容易自燃煤層綜放工作面回收期間防滅火技術研究

王軍

摘 要：針對自然發火期最為22天的容易自燃煤層綜放工作面，通過采取液態氮和液態二氧化碳的灌注、注膠技術有效治理了回收期間工作面自然發火。

關鍵詞：容易自燃煤層；防滅火

1 神寧公司防滅火概況

神寧集團現有15個生產、建設礦井。開拓方式主要為斜井開拓和斜井、立井聯合開拓，采煤方法為長臂式，采煤工藝為綜采或綜采放頂煤工藝。目前煤礦采用大采高留煤皮作假頂和綜采放頂煤開采工藝，煤層自然發火期短、礦井通風系統較復雜，采空區遺留大量浮煤，自然發火災害嚴重。

2 礦井自然發火規律分析

2.1 自然發火因素分析

寧東礦區侏羅紀煤層自然發火周期短，易自燃發火，呈現常（低）溫氧化特性；煤層賦存條件復雜，主采煤層頂板較為破碎，為保障頂板管理安全，開采過程中留設煤皮假頂護頂；礦井主采煤層上部附近賦存不可采的煤線；采用綜放工藝開采；采空區均留有大量遺煤，具備遺煤氧化自燃的條件。

2.2 自然發火規律及發展趨勢

自燃特性參數測試結果表明：煤溫小于臨界溫度時，煤自燃指標氣體濃度增加緩慢，當煤體溫度達到為50-70℃時CO氣體出現突變，增速加快；超過裂解溫度后，開始釋放乙烷、乙烯等有機氣體，93℃出現C2H6、110℃出現C2H4、211℃出現C2H2。

確定了不同開采條件下采空區“三帶”范圍和工作面防火最小安全推進速度；確定了采煤工作面CO來源及產生機理；確定了工作面編制防滅火專項措施，采取以灌漿、注氮為主，注液氮、液態CO2、注膠、堵漏及加快回撤速度相結合的綜合防滅火預防技術。

3 工作面回收期間防滅火技術

3.1 采場及通風管理

一是抓超前設計，合理確定工作面停采位置。二是綜放工作面在距停采線50米控制頂煤厚度不超過2m；三是合理工作面配風量，有效減少采空區漏風供氧。

3.2 工作面注水、注膠

開采容易自燃煤層的大采高、綜放工作面每兩個支架尾梁處施工一組注水、注膠鉆孔，實施注水降溫及注防滅火膠體，起到堵漏及阻止浮煤氧化的雙重作用，防止松散煤體蓄熱自燃。有效消除煤炭初期氧化升溫。

3.3 預防性封閉工作面防火技術

對環境溫度高、自然發火期短的大采高、綜放工作面，為防止煤炭自燃，采取主動臨時封閉工作面10天左右，強力實施注氮、液氮或液態CO2，消除煤炭初期升溫氧化征兆。

3.4 提高工作面回撤效率

3.5 改進回撤工藝

（1）對于膠輪車運輸線路較長工作面，采用接力搬運的方式。（2）頂板破碎、采高大于2.0m的工作面回撤掛網時，采用整體柔性樹脂纖維網。（3）工作面推進到回撤通道位置后，根據不同地質、礦壓條件，對頂板條件好的工作面采用采煤機施工回撤通道。（4）回撤通道采用錨網或錨網索聯合支護頂板，增強頂板支護強度提高回撤效率。（5）改變勞動組織。（6）收尾期間提前在下一采面風巷施工后溜回撤通道，利用后溜回收通道快速回收后部刮板輸送機，縮短回收工期。（7）大傾角工作面回撤亦采用成套機械化設備進行回撤。

3.6 液氮、液態CO2防滅火技術

3.6.1液氮、液態CO2特性

液氮、液態CO2均具有惰性強，穩定性好，無腐蝕作用。汽化膨脹倍數較高，快速降低采空區或火區內氧氣含量；吸收火區中的熱量，能夠降低采空區溫度，迅降低火區溫度，實現“制冷降溫”。液氮自身溫度為-195.8℃，濃度99.99%、汽化膨脹倍數約800倍，惰化采空區速度快，容易積聚在采空區上部空間，隨漏風釋放較快。液態CO2溫度-30～-40℃，膨脹倍數為600倍，濃度99.9%），汽化后比空氣密度大，容易積聚在采空區下部空間，同時煤吸附CO2氣體的能力比其它惰性氣體大，隨漏風釋放較慢。

3.6.2液氮、液態CO2防滅火技術適用范圍

液氮、液態CO2作為一種新型防滅火技術具有滅火迅速、效果顯著等優點，可以通過地面鉆孔、井下鉆孔及埋管將液氮、液態CO2直接注入火區及采空區，利用地面汽化裝置將液氮汽化后注入井下，適用于煤礦任何條件下的火災處理及自燃火災的預防。

3.6.3液氮、液態CO2防滅火系統及工藝

（1）系統組成：主要由地表鉆孔、液氮儲罐車、DN50不銹鋼、煤柱鉆孔、參數監測儀表、安全裝置等部分組成。

（2）工藝流程：液氮儲罐車→儲罐增壓裝置→耐低溫不銹鋼管→地面鉆孔套管→采空區。

（3）系統參數：地表鉆孔500-600m，水平輸送距離1500m，槽車壓力0.2Mp，管路最大壓力4Mp，流量5～20t/h。

4 綜合防滅火技術研究成果應用

羊場灣煤礦120204工作面走向長3270m、傾斜長300m，設計采高5.6m，平均煤厚7.4m。2012年5月下旬工作面回采至停采線120m位置，從120205風巷向120204采空區施工，5月23日至6月3日累計向120204采空區注液氮228噸。工作面采空區溫度平均可降低1℃左右，工作面上隅角CO濃度由80PPm降至24PPm以下，回風流CO濃度始終低于10PPm，實現安全回收。

羊場灣煤礦130202綜采工作面2016年5月19日開采到達停采線時，為預防采空區自然發火，在工作面實施了開放式注氣態二氧化碳防滅火技術。采取預防性注氣態二氧化碳措施后，工作面的CO濃度由40PPm降至14PPm左右，回風流CO濃度由28PPm降至20PPm左右。工作面于6月25日進行了安全回收并封閉。

5 結語

寧東靈武、鴛鴦湖、馬家灘礦區13對礦井開采煤層主要為早中侏羅紀不粘結煤，容易自燃煤層，自然發火期最短22天。針對大采高留煤皮作假頂和綜采放頂煤開采工藝，煤層自然發火期短、礦井通風系統較復雜，采空區遺留大量浮煤，自然發火災害嚴重，通過采取液態氮和液態二氧化碳的灌注、注膠技術治理回收期間工作面自然發火是得到了成功應用，實踐證明措施是有效的可靠的。

參考文獻：

[1]煤礦安全規程.2016.

[2]淺談液氮防滅火技術在煤礦安全中的應用.煤礦技術，2013.