停采工作面的煤層自然預防體系的建立

亓靜超

（山東能源淄礦集團許廠煤礦,山東 濟寧 272173）

0 前言

火災是我國煤炭安全生產的五大災害之一。礦井一旦發生火災，火勢發展的速度快，控制比較復雜，影響的范圍比較廣，極易造成人員傷亡和財產損失，甚至引起煤塵、瓦斯爆炸，以至于釀成更大的災害。煤礦火災分為內因火災和外因火災，其中內因火災是防治重點。內因火災，又稱煤炭自燃。內因火災主要發生在采空區、冒頂處和壓酥的煤柱中。采空區中，尤其采用回采率低的采煤方法時，采空區中遺留的煤炭多，最容易引起煤炭的自燃。

1 煤層自燃機理

暴露在空氣中煤由于與空氣接觸時氧化，氧化時散發熱量，若空氣不流通，熱量就是持續積聚，當熱量聚集到一定程度，煤層就會自燃。煤體要發生自燃必須具備以下四個條件：（1）具有低溫氧化性，即有自燃傾向的煤以破碎狀態存在；（2）有大于12%氧含量的空氣通過這些碎煤；（3）空氣流動速度適中，使破裂煤體有積聚氧化熱的環境；（4）在上述3個條件同時具備的狀態下，持續一定的時間，使煤體可以達到著火溫度。

2 加強預測預報

（1）束管連續監測預報。在工作面回風隅角、回風順槽設置連續監測點，利用束管監測裝置24小時監測CO、CH4、O2等氣體的變化情況。（2）人工取樣分析。每隔一定距離，在采空區預埋束管，通過預埋束管，每天進行人工取樣色譜分析，根據分析結果總結采空區CO與O2等氣體的變化規律，為防止采空區遺煤自燃提供詳實可靠數據。（3）人工檢查。每天三班，每班至少兩次，對采煤工作面、回風隅角、回風流的CO濃度、CH4濃度和溫度等進行檢查。（4）安全監測。在工作面回風順槽安設CO、溫度監測傳感器，通過安全監測系統，24小時對CO濃度和工作面溫度的變化情況進行監測。（5）構筑阻燃墻。停采后，在進回風隅角構筑防火阻燃墻，并噴涂防火材料，墻體要封堵整個進回風隅角，密封性好，嚴密不漏風，減少采空區漏風量和縮短氧化帶寬度。

3 防滅火技術的選擇

（1）構筑攔漿防火墻。防火攔漿墻可起到堵截攔漿和減少采空區漏風的作用，以減少采空區氧化帶的寬度。攔漿防火墻應構筑工作面進風、回風隅角密集支柱（支架）后。攔漿防火墻間距控制在40～50m；當采煤工作面遇到地質構造等特殊情況時，攔漿防火墻間距調整到20～30m。攔漿防火墻采用不燃性建筑材料。用纖維編織袋盛裝粉煤灰或碎煤炭加入FSA快砌料阻化劑后封口，在采煤工作面進、回隅角密集柱后垛放成墻。（2）預防性注漿。注漿地點應選擇停采工作面采空區、大面積采空區。停采工作面采空區。工作面推進至停采線，在工作面上順槽停采線處留設一路φ100（50）mm鋼管，鋼管外端與注漿管路主管路合茬，里端出口處要留設1個三通閥門，并用鋼絲網等物擋好，防止頂板跨落堵管、壓壞。工作面密閉后，及時對工作面停采線進行注漿，當注到注漿管的漿液不流動時，停止注漿，打開放水管閥門放水，再進行注漿，這樣多次注漿后，密閉內注漿以注不進為止。大面積采空區。利用束管檢測系統每半月對采空區氣體進行分析，當采空區中氧氣濃度高于7%，且存有一氧化碳時，對采空區進行注漿。（3）水玻璃凝膠。水玻璃凝膠是在一種封堵、充填材料，不同濃度的水玻璃和偏鋁酸鈉溶液由泥漿泵加壓后，經混合器、花管注入到面后采空區、高冒區中，對采空區漏風通道進行封堵、充填，并對煤體進行降溫。使用地點為停采工作面面后采空區、局部高冒區。凝膠由水玻璃溶液和促凝劑溶液混合而成，其中水玻璃溶液配比（重量比）為水玻璃：水=1：1，促凝劑（碳酸氫氨或偏鋁酸鈉）溶液配比為碳酸氫氨：水=（2—10）：100。成膠時兩種溶液比例為水玻璃溶液：促凝劑溶液=1：2。根據成膠時間和使用地點不同，可適當增加或減少基料和促凝劑的比數。（4）注氮防火。主要用于停采工作面采空區氣體置換。制氮指標應滿足氮氣濃度不小于97%且氧氣濃度不得超過5%。采用“動態監測、 適時注氮”工藝。即以工作面回風隅角檢測出的CO及C2H4含量為依據，按照煤層自燃標志氣體指標，當工作面回風隅角煤層自燃標志氣體指標達到一定標準時，即需迅速進行注氮。注氮時，在工作面的進風順槽（進風隅角）用鉆機直接打鉆進入采空區氧化帶，然后用鉆桿作注氮臨時管路。其間，要配合其它防火措施，并加強對采空區氣體的檢測分析，當煤層自燃標志氣體指標下降到自然標準以下后，可停止注氮，撤出鉆機、鉆桿。（5）均壓防火。通過調整優化停采工作面和大面積采空區通風系統，降低采空區兩端的壓差，降低采空區的漏風量。（6）注膠防火。停采后回風隅角一氧化碳濃度持續升高時。在地面漿池內將粉煤灰漿液和成膠材料按比例配好并攪拌均勻；把配制好的漿液沿管路系統輸送至注膠地點；在順槽后部采空區堆積土袋（或煤袋），建立堵漏隔離墻，把灌漿管預設在隔離墻頂部；井下見漿后啟動ZM－5/1.8D煤礦用注漿機，把膠凝劑按比例通過混合三通加入灌漿管道內，與漿液混合形成膠體后注入采空區。

4 技術要求

（1）束管監測、安全監測操作和維修人員，應對各種儀器、儀表及時進行標校和維修，認真分析氣樣，確保系統運行正常、數據準確可靠；（2）停采前，必須維護注漿系統、注氮系統、防塵供水系統、束管監測和安全監測等系統，備足消防用材料和設備；（3）要加強各地點的防滅火管理，針對不同地點，不同情況，選擇適宜的防滅火措施，并根據現場實際靈活運用。

5 結論

煤層自燃是制約礦井發展的一個重要因素，因此必須建立有效的預防制度。在通過預測預報及各防滅火技術的選擇等方面結合可以有效的防止煤層自燃。

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