高位鉆孔瓦斯抽放工作面自燃防治方案探討

孫衛(wèi)立

(汾西礦業(yè)集團公司 正城煤業(yè)有限責任公司， 山西 孝義 032300)

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高位鉆孔瓦斯抽放工作面自燃防治方案探討

孫衛(wèi)立

(汾西礦業(yè)集團公司 正城煤業(yè)有限責任公司， 山西 孝義 032300)

通過對高位鉆孔抽放綜放工作面的自燃隱患進行分析，提出了自燃防治的綜合措施，在充分考慮采空區(qū)瓦斯涌出和高位鉆孔瓦斯抽放對自燃影響的情況下從正常回采過程、工作面推進緩慢時、放煤口附近區(qū)域、停采撤架期間等4個方面進行自燃防治方案的探討，可為高位鉆孔瓦斯抽放綜放面自燃防治提供借鑒。

高位抽采；綜放面；自燃；推進緩慢；抽放口；停采撤架；采空區(qū)；注氮

高瓦斯煤層工作面一旦發(fā)生遺煤自燃，輕者造成大量資源浪費，重者則會釀成重大人員傷亡事故。因此，自燃防治工作重在預防，必須先對可能的自燃隱患進行分析，有的放矢，避免自燃火災的發(fā)生。

1 高位鉆孔瓦斯抽放綜放面自燃隱患分析

1) 抽放口附近遺煤易自燃。

瓦斯抽放為抽放口附近的遺煤提供了更好的供氧條件。抽放口下方遺煤一直處于供氧條件良好的環(huán)境下，并處于緩慢氧化狀態(tài)。工作面因故推進緩慢，有可能導致抽放口下方的遺煤長期處于氧化環(huán)境中并開始積聚熱量，當條件成熟時就會發(fā)生局部自燃現(xiàn)象。

2) 綜放面采空區(qū)兩巷自燃。

由于抽放改變了采空區(qū)風流分布，導致采空區(qū)兩巷自燃帶寬度增加，采空區(qū)兩巷遺煤的自燃危險性增大。

3) 綜放面采空區(qū)自燃區(qū)域擴大。

瓦斯抽放增加了采空區(qū)的漏風量，擴大了整個采空區(qū)的自燃帶范圍。高位鉆孔抽放為采空區(qū)上部的遺煤提供良好的供氧條件，造成采空區(qū)自燃危險區(qū)域向采空區(qū)深部及高處擴大，增加了防火和滅火難度。

4) 綜放面上隅角自燃。

瓦斯抽放口一般都靠近綜放面上隅角，抽放的作用增加了新的漏風通道，容易形成立體式漏風，當工作面推進不正常時，熱量容易積聚，遺煤容易發(fā)生自燃。

2 高位鉆孔瓦斯抽放綜放面自燃防治方案

通過對高位鉆孔瓦斯抽放綜放面的自然發(fā)火規(guī)律和自燃隱患的分析，根據(jù)不同時期的防治要求，以破壞或消除自燃條件為目標，制定綜合防治技術和管理措施。由防滅火經(jīng)驗可知，單一的防滅火技術難以達到較好的滅火效果，本著“堵漏、隔氧、降溫”的防滅火基本原則對自燃防治采取綜合防滅火技術手段。因此，首先建立自然發(fā)火預測預報機制，然后通過合理調風滿足瓦斯和自燃兩種災害防治要求，為瓦斯和自燃綜合防治創(chuàng)造良好的條件；通過進回風巷堵漏減少采空區(qū)漏風，縮短自燃帶范圍；通過采空區(qū)注氮、注漿(膠體)控制兩道兩線自燃；在架后壓注膠體材料，防治瓦斯抽放口附近遺煤自燃和其他局部地點的自燃火災，最終形成一整套較完備的“以防為主、重點治理、防治結合”的綜合防滅火體系。

2.1 正常回采時自燃防治措施

工作面正常回采時的自燃防治應結合自燃預測預報結果以預防為主，將自燃火災消滅在萌芽階段。首先必須建立有效的自燃預測預報體系，然后建立必要的防滅火系統(tǒng)，針對各隱患部位采取多種手段綜合防治。

