隆博煤礦綜采工作面綜合防滅火技術研究

盧軍勤

（山西焦煤霍州煤電隆博煤業有限公司，山西臨汾 042100）

火災是煤礦井工開采的五大災害之一，預防為主、防控結合是煤礦火災的重要防治手段[1-2]。隆博煤業2下號煤層為自燃煤層，采空區防滅火是實現礦井安全開采的重點。

1 工程概況

隆博煤礦生產能力為90×104t/a，現開采2 號下煤層，上距2 號上煤層9.85～19.66m，平均14.51m；2 號下煤層平均厚3.85m，煤層傾角0°～5°。礦井8504 工作面北部為8505采空區，東部緊挨河吉高速公路，南部為設計8503 工作面實體區域，西部為2 號下煤層三條開拓大巷，其上覆為2號上煤層部分不可采實體區域。8504工作面傾斜長156.5m，走向長1181m，采用一次采全高開采。根據隆博煤礦瓦斯參數測試報告，隆博煤礦為低瓦斯礦井，絕對瓦斯涌出量為6.56m3/min，相對瓦斯涌出量為3.5m3/t。2 號下煤層自燃傾向性等級均為Ⅱ級，屬自燃煤層。

2 工作面火災防治技術

2.1 束管監測方案

束管監測系統是礦井防滅火的重要監測手段，采用束管監測系統對回采面進、回風順槽的散熱帶、氧化帶、窒息帶以及回風上隅角的氣體進行監測，根據氣體含量判定采空區遺煤自燃情況，主要監測為O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2。束管監測分為正常回采期間監測和停采密閉后采空區監測。正常回采期間，在工作面兩側的進風和回風順槽，分別安裝一套束管采樣器，每套束管采樣器在采空區內包括3個測點，測點間距為30m，布置在工作面后方90m 范圍內，對該區域采空區氣體進行監測；隨工作面回采，上下順槽同時觀測，束管每30m進行一次斷管邁步，上隅角束管隨工作面推進隨采隨移。停采密閉后采空區監測，同樣在工作面兩側順槽密閉分別布置束管監測點和觀測孔，對采空區氣體進行長期監測。見圖1。

圖1 束管監測布置圖

2.2 黃泥灌漿防滅火

（1）灌漿參數。根據隆博煤礦實際情況，采用采后灌漿技術進行采空區防滅火，即工作面回采結束后，將整個采空區封閉起來后利用標高相對高的順槽密閉進行灌漿[3-4]。參考煤礦注漿防滅火技術規范，確定隆博煤礦黃泥灌漿系數為10%，泥漿土水比為1∶5。結合8504工作面回采參數，黃泥灌漿量為2120.1m3，灌漿為每天3 班灌漿，每班灌漿3h，灌漿量以每小時80m3為準，共計需要灌漿時間為18d。

（2）灌漿系統。在地面設有灌漿站建有KDZS-1型多功能煤礦防滅火灌漿系統1套，為全礦灌漿服務。黃泥灌漿管路由回風立井敷設入井，經總回風巷、采區回風巷進入灌漿點，為防止灌漿管道阻塞，設計在管道轉彎部分設置一個?108mm 帶閥門的三通，作為灌漿供水接管、放空漿液或沖洗管道之用。主管用直徑4寸無縫鋼管，支管為3寸無縫鋼管。

2.3 阻化劑防滅火

（1）阻化劑防滅火參數。阻化劑與水混合成一定濃度后，才可以抑制遺煤自燃，起到防火作用。隆博煤礦選用BZ-36-3移動式阻化劑噴灑泵，該泵重量輕，運輸攜帶方便，該泵可用噴槍直接噴射阻化劑，流量為36L/min，壓力為3.0MPa。阻化劑材料選擇MgCl2，濃度為10%。綜采工作面正常回采期間，每天安排檢修班噴灑1 次，1 次噴灑寬度為1.2m，一次噴灑用量為22kg。對工作面重點區域或階段，如初采、末采期間，兩側隅角、構造區域、推進速度降低時，要加大阻化液的噴灑量和次數，提高該處的阻化效果，阻化劑噴灑量為正常噴灑期間的2倍，即44kg。

（2）阻化劑防滅火系統。阻化劑噴灑系統布置在工作面進風順槽，在順槽內按照10%濃度配置阻化液，并通過專用阻化泵、管路對工作面采空區及上下隅角進行噴灑。

2.4 注氮防滅火

（1）注氮量。向采空區及遺煤帶注入氮氣，使其滲入到采空區冒落區、裂隙帶及遺煤帶，降低這些區域的氧含量，形成氮氣惰化帶，可達到抑制采空區自燃[5-6]。按照隆博煤礦礦井產量、噸煤注氮量、采空區氧化帶含氧量和瓦斯量分別計算，得到注氮流量分別為277m3/h、582m3/h、600m3/h、16 m3/h。為有效防止采空區自燃，取以上最大值，同時考慮1.2～1.5 的安全備用系數，得到采空區防滅火最大注氮流量為720m3/h。

（2）注氮防滅火系統。隆博煤礦采用地面注氮系統，在礦井地面建設固定式制氮裝置，根據隆博煤礦注氮量需求，考慮一定的富余量，選用型號QTD1200/98注氮機，產氮量為1200m3/h，建設2 套，1 用1 備。地面制氮機通過6寸鋼管將氮氣送到井下大巷，通過4寸鋼管將氮氣送到綜采面的進風巷，利用邁步式無縫鋼管將氮氣注入采空區氧化帶。在巷口及工作面100m 范圍內各安裝一組壓力表、流量表，以便準確監測采空區注氮情況。如圖2所示。

圖2 注氮系統布置示意圖

（3）注氮方式及時間。隆博煤礦8504 工作面正常回采時采用開放式注氮方式，在發生火災時采用封閉式注氮。8504 工作面長156.5m，采高3.8m，采空區氧化帶寬度30m，計算可得8504工作面正常回采期間，每天注氮1.2h。礦井在工作面開采初期或因遇地質破碎帶、機電設備等原因造成工作面推進緩慢，注氮量翻倍；當工作面進入末采、停采以及回撤期間每天3班進行連續性注氮，但上隅角氧氣濃度不得低于18.5%，根據礦井以往生產經驗，每班注4h。注氮后如束管化驗采空區“氧化帶”O2濃度大于7%，達不到防滅火注氮惰化效果時，必須繼續延長注氮時間，直至O2濃度低于7%，達到惰化效果要求。

3 應用效果分析

隆博煤礦8504 綜采工作面回采過程中，通過束管監測持續對8504 工作面進行監測，同時采用人工監測的方法對工作面上下隅角、支架間隙、回風巷等重點區域進行加強監測，O2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2等氣體含量均未出現異常，表明回采過程中采用噴灑阻化劑和注氮的綜合防滅火方法有效，相關技術參數設置合理。8504 綜采工作面停采密閉后，通過密閉對采空區的標志氣體進行長期監測，未出現氣體含量異常，表明采后黃泥灌漿防滅火技術參數設置合理，效果良好。

4 結語

隆博煤礦8504工作面通過建立束管監測系統對工作面正常回采期間和停采后采空區氣體進行監測預警，為工作面安全開采提供了保障；通過監測表明，8504工作面正常回采期間在噴灑阻化劑、采空區注氮，回采結束密閉后進行黃泥灌漿的綜合防滅火方法有效，技術參數合理，能夠實現工作面安全開采。