沿空掘巷防治煤層自然發火技術探討

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沿空掘巷防治煤層自然發火技術探討

李亞斌1，于強2

(1.內蒙古利民煤焦有限責任公司，內蒙古鄂克托旗016064；

2.鄭州煤炭工業(集團)有限責任公司 告成煤礦，河南登封452477)

摘要礦井火災是煤礦的重大自然災害之一，根據引火熱源不同分為外因火災和內因火災。外因火災的火焰一般在燃燒物的表面，如果能及時發現和補救，是容易熄滅的，而內因火災比較隱蔽，經常發生在人們難以進入的采空區或煤柱內。礦井采用留窄煤柱沿空掘巷時由于周邊煤體卸壓，形成漏風通道，封閉不嚴易導致漏風，存在自燃隱患，如不及時治理會引起礦井火災。利民煤礦通過分析發火原因，采取均壓通風、注黃泥漿、噴漿封閉及注羅克休等綜合防滅火技術，取得了良好的防治效果。

關鍵詞沿空掘巷；煤層；自然發火

收稿日期：2014-12-07

作者簡介：李亞斌(1985—)，男，山西大同人，2010年畢業于華北科技學院，助理工程師，主要從事煤礦“一通三防”技術管理工作

中圖分類號：TD75+2

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)01-0031-03

AbstractMine Fire is one of the major natural disasters in coal mine, according to heat source the fire is divided into external and internal fire. The flame of external fire is on the surface of things in general, it is easy to extinguish if discovery and remedy in time. But internal fire is covert, it often occurs in goaf or coal pillar where difficult to enter. Hidden danger of spontaneous combustion exists when Gob-side entry driving with a narrow pillar if treatment is not timely, because of surrounding coal pressure relief, air leakage passage formation and tender sealing lead to air leakage. Limin coal mine analyzes the cause of coal combustion, adopts comprehensive fire prevention and control technology such as pressure balancing ventilation, yellow slurry injection, whitewashing sealing and injecting rockshow, it achieves good control effect.

利民煤礦于1991年投產，設計能力150萬t/a，通風方式為混合式，通風方法為抽出法，其中主井、副井進風，中央風井和北翼風井回風。礦井主采二1煤層，平均煤厚5 m，煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數為14.17%，煤層自然發火傾向等級為不易自燃。由于礦井普遍采用留窄煤柱沿空掘巷，其回采巷道沿煤層底板布置，隨著巷道向前掘進，巷道周邊煤體卸壓，有時難免會出現一些形態各異、相互聯通的裂隙和孔隙，而使其封閉性被破壞，與外部通風巷道形成復雜的難以察覺的漏風通道，久而久之，其中破碎的煤體將發生前期很難檢測到的、危害較大的自燃隱患，甚至發生火災事故。

煤炭自燃是我國礦井的重大災害之一，長期以來嚴重影響煤礦的安全生產和經濟效益[1]，通過對巷道掘進和回采過程中采空區遺煤自燃和發火原因進行分析，有針對性地采取措施，達到根治自燃隱患，防治自燃火災的目的。

1工作面概況

利民煤礦21031下副巷沿空掘進巷道于2010年10月開始掘進，凈斷面13 m2，采用36#U型鋼支護，棚距0.5 m，其下部是21041工作面采空區，掘進工作面布置情況見圖1.

圖1　21031下副巷巷道布置示意圖

21041工作面采空區為未壓實采空區，在其中存在大量的相互貫通的空洞和空隙，在21031下副巷掘進過程中，由于巷道與21041采空區只有不足2 m的留煤柱間隔，隨著21031下副巷的掘進，巷道周邊煤體卸壓，鄰21041工作面巷幫出現較高溫度，部分地段涌出CO，最高達50×10-6.

2煤層自然發火機理概論

1951年蘇聯學者維謝洛夫斯基等人提出，煤的自燃是氧化過程自身加速發展的結果，這種氧化反應的特點是分子基鏈反應[2]，即煤炭在生成過程中，形成了許多含氧游離子，如羥基(OH)和羧基(COOH)等。常溫下，煤從空氣中吸附氧，只能與這些游離基反應，并且生成更多的穩定性不同的游離基，此時既觀測不到煤體溫度的變化，也看不到其周圍環境溫度的上升。煤的氧化過程比較緩慢，但的確在發生變化，如重量略微增加，著火溫度下降，化學活性增強。這個階段通常稱為煤的自燃潛伏期。

經過潛伏期后，煤的氧化速度加快，不穩定的氧化物分解成水、二氧化碳和一氧化碳，氧化產生的熱量積聚使得煤體溫度繼續升高，超過其自燃的臨界溫度(60～80℃)之后，煤體溫度上升急劇增加，氧化過程加快，開始出現煤的干餾，生成碳氫化合物(CH)、氫(H2)及一氧化碳(CO)等可燃氣體，這是煤的自熱期。

在21031下副巷掘進過程中，毗鄰未壓實采空區一側漏風嚴重，21041工作面采空區又具有聚熱條件，自熱期的發展有可能使煤體溫度上升到著火溫度(300～500℃)而導致自燃，即引發煤炭自燃而進入燃燒期。