1) 取樣送檢做升溫氧化試驗，測試煤層自燃特性，對煤層自然發(fā)火預測預報標志性氣體進行篩選，選擇煤層自然發(fā)火的標志性氣體。

2) 加強人工檢測，根據(jù)檢測結果對開切眼、進風巷高冒、回風巷高冒、冒落碎煤形成的網(wǎng)兜和煤柱、“兩道兩線”丟煤帶進行氣體取樣，利用地面實驗室氣相色譜分析儀對氣體成分進行分析，以達到煤層自然發(fā)火的預測預報。

3) 根據(jù)自然發(fā)火預測預報的結果，采用高冒充填和注入添加有膠體材料的黃泥漿、插管注防滅火膠體等方法處理進回風巷高冒區(qū)和冒落碎煤形成的網(wǎng)兜。

4) 對開切眼發(fā)火危險性大的部位，采用綜合措施進行自然發(fā)火防治。提前預埋注氮、注漿管路，并加強自然發(fā)火預測預報，在工作面推采一定距離后進行埋管注氮和注漿。采用減風降壓措施和注入添加有膠體材料的黃泥漿、插管注防滅火劑或注凝膠等局部處理方法，防治開切眼支架上部煤炭自然發(fā)火。

5) 對于工作面上、下隅角進回風巷難以冒落而形成的三角形空洞，則利用袋裝封堵材料充填、吊掛擋風簾以減少采空區(qū)漏風，并采用地面灌漿和注氮相結合的方法對工作面采空區(qū)和“兩道”丟煤帶自然發(fā)火進行防治。

6) 在工作面回采期間，利用束管監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測綜放工作面注氮前后采空區(qū)“三帶”內氣體變化情況、檢測工作面漏風強度和預測預報采空區(qū)自然發(fā)火情況，并根據(jù)采空區(qū)自然發(fā)火預測預報的結果，及時采取快速、合理、有效的自然發(fā)火防治措施。

7) 根據(jù)對各重點監(jiān)控部位自然發(fā)火預測預報的結果和工作面實際情況，綜合采用注氮、注漿、堵漏風、架后注膠等防滅火措施有效控制火情，保證工作面的安全順利回采。

2.2 推進緩慢時防滅火技術措施

工作面推進速度對遺煤自燃環(huán)境影響很大。因此，在工作面非正常開采導致推進速度減慢，不能在煤最短自然發(fā)火期內將采空區(qū)浮煤丟入窒息帶內的情況下，必須針對回采工作面和采空區(qū)容易自然發(fā)火的區(qū)域，執(zhí)行有針對性的自燃預防措施，保證工作面的正常回采。

1) 按照防滅火措施，進行采空區(qū)自燃帶埋管注氮。工作面連續(xù)長時間停產，應加強采空區(qū)自燃帶連續(xù)注氮，在保證工作面檢修期間防治瓦斯需要的條件下，最大限度地降低工作面風量。

2) 加強進回風端頭掛風簾、上下端頭壘砌砂土墻堵漏風的防火措施。長時間停采時，在上下端頭壘砌厚度2 m以上的沙袋、土袋墻擋漏風，并預埋束管進行CO連續(xù)監(jiān)測，并向上下隅角浮煤噴注膠體、阻化液或膠體泥漿，達到包裹浮煤隔氧、保濕和降溫的目的。

3) 加強束管預測預報和人工預測預報工作，加強工作面上下端頭、架間CO和溫度檢測，及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理和分析。

4) 減小上下隅角之間的壓差，做好均壓工作，降低工作面的風量、漏風量，減小采空區(qū)自然發(fā)火的危險性。

5) 支架上方管理溫度為35 ℃，使用紅外測溫儀檢測支架上方和支架間溫度，特別是高位鉆孔下方支架，判斷溫度是否有上升趨勢，是否出現(xiàn)明顯的煤壁和支架掛汗現(xiàn)象、焦油味、煙氣味或芳香味，結合氣體監(jiān)測，一旦出現(xiàn)自燃危險，應及時注水降溫，在條件允許下，做好鉆機等設備準備，對架后頂煤進行打鉆注膠體泥漿，并對采空區(qū)內浮煤進行灌漿處理，根據(jù)綜放面回風和上隅角CO變化分析注漿滅火效果。一旦監(jiān)測到采空區(qū)CO和上隅角CO超過預測預報標志氣體的防火規(guī)定值時，則加大注氮量和注漿量。

