單侯礦6105N工作面綜合防滅火技術(shù)研究

摘要：文章介紹了6105N軌道巷發(fā)火情況，分析了受6103N采動影響下的6105N軌道巷的發(fā)火因素，通過對6105N軌道巷的溫度異常處注水、密閉注漿注氮、噴漿堵漏等措施，通過火區(qū)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)有效地控制了火災(zāi)隱患點，對于同類受采動影響的煤巷的防滅火工作有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：煤礦生產(chǎn)；采動影響；綜合防滅火；火區(qū)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；火災(zāi)隱患點 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD75 文章編號：1009-2374（2016）18-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.078

1 概述

1.1 礦井概況

單侯煤礦是開灤（集團(tuán)）在蔚州礦區(qū)規(guī)劃的五對礦井之一，是蔚州礦區(qū)并入開灤后，由開灤（集團(tuán)）公司組織建設(shè)的第一座大型現(xiàn)代化礦井，2004年4月份被河北省政府確定為省重點建設(shè)項目。單侯煤礦位于河北省張家口市蔚縣涌泉莊鄉(xiāng)和南留莊鄉(xiāng)之間，地處蔚縣礦區(qū)的南部。東南距蔚縣縣城8km，北距宣化130km，南距石家莊市330km，東距北京230km，西距山西廣靈縣21km，交通便利。井田位于蔚州礦區(qū)的中南部，東西寬約5km，南北長約8km，井田面積約40km2，地質(zhì)儲量31284萬t，可采儲量14805萬t，設(shè)計年生產(chǎn)能力為150萬t，設(shè)計服務(wù)年限68年，井田開拓方式為立井單水平開拓。水平標(biāo)高+620m。主采煤層為1#、5#、6#三層煤，分三個采區(qū)開采。經(jīng)2012年7月份進(jìn)行的礦井瓦斯等級鑒定，河北省煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)督管理辦公室審核批復(fù)，鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井。經(jīng)唐山冀東礦業(yè)安全檢測檢驗有限公司提供的檢測檢驗報告，單侯揭露的6煤、5煤自燃發(fā)火等級為Ⅱ級自然發(fā)火，煤塵具有爆炸危險性。

1.2 煤層賦存特征

6105N工作面為6煤層，煤層總厚度為3.05～3.3m，以半暗淡型塊煤為主，主要成分為絲炭夾鏡煤，薄層層理很發(fā)育。在0～850m的范圍內(nèi)煤層中普遍發(fā)育有一層比較穩(wěn)定的泥巖夾矸，夾矸厚0.2～0.4m，煤層傾角為0°～11°，平均6°。瓦斯等級鑒定為0.046m3/s，屬低瓦斯區(qū)域。

1.3 6105N軌道巷簡介

6105N工作面走向長度為1905～1973m，面長188.1m，6105N軌道巷西為6103N工作面，由于受6103N回采動壓影響，6105N軌道巷從1250m處往外，煤柱變酥，巷道變形嚴(yán)重，嚴(yán)重地點局部巷道變形會堵塞全斷面影響通風(fēng)及行人通過以致造成工作面及皮帶巷微風(fēng)或無風(fēng)，局部堵塞煤柱地點容易造成微風(fēng)引起自然發(fā)火，另外受6103N工作面采空區(qū)及煤柱壓酥影響也容易造成自然發(fā)火。在6105N軌道巷影響正常通風(fēng)后新掘一條配巷作為工作面回風(fēng)巷，并在6105N軌道巷555m、930m、1005m打設(shè)永久密閉。

2 自燃隱患、原因分析及采取的措施

2.1 自燃隱患

6105N工作面位于首采區(qū)中部，工作面由于受動壓影響，6105N軌道巷從1250m以外，巷道變形嚴(yán)重，尤其以555～1000m區(qū)域最為嚴(yán)重。2010年4月23～26日，在6105N回風(fēng)巷950m左右處曾多次發(fā)現(xiàn)靠煤柱側(cè)溫度異常，通過澆水降溫的處理措施，使溫度恢復(fù)正常。但6月5日在1050m處一氧化碳濃度又超過1000PPm，被迫采取注水、注氮進(jìn)行防火。2010年9月10日在6105N配巷650m處發(fā)現(xiàn)溫度、回風(fēng)流一氧化碳含量異常，巷道內(nèi)一氧化碳達(dá)到26PPm以上，局部位置達(dá)100PPm，所以亟需解決6105N兩條回風(fēng)巷的燃隱患。

