綜采工作面綜合防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用

王雪峰

（山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041206）

山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司位于蒲縣喬家灣鄉(xiāng)東北7.5km處。礦井采用平硐開拓，一次采全高走向長壁法采煤，全部垮落法管理頂板，通風(fēng)方式為中央并列式。

2101綜采工作面位于一采區(qū)，工作面走向全長960m，傾斜長度172m。運(yùn)、回兩巷均采用礦用11#工字鋼加工成的梁、腿進(jìn)行支護(hù)，巷道斷面為梯形，巷道上凈寬2.6m、下凈寬3.35m，凈高2.12m，凈斷面積為6.54m2。工作面開采對(duì)象為山西組中下部2#煤層，瓦斯含量較低，煤塵具有爆炸性，屬容易自燃煤層。煤層直接頂為粉砂巖，厚度為4～8m，有0.6～1.55m的砂質(zhì)泥巖偽頂，頂板為泥巖，厚度為1～3m。由于2#煤層埋藏較淺，最淺處距地面僅有70m，在回采過程中極易引起地表漏風(fēng)與工作面自身上下隅角向采空區(qū)的漏風(fēng)，導(dǎo)致浮煤氧化自燃，出現(xiàn)自然發(fā)火隱患，2101工作面在前期120m回采期間采空區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工作面回采安全，對(duì)此新良友礦研究決定對(duì)采空區(qū)采取注漿滅火+阻化劑滅火等綜合防滅火措施，確保工作面安全穩(wěn)定回采。

1 采空區(qū)自然發(fā)火區(qū)監(jiān)測(cè)

新良友煤礦采用簡(jiǎn)易束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)浮煤自燃狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過設(shè)置簡(jiǎn)易束管裝置監(jiān)測(cè)采空區(qū)氣體變化，由人工操作巡回取樣，送地面色譜儀分析。具體施工方法如下：

（1）首先在2101綜采工作面回風(fēng)巷距切眼200m處建立井下抽氣泵站并由防爆電機(jī)帶動(dòng)抽氣泵，作為簡(jiǎn)易束管系統(tǒng)的抽氣動(dòng)力。

（2）沿工作面回風(fēng)順槽鋪設(shè)5芯集束束管，束管裝入2寸保護(hù)鋼管內(nèi)，埋入切眼支架后尾梁后部，束管集中接到束管采氣泵站，各設(shè)通氣閥門，分別取氣分析。采樣器沿工作面均勻布置，采樣器與單芯束管連接，通過采樣器對(duì)不同地點(diǎn)的氣樣進(jìn)行抽取；如圖1所示。

（3）為防止頂板煤矸石墜落砸壞采樣器或防止?jié){液流入采樣系統(tǒng)，采樣器在采空區(qū)埋放地點(diǎn)應(yīng)高出底板一定距離。

（4）監(jiān)測(cè)采空區(qū)氣體時(shí)采用氣囊取樣，由抽氣泵分別抽取不同束管監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的氣樣，并及時(shí)帶至地面進(jìn)行分析。

圖1 2101綜采工作面采空區(qū)自燃發(fā)火區(qū)簡(jiǎn)易束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置示意圖

2 2101工作面采空區(qū)綜合防滅火技術(shù)研究

2.1 注漿防火技術(shù)設(shè)計(jì)

注漿防火技術(shù)主要分地面注漿與井下移動(dòng)式注漿兩種方式，地面注漿工藝雖能起到較大流量地封堵漏風(fēng)通道，包裹煤體，從而遏制煤體自燃的作用，但工程實(shí)施較復(fù)雜，一次性投資較大。井下移動(dòng)式注漿具有以下特點(diǎn)：①裝置在井下具有移動(dòng)性，使用方便；②注漿材料來源廣泛，如黃土、粉煤灰以及化學(xué)凝膠等物質(zhì)。

（1）注漿防火。2101工作面采空區(qū)采用兩臺(tái)移動(dòng)式注漿站進(jìn)行注漿施工，根據(jù)新良友煤礦煤層的自燃傾向性和采煤方法，決定采用踏步式埋管灌漿方法，即隨著工作面不斷回采，依次埋設(shè)注漿管路并注漿，在注漿過程中必須確保出漿口距工作面不得低于15m。管道鋪設(shè)則根據(jù)工作面布置情況而定。注漿步距初步確定為40m。如圖2所示。

