杜兒坪礦63310工作面防滅火技術(shù)研究

劉　睿，喬志剛

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦，太原030000）

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杜兒坪礦63310工作面防滅火技術(shù)研究

劉睿，喬志剛

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦，太原030000）

摘要：采空區(qū)遺煤自燃影響煤礦的安全生產(chǎn)，針對(duì)杜兒坪礦63310采空區(qū)發(fā)生的火災(zāi)情況，采用了注氮滅火的防滅火治理措施，撲滅了自燃火災(zāi)，及時(shí)恢復(fù)了礦井的正常生產(chǎn)，為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障。

關(guān)鍵詞：遺煤自燃；采空區(qū)漏風(fēng)；SF6；注氮；防滅火

1　工作面概述

63310工作面北鄰北三2號(hào)煤軌道巷，南鄰63312工作面（已采），西鄰北三3號(hào)煤軌道巷，東鄰62310后部回風(fēng)巷，上部為62310和62312工作面采空區(qū)，蓋山厚度463 m～475 m，托夾石層間距為4.6 m～8.6 m，平均5.9 m，挑夾石層間距為3.5 m～7.5 m，平均4.8 m，工作面平均煤厚2.5 m，走向長(zhǎng)1 000 m，工作面長(zhǎng)256 m。根據(jù)工作面回采過(guò)程中瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)，絕對(duì)瓦斯涌出量平均為5.8 m3/min，其中風(fēng)排絕對(duì)瓦斯涌出量平均為3.4 m3/min，抽采絕對(duì)瓦斯量為2.4 m3/min。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，爆炸指數(shù)為15.74%，2號(hào)和3號(hào)煤層自燃發(fā)火等級(jí)均為Ⅲ級(jí)，自燃傾向性為不易自燃煤層。盤(pán)區(qū)內(nèi)布置北三九尺皮帶巷、北三九尺軌道巷以及北三十八尺軌道巷服務(wù)整個(gè)盤(pán)區(qū)的運(yùn)輸，其中3號(hào)煤通過(guò)穿層斜坡利用九尺皮帶巷出煤，回風(fēng)均通過(guò)南北瓦斯總尾巷回到北一總回，最后進(jìn)入北石溝風(fēng)井，方位均垂直于北一大巷。

2　發(fā)火情況簡(jiǎn)介

63310工作面于2012年2月5日開(kāi)始回采，在回采過(guò)程中頂板管理難度大，多次發(fā)生冒頂、漏頂，2012年6月至12月推進(jìn)速度最慢，平均每月推進(jìn)30 m～40 m，2012年9月30日97號(hào)—116號(hào)支架30 m巷道大冒頂，全月推進(jìn)13 m，冒頂期間開(kāi)始注化學(xué)加固劑，累計(jì)注入480萬(wàn)m3，注化學(xué)加固劑推進(jìn)長(zhǎng)度為680 m～600 m；2013年7月24日開(kāi)始收尾，8月7日停采，累計(jì)開(kāi)采18個(gè)月；撤架時(shí)間為8月12日至10月9日，撤架結(jié)束后10月10日甲班通風(fēng)區(qū)構(gòu)筑臨時(shí)密閉對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了封閉，10月15日完成永久封閉。

2013年9月2日發(fā)現(xiàn)北三盤(pán)區(qū)后部通中部風(fēng)井密閉內(nèi)CO濃度達(dá)到0.002 8%，盡管通過(guò)構(gòu)筑4道風(fēng)門(mén)降低了漏風(fēng)密閉負(fù)壓，并采取了封堵63310采空區(qū)泄水孔蓄水等措施，但撤架期間北一總回沿線各采空區(qū)密閉CO濃度仍不斷增大，且63310回風(fēng)巷也出現(xiàn)CO并達(dá)到0.004%，埋管的抽采管路抽氣化驗(yàn)CO達(dá)到0.02%；因此加快撤架速度，每天要求安裝區(qū)至少撤出6道支架，10月10日甲班封閉63310采空區(qū)后，北一總回18號(hào)密閉內(nèi)CO濃度由10月8日的0.091 9%逐步降低到10月14日的0.036 6%，北三盤(pán)區(qū)后部通中部風(fēng)井1號(hào)、2號(hào)密閉由10月8日CO濃度0.056 6%逐步降低到10 月14日的0.018 1%，但到了10月16日CO濃度突然急劇增大，北一總回密閉內(nèi)CO濃度達(dá)到0.73%，乙烯濃度達(dá)到0.002 6%，乙炔濃度達(dá)到0.000 5%，判斷63310采空區(qū)已經(jīng)由自熱期進(jìn)入到燃燒期。

3　原因分析

1）煤層自燃傾向性。經(jīng)鑒定，杜兒坪礦2號(hào)、3號(hào)煤均為不易自燃煤層，北三盤(pán)區(qū)長(zhǎng)期受活水影響，需要人工排水，而遺煤經(jīng)過(guò)水的浸泡，氧化性會(huì)增強(qiáng)，采空區(qū)自燃的可能性增大。