2.2 自燃因素及地點分析

煤自然發(fā)火是一個極為復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，它發(fā)生的必要條件是：（1）以易于低溫氧化的粉煤或碎煤的狀態(tài)堆積；（2）存在著適宜的通風(fēng)供氧條件；（3）存在著蓄熱的環(huán)境條件；（4）上述條件要有足夠的時間。一般認(rèn)為，煤暴露于空氣后，由于其表面具有較強(qiáng)的吸附氧的能力，會在煤表形成氧氣吸附層，在吸附動力平衡過程中，煤表面與氧互相作用，而在煤表面形成一種中間產(chǎn)物，稱為氧化基或氧絡(luò)合物。煤的自燃正是氧化過程自身加速的最后過程，在穩(wěn)定的條件（低溫、絕熱）下，氧化過程的自身加速才導(dǎo)致自燃。低溫氧化過程的持續(xù)發(fā)展使得反應(yīng)過程的自身加速作用增大，最后自生的熱量使煤體溫度升高，從而引起煤自熱階段的開始，導(dǎo)致煤的自燃。工作面之間的煤柱由于采動的影響產(chǎn)生大量的裂隙，裂隙充滿煤粉與碎屑，又是空氣供給的通道，裂隙網(wǎng)互相連接，漏風(fēng)風(fēng)流通過，但風(fēng)量過小不足以將煤氧化生成的熱量帶走，為此便產(chǎn)生出熱量積蓄、煤的氧化過程加速、溫度上升的現(xiàn)象。在重力的作用下，尚未采動的煤巖中的應(yīng)力和變形都是穩(wěn)定的但非均一的，一旦開始了掘進(jìn)和回采，煤巖的原始應(yīng)力狀態(tài)就要發(fā)生變化，煤巖產(chǎn)生變形。隨著時間的推移，巷道周圍煤巖團(tuán)塊的破壞與移動，其范圍逐漸擴(kuò)大，這種破壞與移動沿著自然地質(zhì)結(jié)構(gòu)更為明顯。在煤巖團(tuán)塊的破壞和移動過程中，彈性能部分轉(zhuǎn)化為破碎煤巖的表面能。由于沿地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的移動和巖體的破裂，煤巷道周壁形成塊度大小不等，從幾厘米到幾厘米的煤塊。剩余的彈性能是形變能轉(zhuǎn)化為促使煤巖向巷道空間位移的動能。這種破壞從巷道周壁開始以不同的速度向深部發(fā)展，形成裂隙，巷道空間發(fā)生變形。

2.3 原因分析

2.3.1 6103N與6105N工作面揭露的煤層煤質(zhì)為灰～中灰、低硫、低磷的長焰煤和少量的不黏結(jié)煤，原煤發(fā)熱量一般為28.89～29.31kJ/kg，自然發(fā)火等級為Ⅱ級自然發(fā)火，具有自燃傾向性。

2.3.2 6103N與6105N工作面隔離煤柱偏短。6103N和6205N工作面之間的煤柱只留有7m，6105N軌道巷與6105配巷之間聯(lián)絡(luò)巷較多，受采動影響巷道之間的煤柱被壓裂，裂隙較多，這樣煤體與空氣接觸面積增大，加快了煤氧化自燃的速度。

2.3.3 相鄰采空區(qū)多，6105N軌道巷與6103N采空區(qū)相連，而與6103N相連的采空區(qū)眾多，漏風(fēng)供氧情況復(fù)雜，并且?guī)в懈邷氐臍庠矗觿×?105N煤柱內(nèi)自然發(fā)火的可能。

2.3.4 注漿管路還有待加強(qiáng)。由于火源在6105N軌道巷密閉及聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，加上供風(fēng)供氧條件復(fù)雜，煤層自燃情況難以掌握，在密閉內(nèi)進(jìn)行注漿對火區(qū)進(jìn)行密封仍未成功熄滅火源。只有良好的注漿質(zhì)量，才能減少煤柱裂隙的漏風(fēng)。

