巷引一趟風(fēng)筒對回順閉墻局部通風(fēng)，達均壓效果；（5）關(guān)閉高抽巷兩趟抽放管路系統(tǒng)；（6）每班對1412運順、回順及高抽巷閉墻內(nèi)氣體進行一次采樣分析。

2010年9月11日八點班封閉采面，9月26日中班啟封，實際封閉時間為15天。

（二）封閉期間CO、CO2、CH4、O2等氣體濃度變化情況

綜采面正常生產(chǎn)期間，抽放管路中始終伴隨有CO氣體；綜采工作面封閉后，每班通過閉墻觀察孔對1412運順、回順及高抽巷閉墻內(nèi)氣體進行一次采樣，并用氣相色譜分析儀進行分析，以高抽巷數(shù)據(jù)為大，具體數(shù)據(jù)見表1。

從中可以發(fā)現(xiàn)：⑴CO濃度迅速增大，在前6天內(nèi)濃度由0.003%增大到0.0427%，然后是兩天穩(wěn)定期，濃度保持在0.033%左右，最后逐步下降至0.0166%；⑵CH4濃度始終保持了逐漸增加狀況，濃度由3.68%增大到28.75%；⑶CO2濃度基本保持了與CH4濃度同步增大的狀況，濃度由0.4967%增大到3.05%；⑷O2濃度迅速下降，在前6天內(nèi)由19.574%降到0.31%，隨后兩天濃度略有加大，最后7天基本保持在1.5%左右。

1412高抽巷CO、CH4、CO2、O2濃度變化表 表1

（三）防滅火效果：1412綜采工作面9月26日啟封后，高抽巷抽放管路中CO深度為0.0030%，在隨后的生產(chǎn)當(dāng)中，抽放管路中CO濃度保持在0.0033%以下，沒有出現(xiàn)發(fā)火跡象。

三、瓦斯氣體變化綜合分析

（一）標(biāo)志性氣體一氧化碳變化分析：1412工作面正常生產(chǎn)時，高抽巷抽放混合流量390m3/min、CO濃度0.003%，CO純流量0.0012m3/min。正常通風(fēng)或供氧條件下，在短時間內(nèi)該流量基本不變。

工作面停產(chǎn)封閉后，在1412前山角開始注氮氣，氮氣流量800 m3/h。用氮氣填滿封閉區(qū)域空間（包括散熱帶）需約5.5天（9月11日～9月16日）。在這5.5天時間內(nèi)煤炭氧化速度和強度在減弱，但CO較輕且被氮氣逐步擠壓集中到了1412高抽巷前后區(qū)域，所以濃度在不斷增加，最大達0.0427%。

當(dāng)?shù)獨饣咎顫M封閉區(qū)域空間、煤溫沒有異常升溫的條件下，煤炭以極慢速度氧化，CO濃度開始保持穩(wěn)定在0.033%左右（9月17日～9月18日），并部分反應(yīng)生成CO2， 所以CO濃度由0.033%穩(wěn)步下降至0.0166%（9月19日～9月26日）。

氮氣填充時間=（散熱帶空間+運順閉墻里空氣空間）/氮氣流量

=（工作面傾斜長*采高*漏風(fēng)散熱帶寬度+運順閉墻里巷道長度*運順斷面積）/800

=(185*10*50+745*16.2)/800=104570/800

=130.8小時=5.5天。

（二）CH4濃度變化分析：1412工作面封閉后，受采動影響的煤層瓦斯仍在正常涌出，隨著時間的推移，瓦斯在逐步積聚，CH4濃度由3.68%不斷加大至28.75%。

（三）CO2濃度變化分析：1412綜采面封閉后，隨著工作面及老空內(nèi)的煤炭不斷氧化，不斷產(chǎn)生CO2，氣體在不斷積聚，濃度也就自然增加，即由0.4697%加大至3.05%。

（四）O2濃度變化分析：1412綜采面封閉的同時在前山角開始注氮氣，氮氣流量800 m3/h；隨著氮氣的不斷加注和煤炭氧化消耗氧氣，氧氣濃度由19.574%迅速下降至0.37%（9月11日～9月19日）；當(dāng)綜采面內(nèi)煤炭氧化速度極慢或停止時，氧氣不再減少，氧體濃度表現(xiàn)為氮氣中的殘留氧氣濃度，所以濃度基本穩(wěn)定在1.5%左右（9月20日～9月26日）。

四、防滅火管理與瓦斯涌出拙見

（一）對與銅煤礦業(yè)公司北區(qū)礦井而言，所采煤層為4-2煤，屬易燃煤層，當(dāng)綜采工作面停產(chǎn)時間超過6天時，就應(yīng)進行封閉管理。

（二）4-2煤綜采工作面封閉之后，立即采取均壓、注氮氣、巷道堵漏、關(guān)閉抽放管路、黃泥灌漿、注三相泡沫、人工觀察及采氣樣分析等綜合防滅火措施。

（三）綜采面封閉后，應(yīng)盡可能加大工作面注氮氣流量，將工作面內(nèi)氧氣濃度迅速降低，減少煤層氧化時間；有條件的話可以在運、回順同時注氮氣，并將氮氣管路出口埋設(shè)在老空內(nèi)35-50米之間，防滅火效果必然會更好。

（四）綜采工作面封閉結(jié)束之后，工作面內(nèi)的CO、CH4、CO2、O2等標(biāo)志性氣體濃度會發(fā)生較大變化：⑴CO濃度將迅速加大，經(jīng)過平穩(wěn)期后濃度會逐步下降；⑵CH4濃度將不斷加大；⑶CO2濃度穩(wěn)步增加；⑷O2濃度在迅速下降之后，略有增加并保持在1.5%左右。

上述變化應(yīng)為易燃煤層綜采工作面封閉后的必然現(xiàn)象，也與西安科技大學(xué)文虎教授的煤層火災(zāi)控制技術(shù)理論相吻合，即：早期煤層氧化所產(chǎn)生的氣體中，CO/CH4、CO/O2和CO2/CO的濃度比值基本穩(wěn)定，表明煤層沒有進一步加速氧化。

（五）防滅火效果是否最佳，關(guān)鍵是綜采工作面必須封嚴，其次是注氮氣、黃泥灌漿和注三相泡沫，以阻止煤層繼續(xù)氧化。

由于我們的閱歷和理論水平有限，只是結(jié)合玉華礦井實際，發(fā)表一下對北區(qū)礦井易燃煤層綜采工作面封閉防滅火管理方面的拙見，不妥之處一定不少，虛心接受批評和指正。

作者簡介：馬小印（1966-）：男，陜西臨潼人，畢業(yè)于陜西能源工業(yè)學(xué)院，現(xiàn)任銅川礦業(yè)公司玉華煤礦通風(fēng)副總工程師。

附：1412工作面停產(chǎn)期間的防滅火狀況圖