6) 一味增大綜放面風量對治理上隅角瓦斯積聚效果并不理想，當推進速度相對緩慢時，在控制綜放面產量和保證瓦斯治理需要的前提下，控制綜放面通風量對采空區(qū)自燃防治有利。

2.3 抽放口附近自燃防治措施

瓦斯抽放口是易發(fā)生自燃的部位。根據(jù)瓦斯抽放監(jiān)測系統(tǒng)分析得到的抽放氣體中O2和CO濃度，綜合分析抽放管口附近自燃危險性，一旦發(fā)生危險立即利用瓦斯抽放管或者注水管路對瓦斯抽放管路及附近區(qū)域注水、注膠體防滅火材料，直到上隅角和回風CO恢復正常。具體技術管理措施如下：

1) 加強對瓦斯抽放管路中氣體的監(jiān)測。瓦斯抽放管路中CO濃度和上隅角比較接近，其濃度體現(xiàn)回風側采空區(qū)內CO濃度，若出現(xiàn)急上升，表明抽放管口附近區(qū)域可能出現(xiàn)遺煤氧化升溫或自燃現(xiàn)象。

2) 加強對高位鉆孔下方支架間的氣體監(jiān)測，當監(jiān)測到CO異常或溫度升高時，立刻通過插管取氣重點分析，監(jiān)測支架上部遺煤是否由于瓦斯抽放原因發(fā)生自燃。

3) 當判斷瓦斯抽放口附近是否發(fā)生嚴重自熱或自燃時，應立即停止回風側采空區(qū)瓦斯抽放，利用瓦斯抽放管或者注水管路對瓦斯抽放口及附近區(qū)域進行注水、注膠體防滅火材料，也可以采取架后壓注高分子膠體材料措施，并根據(jù)支架間CO變化分析注漿滅火效果。

4) 處理瓦斯抽放口附近遺煤自燃過程中，根據(jù)上隅角和回風CO變化情況檢驗注漿滅火效果。每班進行回風和上隅角CO檢測，每天取一次上隅角氣樣進行CO和C2H4分析，直到上隅角和回風巷中CO濃度恢復到正常濃度以下，才能恢復回風側采空區(qū)瓦斯抽放。

2.4 停采撤架期間的自燃防治措施

1) 撤架前的準備工作。

a) 合理組織、有序安排撤架工序，減少撤架時間，縮短撤架遺煤氧化時間。

b) 在停采線處形成的自燃帶范圍內(一般距停采線60 m左右)加強放煤工作，減少采空區(qū)遺煤，從煤炭自燃的物質基礎上控制自燃發(fā)生。接近停采線時(一般距停采線20 m左右)停止放煤，確保停采后架后煤體完整，減少架后采空區(qū)漏風。

c) 原堵漏風措施要加強，減少采空區(qū)漏風，同時盡可能地降低采面風量，減少向采空區(qū)漏風，可根據(jù)現(xiàn)場氣體測定情況進行適當調整，以瓦斯等有害氣體不超限為準。

d) 提前預埋束管，加強氣體監(jiān)測，方便在停采撤架期間監(jiān)測采空區(qū)自然發(fā)火情況，根據(jù)監(jiān)測結果采取措施。

e) 在距停采線30 m處采空區(qū)兩道預埋注氮、注漿管路，并用木垛或大巖塊掩護好。注漿充填兩道空間以堵漏風，或撤架時發(fā)現(xiàn)采空區(qū)自燃征兆時，進行注氮、注漿防滅火。

f) 利用距停采線處高位鉆孔作為防滅火注漿鉆孔，當支架頂部煤體遺煤發(fā)現(xiàn)自燃征兆時，壓注防滅火膠體材料防滅火。必要時，可以補充鉆孔。

2) 撤架期間的防滅火措施。

a) 加強工作面氣體檢測工作。

每天安排專人利用預埋在采空區(qū)的束管抽取氣樣，并用氣相色譜儀進行分析。工作面除正常的瓦斯檢查外，還需對工作面上、下隅角，架間，架頂、風流中自燃標志氣體進行檢測和采樣化驗分析。每間隔10架在支架后尾梁處向后插入1根4分鋼管，人工抽取管中氣體化驗分析。同時利用紅外線測溫儀測量工作面架間、架頂及鉆孔中的溫度。