2）63310采空區(qū)遺煤多。由于63310采完后，采空區(qū)遺留的面積大（6個(gè)采空區(qū)）、遺煤多，而且大部分煤柱都已經(jīng)破碎，為煤層自燃提供了足夠的條件。

3）采空區(qū)漏風(fēng)。采空區(qū)面積大，漏風(fēng)通道多，經(jīng)過(guò)分析有二條漏風(fēng)通道。通道一：63310進(jìn)風(fēng)順槽→63310進(jìn)風(fēng)順槽與北三3號(hào)煤集中軌道巷之間的聯(lián)絡(luò)橫貫/62310皮帶順槽與北三2號(hào)煤集中軌道巷之間的聯(lián)絡(luò)橫貫→北一總回→北石溝回風(fēng)井/中部回風(fēng)井。通道二：63310進(jìn)風(fēng)順槽→62310軌道順槽/62310尾巷/63312尾巷→北三后部集中軌道/皮帶巷→北一總回→中部回風(fēng)井。漏風(fēng)通道的存在也為采空區(qū)遺煤自燃提供了足夠的氧氣。

4　綜合防滅火措施的實(shí)施

4.1觀察采空區(qū)的氣體

北三后部通中部井發(fā)現(xiàn)CO，礦上分成三班倒，每班檢查各采空區(qū)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，在采空區(qū)周邊的10道閉（后8道閉已經(jīng)構(gòu)筑永久閉）觀測(cè)孔進(jìn)行取樣分析，并直接送化驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)，根據(jù)化驗(yàn)程度來(lái)判斷采空區(qū)的自燃程度。

4.2使用SF6示蹤氣體檢測(cè)漏風(fēng)通道

在北三盤(pán)區(qū)通過(guò)裂隙釋放SF6示蹤氣體，發(fā)現(xiàn)在沿著采空區(qū)內(nèi)的各個(gè)地點(diǎn)都能監(jiān)測(cè)到該氣體，這證明了北三盤(pán)區(qū)所有的采空區(qū)都基本相連，為更進(jìn)一步的處理提供了依據(jù)。

4.3堵漏防滅火

首先把與火區(qū)相關(guān)的23道永久設(shè)施進(jìn)行編號(hào)管理（編號(hào)詳見(jiàn)圖1），并進(jìn)行了封堵，包括18個(gè)防火密閉進(jìn)行了加固噴漿，其中10號(hào)、21號(hào)密閉重新構(gòu)筑；3個(gè)風(fēng)眼（20號(hào)、22號(hào)、23號(hào)）密排方木鋪雙層風(fēng)筒布蓋水泥砂漿。其次對(duì)北一大巷2號(hào)天井采取創(chuàng)新性封堵措施，換裝焊接外徑60.3 mm。厚度3.8 mm的圓形天井堵片，先注干料到斗子內(nèi)部，再注水凝固，徹底封閉了經(jīng)煤斗子、天井的漏風(fēng)通道。由于北三二變還需繼續(xù)使用，將6號(hào)密閉改造為調(diào)壓氣室密閉，確保了北三二變CO不超限。

圖1　63310火區(qū)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

4.4注氮防滅火

氮?dú)猓且环N無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅、無(wú)毒的氣體。據(jù)有關(guān)資料介紹當(dāng)氧氣含量低到5%～10%時(shí)，可抑制煤炭的氧化自燃，氧氣含量降至3%以下時(shí)，可以完全抑制煤炭等可燃物的陰燃與復(fù)燃[1]。基于上述氮?dú)獾男再|(zhì)及煤的氧化機(jī)理，向綜采面采空區(qū)及遺煤帶注入氮?dú)猓蛊錆B入到采空區(qū)冒落區(qū)、裂隙帶及遺煤帶，降低這些區(qū)域的氧含量，形成氮?dú)舛杌瘞В瑥亩_(dá)到抑制采空區(qū)自燃和安全開(kāi)采的目的。

4.4.1注氮量的計(jì)算

注氮量是最重要的注氮參數(shù)，直接決定著注氮效果。注氮量太小達(dá)不到惰化采空區(qū)氣體的目的，起不到防火的作用，注氮量太大則造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。注氮量主要取決于被注地點(diǎn)的幾何體積、氧化空間大小、裂隙情況、漏風(fēng)量大小以及氣體組分等。

根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦用氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)規(guī)范》（MT/T701-1997）第7.1條的規(guī)定：制氮設(shè)備或裝置的供氮能力應(yīng)按礦井注氮工作面防火需要選取，供氮能力（注氮量）可計(jì)算：

