易自燃煤層回采工作面防滅火綜合治理技術

杜　斌

（江蘇省礦業工程集團有限公司，江蘇　徐州　221000）

易自燃煤層回采工作面防滅火綜合治理技術

杜斌

（江蘇省礦業工程集團有限公司，江蘇徐州221000）

摘要：針對青崗坪煤礦開采易自燃煤層存在多種不利因素的現狀，在綜合分析的基礎上，通過現場案例，提出了礦井防滅火綜合治理技術，取得了良好效果。

關鍵詞：易自燃煤層；防滅火；綜合治理

1　礦井概況

青崗坪煤礦設計生產能力120萬噸/年，設計服務年限51.7年。礦井采用斜井單水平開拓。開采方法：走向長壁綜合放頂采煤法。

所采煤層為4-2號煤層，煤種為變質程度較低的長焰煤-不粘煤，煤層中絲炭含量相對較高，反映了成煤環境為弱氧化環境，亦是引起煤層自燃的導火索。

2　防滅火綜合治理技術

2.1發生CO高濃度事故工作面概況

42101綜放工作面位于礦井一采區西翼，工作面走向長度1680m，傾斜長度150m，煤層平均厚度為7.5m，傾角4～6°，工作面兩順槽及切眼掘進期間未發現斷層等地質構造。采高3m，放煤高度4.5m。

該工作面自2012年12月25日開始回采以來，上隅角擋墻內CO氣體很穩定，一直變化在0～70ppm。2013年11月13日-15日，上隅角擋墻內CO氣體在70～90ppm之間變化，較以前有所異常，11月16日上隅角擋墻內CO氣體達到260ppm。11月17日，上隅角擋墻內CO氣體濃度升高到280ppm，11月18日達到500ppm，隨后幾天，上隅角擋墻內CO氣體濃度急劇上升，最高達到750ppm，同時工作面回風流中也出現了CO氣體，最高達到15ppm，工作面60#～99#支架尾梁均出現了CO氣體，其濃度為10～550ppm之間。

2.2工作面CO高濃度原因分析

（1）所采4-2號煤層為易自燃發火煤層。實驗室對工作面所采的4-2號煤層的自然發火傾向鑒定表明，吸氧量為6.8cm3/g，接近于Ⅰ類易自然發火煤層的7.0cm3/g的吸氧量，表明極易自然發火，接近I類自然發火煤層。

（2）未處理好采空區瓦斯抽放與防火的關系。42101工作面自回采以來，工作面瓦斯涌出量較高，從思想上重視了瓦斯的防治工作，采用了上隅角氣室抽放、高位鉆孔抽放、煤層預抽和采空區埋管抽放等防瓦斯措施。由于采空區對瓦斯的過度抽放，造成了采空區的大量漏風，使采空區的氧化帶變寬，采空區的浮煤在其最短自然發火期內未能進入窒息帶，因而發生了浮煤劇烈氧化，產生高溫。

（3）采空區內油氣污染浮煤增加了浮煤的自然發火性。42101工作面在回采時，不時有油氣下泄到工作面，根據對油氣污染煤樣的研究，其吸氧量比未被污染時增加了30%，表明42101工作面采空區油氣下泄增加了采空區浮煤的自然發火性。

（4）工作面上、下隅角冒落不充分。由于工作面進、回風順槽均為錨桿錨網支護，從兩道掘進形成以來，兩順槽頂板沒有下沉等變化，因此造成工作面上、下隅角均冒落不好，造成了采區進風側的嚴重漏風，使采空區的氧化帶較寬，浮煤易氧化自然發火。

（5）礦井的防滅火能力達不到到應急防火的標準。42101工作面上隅角擋墻內出現200ppmCO氣體濃度后，礦井即加強了注氮和采空區堵漏的防火措施，但是由于礦井的制氮機能力2×600m3/h是按工作面防火設計，如果是抑制采空區劇烈氧化浮煤的氧化，則注氮能力需增加1倍，如果是滅火，則注氮能力需增加2～4倍，注氮應急能力明顯不夠。

2.3綜合治理技術

（1）加快工作面推進度。從11月21日中班開始到11月25日早班結束，累計連續推進26.4米，在架后形成了一道嚴密的隔離墻。

（2）上下隅角封堵，減少老塘漏風。11月23日夜班，在上下隅角同時采用了高分子聚合材料密閉充填技術進行封堵。24日中班，再次采用類似方法對上下隅角進行了封堵。

（3）加大注氮量。現場采用了埋設3根2寸管路、以25米為一次交替邁步的方式向采空區注氮，地面兩臺注氮機同時開啟來達到注氮效果。

（4）工作面實行半均壓通風。在工作面回風順槽附近進風聯絡巷安裝一臺2×15Kw局扇，通過φ600㎜風筒引到工作面上隅角約2-3米的位置，并在回風順槽掛兩道風幛增加風阻，這樣處理后，工作面運輸順槽的風量從1090m3/h降到820m3/h，減少了采空區漏風，同時回風順槽的風量沒有顯著減少，保證了風排瓦斯量。實行半均壓通風后，回風側的負壓降低，有利于采空區氮氣的保存，有利于降低采空區的氧濃度。同時也有利于采空區CO氣體的流出。

（5）1-40#支架掛風簾減少漏風。用風簾沿1號支架后立柱拉到40號支架后立柱，將支架后立柱全部擋住，減少采空區漏風。

（6）采取工作面下隅角放炮強制放頂。在下隅角打炮眼裝藥強制放頂，頂板垮落，減少了采空區漏風。

2.4效果

11月23日20時，工作面防治CO氣體超限的所有措施全部到位，工作面上隅角擋墻內的CO氣體趨于平穩，并從750ppm逐漸下降，至24日8時，下降到320ppm，證明采空區高溫點已被控制，工作面防治CO氣體超限措施取得了階段性成果。25日9時至26日15時，工作面上隅角擋墻內CO氣體濃度下降到20ppm以下，說明采空區高溫點已經進入窒息帶，抑制工作面CO氣體超限取得了成功。

3　結語

此次CO高濃度事故處理時間歷時四天，通過綜合運用各類技術手段，取得了明顯的效果，直接驗證了方法的正確性。

下一步要采取可靠的采空區自燃發火預測預報手段，通過瓦檢員每班觀測、現場取樣分析和完善束管系統等措施提高防滅火工作的準確性。

有必要建立工作面應急防滅火體系。可采用1臺移動式“惰氣耦合高強度防滅火裝備”，將液態二氧化碳或液氮槽車運送到礦井，槽車與惰氣耦合高強度防滅火裝置相連，礦井的惰氣流量很快就可增加到2000m3/h～5000m3/h，注入采空區后可迅速抑制采空區浮煤的氧化自然發火。

作者簡介：杜斌（1975—），男，江蘇徐州人，工程師，1997年畢業于中國礦業大學，一級建造師。