b) 采取減少采空區(qū)漏風的措施。

進一步降低工作面通風量，可根據(jù)現(xiàn)場氣體測定情況進行適當調整，以瓦斯等有害氣體不超限為準；停采后在工作面停采線上、下端頭分別壘一道隔離密閉墻，墻外噴涂膠體材料加強堵漏風；在密閉墻上預留注漿、注氮管路，向隔離密閉墻后壓注膠體材料，以減少采空區(qū)漏風；用防滅火膠體材料將工作面支架后部暴露煤體全部進行噴涂，最大限度地減少采空區(qū)內的漏風。

c) 架后壓注膠體材料技術措施。

利用氣動注漿泵對所有支架后部的煤體插管壓注防滅火膠體材料，使架后松散煤體不易自燃，同時也有堵漏風效果。如工作面局部地點出現(xiàn)異常，可直接在異常點插管壓注膠體防滅火材料，當工作面煤層厚度超過2 m時，再打深鉆孔進行壓注。

d) 注氮、注漿防滅火措施。

在工作面撤架期間，可通過上下順槽預埋的注漿管路和高位鉆孔采用間歇注漿方式對采空區(qū)注黃泥膠漿，但注漿量不宜過大，以工作面架后見水即停。在工作面撒架期間進行預防性注氮時，為保證采面安全，上下端頭和工作面內必須懸掛氧氣傳感器。一旦氧氣低于18%，必須采取措施，同時，加強一氧化碳的檢測，確保現(xiàn)場施工人員的安全。

3 結 論

高瓦斯綜放面的煤層自燃一直困擾發(fā)火期短的工作面生產，文中從工作面正常回采推進速度緩慢時及抽采口附近區(qū)域停采撤架期間等方面進行自然發(fā)火防治措施的探討，根據(jù)實際情況提出從打密閉墻、縮短采空區(qū)自燃帶距離、采空區(qū)注氮以及加強監(jiān)測監(jiān)控幾個方面，控制工作面及采空區(qū)自然發(fā)火，確保礦井安全生產。

[1] 高志才.極易自燃煤層綜放面采空區(qū)自然發(fā)火預測技術研究[D].西安:西安科技大學,2009.

[2] 趙建會.易自燃煤層綜放開采防滅火技術研究[D].西安:西安科技大學,2005.

[3] 楊永辰,尹 博,高永格.綜放面煤層自然發(fā)火區(qū)域劃分的理論研究[J].河北工程大學學報(自燃科學版),2009(12):34-36.

[4] 張公慈,黃愛強,林寶平.高位抽放技術在極易自燃煤層的應用[J].中州煤炭,2009(10):67-69.

[5] 李國林,劉春生,董紅強.高位瓦斯抽放在易自燃特厚煤層開采中的應用[J].中州煤炭,2013(9):121-124.

Discussion on Prevention and Control Scheme of Spontaneous Combustion in Gas Drainage Working Face with High Location

SUN Weili

Based on the analysis of hidden danger of fully mechanized mining working face spontaneous combustion in high location, the comprehensive measures for the spontaneous combustion prevention are put forward. The effects of goaf gas emission and high-positioned bore-hole for gas extraction to spontaneous combustion are fully considered. The spontaneous combustion prevention are control schemes are analyzed in four aspects such as normal coal mining, slower than normal coal mining, area near the coal caving site, period during dismantling of support. It can provide reference for prevention and control of spontaneous combustion in gas drainage working face with high location.

High-location drainage; Fully mechanized caving working face; Spontaneous combustion; Advancing slowly; Drainage hole; Withdrawal and dismantling of supporter; Goaf; Nitrogen injection

2016-06-15

孫衛(wèi)立(1963—)，男，山東曲阜人，2013年畢業(yè)于太原理工大學，工程師，主要從事采礦技術管理工作(E-mail)hyzfmkj@sina.com

TD75+2

A

1672-0652(2016)08-0050-03