式中：QN為供氮能力，m3/h；K為備用系數(shù)，取1.2；Q0為采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量，m3/min；C1為采空區(qū)氧化帶內(nèi)平均氧濃度，%；C2為采空區(qū)惰化防火指標(biāo)，其值為煤自燃臨界氧濃度，%；CN為注入氮?dú)獾牡獨(dú)鉂舛龋?。經(jīng)計(jì)算得供氮能力QN=3 600 m3/h，因此選用4臺(tái)DM-1000型礦用井下移動(dòng)式膜分離制氮裝置同時(shí)進(jìn)行注氮。

4.4.2注氮地點(diǎn)的選擇

根據(jù)63310采空區(qū)工作面疏放水的情況，判定火源在63310回風(fēng)巷附近，北五一斜坡位于北三盤(pán)2號(hào)煤上面，從北五一斜坡往采空區(qū)注氮，靠近火源上方，離火源較近，效果好，決定在北五一斜坡設(shè)置4臺(tái)DM-1000型移動(dòng)制氮機(jī)，由地質(zhì)科從北五一斜坡向上打4個(gè)鉆孔到2號(hào)煤采空區(qū)裂隙帶，通過(guò)鉆孔向火區(qū)進(jìn)行注氮滅火，注氮鉆孔參數(shù)如表2所示。

表2　注氮鉆孔參數(shù)表

4.4.3采空區(qū)注氮

從2013年10月份到2014年8月份，由四臺(tái)注氮機(jī)從北五一斜坡向采空區(qū)內(nèi)不間斷的注氮，累計(jì)注氮量達(dá)到700萬(wàn)m3，足以覆蓋63310及其相鄰的63312采空區(qū)200萬(wàn)m3，并向相鄰采空區(qū)擴(kuò)散。

5　治理結(jié)果

經(jīng)過(guò)注氮處理，乙烷21號(hào)密閉由0.006%降到0.0005%，3號(hào)密閉CO濃度由0.008%降到0.002%，其余3道密閉由0.008%～0.01%降到0.000 01%～0.000 03%。乙烯由0.002 6%降至目前0～0.000 01%（僅3號(hào)閉可化驗(yàn)出來(lái)），乙炔由0.000 07%降至目前的零，一氧化碳除3號(hào)閉在0.000 1%上下波動(dòng)外，其余均降為零，說(shuō)明63310火區(qū)火源已成功熄滅，但3號(hào)閉內(nèi)CO長(zhǎng)期存在且在0.000 1%左右徘徊，主要原因一是火區(qū)面積大，積存的火區(qū)氣體多；二是3號(hào)閉閉外直通北一下組總回風(fēng)巷，負(fù)壓最大；三是火源雖然沒(méi)有明火，但仍在氧化釋放CO；所以必須持續(xù)注氮，繼續(xù)觀測(cè)，防止復(fù)燃。圖2為2013年10月5日到2014年10月5日的CO變化情況曲線。

圖2　2013年10月5日到2014年10月5日的CO變化情況曲線

6　結(jié)論

1）因?yàn)?3310工作面上、下副巷均處在采空區(qū)內(nèi)，上、下副巷密閉按照標(biāo)準(zhǔn)建造非常困難，且北鄰北一總回風(fēng)巷，所以漏風(fēng)很難控制，靠封閉隔氧窒息滅火非常困難[2]，在北五一斜坡實(shí)施鉆孔注氮是一個(gè)不錯(cuò)的滅火方案。

2）北五二斜坡63310采空區(qū)，通過(guò)一系列的防治措施，和現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)化管理，成功的控制了采空區(qū)內(nèi)遺煤的自燃，保證了63316工作面回采工作的順利進(jìn)行。

3）礦井防滅火必須堅(jiān)持“預(yù)防為主、綜合治理”的方針，要建立準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)措施和預(yù)防性措施，才能盡可能的減少或消除發(fā)火隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋錄生.礦井惰性氣體防滅火技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]于海森，王小林.超化煤礦22061采煤工作面自燃火災(zāi)事故處理實(shí)踐[J].煤礦安全，2014（5）:132- 134.

（編輯：樊敏）

Fire Prevention and Extinguishing of No.63310 Working Face in Duerping Mine

LIU Rui, QIAO Zhigang
(Duerping Mine, Xishan Coal & Electricity Group, Shanxi Coking Coal Group, Taiyuan 030000, China)

Abstract:Spontaneous combustion of residual coal in goaf threatens the safe production in mines. To control the fire disaster in No.63310 goaf in Duerping mine, nitrogen injection was used to put out the fire toresume the normal production, which guaranteed the securityfor the production in the mine.

Keywords:spontaneous combustion of residual coal; air- leakage in goaf; SF6; nitrogen injection; fire prevention and extinguishing

作者簡(jiǎn)介：劉睿(1984- )，男，河北景縣人，碩士，工程師，從事礦井安全與管理工作。

收稿日期：2015- 10- 19

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.006

文章編號(hào)：1672- 5050（2016）01- 0019- 03

中圖分類號(hào)：TD752

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A