圖2 2101工作面埋管注漿防火工藝示意圖

（2）灌漿滅火。如出現(xiàn)危險(xiǎn)性自燃隱患或需采后封閉灌漿對(duì)工作面采空區(qū)進(jìn)行處理，則需在火災(zāi)區(qū)密閉后采用密閉墻插管注漿，從密閉墻上方的注漿管向采空區(qū)注漿。

（3）注漿材料。對(duì)工作面采空區(qū)進(jìn)行注漿時(shí)必須保證注漿材料滿足以下條件：①不含或少含助燃和可燃材料；②比重2.4～2.8；③塑性指數(shù)9～14；④膠體混合物25～30%；⑤含砂量25～30%；⑥易脫水又要具有一定穩(wěn)定性。綜上所述新良友礦防滅火注漿材料選擇地表黃土。用汽車從礦外運(yùn)輸，充滿貯土場(chǎng)為止，其數(shù)量要滿足井下灌漿防滅火的實(shí)際需要并留有一定富余系數(shù)。

2.2 阻化劑防火設(shè)計(jì)

2.2.1 阻化劑防火原理

通過阻化劑與水適當(dāng)配比混合成一定濃度的水溶液，從而起到防火的目的，其防滅火的主要機(jī)理如下：①阻化劑可以有效提高低溫時(shí)煤的化學(xué)惰性，從根本上降低煤炭與氧的親和力，阻止煤炭自燃；②阻化劑在煤塊和煤的表面裂隙面周圍形成液膜，減少煤塊與漏風(fēng)量接觸面積；③充填煤柱內(nèi)部裂隙；④增加煤體的蓄水能力；⑤水分蒸發(fā)吸熱降溫，主要通過降低煤在低溫時(shí)的氧化速度，從而對(duì)煤的自然發(fā)火期進(jìn)行延長。

2.2.2 阻化劑防火工藝

2101工作面采用阻化劑防火的工藝方式主要有兩種，即壓注阻化劑溶液和汽霧阻化等。①在對(duì)煤柱、工作面切巷以及停采線等易燃地點(diǎn)進(jìn)行防滅火時(shí)，一般采用施工鉆孔進(jìn)行注射阻化劑的處理方法。首先必須確定采區(qū)內(nèi)火區(qū)范圍并對(duì)鉆孔地點(diǎn)進(jìn)行溫度檢測(cè)，鉆孔施工時(shí)從火區(qū)邊緣依次向火源中心進(jìn)行，鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)注射阻化劑水溶液，從而降低火源溫度；②汽霧阻化防火主要是采用霧化器將具有一定壓力的阻化劑水溶液霧化成微小霧粒，該細(xì)小霧粒通過采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流漂移到采空區(qū)漏風(fēng)所到之處，從而達(dá)到采空區(qū)防火的目的。

3 綜合防滅火管理措施

（1）派專人定期檢測(cè)注漿滅火區(qū)、注漿防火工作面及其采空區(qū)內(nèi)的氣溫、煤溫和出水溫度；具有自然發(fā)火危險(xiǎn)程度的礦井均應(yīng)建立完善的火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或地面氣體分析實(shí)驗(yàn)室。

（2）必須建立防滅火注漿臺(tái)帳，其主要內(nèi)容應(yīng)包括： 注漿區(qū)位置、鉆孔工程、注漿工程、氣體分析及溫度記錄、泥漿分布狀況等。

（3）應(yīng)建立有效的氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，定期檢查工作面及采空區(qū)氣體成分，同時(shí)觀測(cè)溫度、濕度和漏風(fēng)量；必須建立汽霧阻化防火設(shè)備的操作規(guī)程、工種崗位責(zé)任制等規(guī)章制度。

（4）建立汽霧阻化防火臺(tái)帳，實(shí)施阻化汽霧防火技術(shù)防火區(qū)的管理，應(yīng)按《煤礦安全規(guī)程》和《礦井防滅火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

4 結(jié)束語

潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司對(duì)2101工作面采空區(qū)采取注漿滅火+阻化劑滅火等綜合防滅火措施，有效預(yù)防了采空區(qū)因漏風(fēng)出現(xiàn)煤的自燃現(xiàn)象，解決了采空區(qū)煤的自燃難治理、效果差等難題，有效保證了綜采工作面安全高效回采，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)安全效益。