3自然發火防治

3.1均壓通風

均壓通風就是利用風窗、局部通風機和連通管等調壓設施，改變漏風區域的壓力分布，降低漏風壓差，減少漏風，其主要目的是阻止或杜絕松散煤體氧氣的供給，從而降低自燃危險程度，實現防止自燃的目的[3]，21031下副巷掘進期間，在21031下副巷回風側設置1處控制風門，位置在21041老切巷向外30～40 m處。調節風門設2道，均為單扇門，門板高1.1 m×寬0.8 m，門扇向里開啟，2道風門間距8 m左右，風門墻體用磚和黃泥砌筑，墻體厚度370 mm，墻體砌成后四周用黃泥抹嚴，風門墻體風筒幫設1個d600 mm鐵風筒，風筒通過鐵風筒繼續向掘進頭供風，2道墻體另設3個d600 mm調節風窗，并在里側安設推拉板，用來調節風量，實現均壓通風，防止采空區向掘進工作面漏風。風門建成后，掘進工作面瓦斯濃度由0.42%降低到0.26%，漏風地段巷幫瓦斯濃度降至1%以下，溫度23℃.均壓通風防滅火示意圖見圖2.

圖2　均壓通風防滅火示意圖

3.2控制采空區漏風

由于21031下副巷緊隨21041采空區掘進，為防止21041工作面向采空區漏風，在進行均壓通風的基礎上，在21041工作面上、下隅角吊掛風障，上隅角向上幫拐5 m，下隅角向下幫拐3 m，然后在風障外垛2層煤袋，在上隅角煤袋后再吊掛1道風障。另外，在回風隅角2道煤袋墻之間使用羅可休進行注漿封閉， 形成1個寬2 m的采空區隔離帶，阻止風流向采空區擴散。

3.3吸熱降溫措施

該措施主要是在21031下副巷向采空內施工鉆孔，利用鉆孔向采空區內注黃泥漿。主要目的是降低高溫煤體溫度，增加煤的外在水分，減緩其氧化進程，徹底熄滅高溫火區，同時泥漿中的沉淀物將碎煤包裹起來，隔絕了其與空氣的接觸，沉淀物充填于浮煤和冒落的巖石縫隙之間，堵塞漏風通道，減少漏風。具體做法是在21031下副巷掘進過程中，利用防突鉆機沿采空區側巷幫每3 m施工1個注漿孔，鉆孔與巷幫垂直，距巷底1～1.3 m，孔深穿過窄煤柱進入采空區0.5～1 m，孔內安設d25 mm鋼管，在鋼管前端1 m范圍內加工10個左右d10 mm小孔，在鋼管外安設閘閥，同時下入不小于1 m的套管，套管采用聚氨樹脂封孔。注漿示意圖見圖3.

圖3　 注漿示意圖

注漿設備采用3NB320-118/3-8-30型往復泥漿泵和攪拌桶， 注漿材料采用黃泥漿，水土比為4∶1. 單孔注漿時間不超過2 h，注漿期間安排專人對21041上副巷和21031下副巷(北段)巡回檢查，當發現相鄰鉆孔出現反漿現象或者21041上副巷、21031下副巷(北段)頂板出現淋水、掉碴等情況時，即停止注漿。

3.4加強現場安全檢查

均壓通風過程中，安排專人對局部通風機管理，風機不得隨意停開單、雙極運行，保持21031下副巷(北段)和21041工作面風量不變，安排專職瓦檢工檢查兩地點通風、瓦斯和其他有害氣體情況；注漿后安排人員對21041上、下副巷和21031下副巷(北段)進行測壓，分析注漿效果；在21031下副巷每間隔50 m布置一個測點，檢查CH4、CO、CO2、O2等氣體濃度和溫度，每班檢查不少于3次，每3天對測點取樣化驗一次。

3.5其它措施

自掘進工作面向外100 m范圍內以中線為準對采空區側幫、頂進行噴漿，在掘進過程中，揭露21041工作面采空區的地點(包括鉆場)，必須對巷道進行噴漿封閉，要求噴漿必須嚴實，不能出現空洞、裂隙，減少采空區漏風。

4 綜合效果

1) 采取防滅火綜合技術后，21031下副巷掘進過程中溫度保持在20～24 ℃，掘進工作面回風中瓦斯濃度最高0.22%；通過對21031下副巷設點觀察和檢查，至21031下副巷貫通時，各種氣體指標均正常，沒有發生自然發火現象。

2) 通過采取綜合防滅火措施，消除了自然發火隱患，確保了礦井安全生產，同時為該區域人員的生產活動創造了有利環境，確保21031下副巷按時貫通。

3) 通過在21041工作面上、下隅角吊風障、垛煤袋、埋管注漿及注羅可休，有效地降低了采空區漏風量，減少了高溫現象，杜絕了火災的發生，采取的防滅火措施效果比較明顯。

5結語

利民煤礦在沿空掘巷過程中，通過分析老巷或采空區易發火原因，從切斷連續供氧漏風通道入手，采取均壓通風、預注黃泥漿、吊掛風障、垛煤袋、噴漿封閉及注羅可休等綜合防火措施，有效阻止了松散煤體的氧氣供給，從而降低了自燃危險程度。對于煤層沿空掘巷過程中防止煤層自然發火，保證安全生產具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]蔣春林，楊勝強，宋萬新，等.煤氧化過程中指標性氣體的確定[J].煤礦安全，2012(10):185-187.

[2]張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2011：135-136.

[3]張飛，周連春，鄭雷，等.均壓通風在綜采面生產中的應用[J].煤炭科技，2010(3):79-81.

Discussion on Prevention and Control Coal Seam Spontaneous

Combustion Technology in Gob-side Entry Driving

LI Yabin, YU Qiang

Key wordsGob-side entry driving; Coal seaml; Spontaneous combustion

·技術經驗·