2.4 自燃隱患地點的分析

2.4.1 6105N軌道巷的920～1005m密閉處為自然發(fā)火隱患地帶，尤其在950m左右處曾多次發(fā)現(xiàn)靠煤柱側(cè)溫度異常。

2.4.2 其他由于采動影響壓裂的保護(hù)煤柱處，特別是與6103N工作面連通的采空區(qū)處。

2.5 采取的防滅火措施

2.5.1 6105N軌道巷的防火措施。2010年4月23～26日，在6105N回風(fēng)巷950m左右處曾多次發(fā)現(xiàn)靠煤柱側(cè)溫度異常，通過澆水降溫的處理措施，使溫度恢復(fù)正常。但在6月5日在1050m處一氧化碳濃度又超過1000PPm，相關(guān)人員采取了對6105N軌道巷進(jìn)行封閉，采取注水、注氮等措施防滅火。結(jié)合這幾次的防滅火經(jīng)驗，制定了以下預(yù)防措施：（1）對溫度異常地點繼續(xù)進(jìn)行澆水降溫，使用紅外線測溫儀對變形突出嚴(yán)重地點加強(qiáng)溫度觀測，發(fā)現(xiàn)異常立即進(jìn)行澆水處理。在此基礎(chǔ)上，從1250m向外接消防水管，對變形突出嚴(yán)重地點進(jìn)行普遍預(yù)防性澆水，防止產(chǎn)生新的異常點；（2）在6105N軌道巷中施工五處永久密閉，對異常區(qū)域進(jìn)行封閉，對封閉區(qū)域采取以注三相泡沫為主，注水、注漿相結(jié)合的防火措施；（3）對封閉區(qū)域以外的巷道進(jìn)行噴漿處理，隔絕氧氣，杜絕煤層氧化；（4）在6105N軌道巷口安裝一氧化碳傳感器，當(dāng)一氧化碳超過10PPm時，立即組織人員進(jìn)行排查，確定是否存在隱患，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2.5.2 6105N配巷的防火措施。（1）對煤巷溫度異常點進(jìn)行澆水降溫處理；（2）對正常巷道及處理后穩(wěn)定的巷道進(jìn)行噴漿處理，隔絕氧氣，防止煤體繼續(xù)氧化。

3 今后的防滅管理措施

3.1 防火預(yù)報

3.1.1 瓦檢員和現(xiàn)場管理、工作人員要及時掌握上隅角、回風(fēng)流中氣味變化情況，如發(fā)現(xiàn)回風(fēng)流中有煤焦油味或氣味異常，及時匯報礦調(diào)度室。

3.1.2 加強(qiáng)防火預(yù)測預(yù)報工作，通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)采面定期取樣化驗工作，化驗采空區(qū)CO2、CO、CH4、N2、O2等氣體成分及溫度變化，發(fā)現(xiàn)問題及時采取有效措施進(jìn)行處理。

3.2 加強(qiáng)通風(fēng)管理

3.2.1 加強(qiáng)工作范圍內(nèi)通風(fēng)設(shè)施的檢查和維護(hù)，確保通風(fēng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠，滿足防火要求。

3.2.2 通風(fēng)區(qū)加強(qiáng)通風(fēng)管理，降低通風(fēng)阻力，以減少工作面上、下兩端頭壓差，最大減少采空區(qū)漏風(fēng)。

3.3 減小遺煤

3.3.1 回采期間，工作面要提高回采率，最大限度減少采空區(qū)丟煤，工作面必須保證正常推進(jìn)，縮短滯留氧化帶時間，以減少自然發(fā)火危險。

3.3.2 所有運輸皮帶必須使用阻燃皮帶，皮帶托輥保持運轉(zhuǎn)靈活。皮帶機(jī)頭、機(jī)尾下的浮煤要及時清理。

3.4 消防設(shè)施管理

消防（防塵）管路系統(tǒng)必須完善可靠，保證用水地點水壓及水量合乎要求，并按規(guī)定設(shè)置齊全三通及閥門，并備有膠管，以備出現(xiàn)自然發(fā)火征兆時及時處理。

4 結(jié)語

火災(zāi)發(fā)生的主要因素為熱源、可燃物、空氣的供給必須同時存在，相互結(jié)合，缺一不可，滅火就要除掉其中一個、兩個或者全部三要素。因此，滅火的方法大體可以對應(yīng)地分為消除可燃物、降低燃燒溫度、斷絕空氣的供給三個方面。但是每個具體滅火方法的滅火作用并不單單局限于某一方面，有可能既有降溫作用，又具有隔絕空氣供給的作用。對受采動影響的煤巷采取綜合防滅火措施，可以有效地消除自然發(fā)火的隱患：（1）直接挖除火源是撲滅礦井火災(zāi)最徹底的方法，澆水降溫是可以直接針對高溫點采取的防火措施，對于明顯的局部高溫異常點較實用；（2）火區(qū)范圍較大，直接滅火無效時，采取封閉火區(qū)的滅火方法最為合適，這種方法對于控制火勢發(fā)展最為有效。對已經(jīng)受6103N采動影響變形嚴(yán)重的6105N軌道巷（老回風(fēng)巷）密閉注漿、注氮是高效控制自然發(fā)火隱患問題的有效方法；（3）合理的通風(fēng)管理可以大大減小或消除自然發(fā)火的供氧因素。對新掘的6105N配巷（新回風(fēng)巷）的受壓變形進(jìn)行噴漿堵漏及套修工作可以有效地封堵漏風(fēng)通道，減小火災(zāi)隱患的發(fā)生；（4）按重點防滅火工作面管理，加強(qiáng)高溫點現(xiàn)場檢查、氣體監(jiān)測，隨時掌握發(fā)火跡象進(jìn)行預(yù)測預(yù)報。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：儲劍（1988-），男，開灤集團(tuán)蔚州礦業(yè)公司單侯礦通風(fēng)區(qū)區(qū)長，研究方向：安全工程。

（責(zé)任編輯：周 瓊）