采煤工作面瓦斯與自燃復合災害綜合防治技術

王興華

（萬祥礦業(yè)有限公司，山東 萊蕪 271107）

1 工作面概況

潘西煤礦主采19煤層后六采區(qū)為瓦斯異常區(qū)，檢測煤層為Ⅱ類自燃煤層，具有瓦斯含量高、煤質松軟、透氣性差和自然發(fā)火期較短等特點，給瓦斯災害防治、煤自燃預防以及瓦斯與煤自燃的復合災害防治帶來了巨大的困難。

6198采煤工作面位于后六采區(qū)，走向長度平均1850m，傾斜長度平均195m，煤層走向102～136°，煤層傾向12～46°，煤層傾角平均26°，煤厚平均2.8m，綜合機械化采煤，走向長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板，下行通風方式。中煤科工集團重慶研究院對該煤層進行了自燃傾向性鑒定：吸氧量0.56cm3/g，火焰長度260mm，升溫氧化臨界溫度170℃，自燃發(fā)火期58d，自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。

6198采煤工作面瓦斯壓力0.52MPa，瓦斯含量為 1.43m3/t，透氣性系數(shù)為 0.086m2/MPa2·d，鉆孔自然瓦斯涌出量衰減系數(shù)為3.2d-1，瓦斯放散初速度△p為4，煤的堅固性系數(shù)f為0.32。在工作面施工深2.5m的煤層鉆孔，測得孔內瓦斯?jié)舛?0%～85%。

2 采煤工作面煤層自燃特性的影響因素

（1）煤層埋深大、地溫高，工作面煤層原巖地溫高，使得煤層自然發(fā)火期縮短。

（2）采煤工作面開采煤層厚度大，開采強度大，工作面采空區(qū)范圍擴大，采空區(qū)漏風危險性增強，采空區(qū)自燃危險區(qū)域范圍增大，并且自燃危險區(qū)域位置模糊、隱蔽，給采煤工作面防滅火造成困難。

（3）采煤工作面在推采過程中需要調向開采，需要經(jīng)過斷層帶，拖累了工作面推進速度。采煤工作面丟煤多，上、下巷采用錨網(wǎng)支護，頂煤難以冒落，采空區(qū)漏風大，導致氧化升溫帶前移，空區(qū)浮煤自燃范圍擴大。

3 綜合防火技術思路

根據(jù)煤層自燃特性的影響因素，以煤層自燃特性實驗測試和現(xiàn)場觀測為基礎，確定了“注氮機注氮惰化、泥漿泵插管灌漿、光纖分布測溫、液態(tài)二氧化碳埋管預防、矸石墻隅角控風堵漏、熱電偶捕捉高溫點、束管分析預測預報、防控結合重在預防”的防火治理思路，建立完善的防滅火體系。

4 采煤工作面防火綜合治理

4.1 采空區(qū)劃分三帶，掌握自燃危險區(qū)域

采空區(qū)的氣體成分和溫度觀測采用預埋束管、真空泵抽氣和預埋熱電偶測定。在上、下巷各設置3個觀測點、工作面中部1個觀測點、回風隅角2個觀測點，觀測主要氣體的成分和溫度，根據(jù)浮煤厚度、氧濃度、漏風強度、自燃極限參數(shù)值等，將采空區(qū)氧化散熱帶、自燃帶、窒息帶進行了靜態(tài)劃分，確定三帶的距離，掌握自然發(fā)火的危險區(qū)域。

4.2 采煤工作面防火綜合治理系統(tǒng)

4.2.1 人工日常檢測系統(tǒng)

設置專職防火檢測組，負責采空區(qū)、見煤線、高冒區(qū)、回風流、回風隅角等發(fā)火隱患點CO、CO2、O2、CH4、空氣溫度的檢測，根據(jù)檢測結果編制“防火報表”，繪制“防火氣體趨勢圖”，進行數(shù)據(jù)比較、分析。

4.2.2 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

利用KJ70X型安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在線實時監(jiān)測，重點監(jiān)測工作面、回風隅角、回風流中的CH4、CO、CO2、溫度等變化情況，當CO達到24ppm時發(fā)出聲光報警。

4.2.3 色譜分析系統(tǒng)

安裝使用KSS-200束管色譜監(jiān)測系統(tǒng)，利用SP-3430色譜分析儀檢測氣樣中的CO、CO2、O2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等發(fā)火性氣體，逐路檢測微量分析，檢測數(shù)據(jù)生成報表，繪出檢測數(shù)據(jù)曲線圖，通過分析氣體變化趨勢，進行預測預報。當其中某種氣體有變化趨勢且變化較大時，找出影響氣體變化的原因；當CO達到24ppm或C2H2、C2H4、C2H6三種氣體中出現(xiàn)兩種以上氣體時，采取措施進行處理。

4.2.4 灌漿系統(tǒng)

工作面上巷距安全出口150m處安裝移動式2BN50/1.5泥漿泵，泥漿泵由制漿、輸漿、灌漿三部分組成，額定流量50L/min，額定排出壓力1.5MPa，配備隔爆112M-6型電動機，攪拌制漿桶直徑1280mm，高度1100mm，容積1.42m3。工作面上巷敷設一路直徑50mm灌漿管路，與上端頭采空區(qū)預埋的灌漿管連接，當采煤工作面采空區(qū)發(fā)火標志性氣體升高或有自燃征兆時，采用動壓灌漿方式對采空區(qū)進行灌漿防火。

4.2.5 注氮系統(tǒng)

DM-1000/10型制氮裝置主要由螺桿式移動空氣壓縮機組、壓縮空氣預處理段和膜分離段三部分構成，制氮量1000m3/h，氮氣濃度≥97%，注氮壓力≥0.8MPa。配備2臺160kW空壓機。直徑108mm輸?shù)苈罚芍频鲜曳笤O至采煤工作面上巷，在上巷沿底板向采空區(qū)埋設一趟直徑108mm注氮管。當注氮管埋入采空區(qū)30m后開始注氮，惰化采空區(qū)氣體，降低采空區(qū)氧氣濃度，同時再埋入第二趟注氮管，兩趟管路循環(huán)交替進行。

4.2.6 光纖分布式溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

安設ZWX4型光纖分布式溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，在后六采區(qū)安設分站，在6198上、下巷沿頂板高度各敷設2條光纖，對空氣溫度進行實時監(jiān)測，溫度數(shù)據(jù)實時上傳地面監(jiān)控終端，為采煤工作面自燃發(fā)火預測預報。

4.2.7 液態(tài)二氧化碳埋管預防

備有5臺MKDZ-LZ-4000移動式液態(tài)二氧化碳罐存放在井底車場，在采煤工作面上、下巷預埋直徑50mm的注液金屬管，當采空區(qū)出現(xiàn)自燃火災征兆，利用預埋的注液管道向采空區(qū)進行注液態(tài)二氧化碳滅火。

4.2.8 采煤工作面過斷層構造帶綜合防火治理

（1）工作面過斷層構造帶時，面臨著煤體破碎、浮煤量增加等難題，出現(xiàn)支架移架困難、架前煤體冒落，推采速度放慢甚至短期停采的局面，推采速度慢會導致采空區(qū)自燃帶發(fā)生自燃的概率升高，增加防火難度。在工作面進風巷上端頭構建隔離墻，敷設擋風簾，隨著工作面的開采和采空區(qū)垮落，形成一道阻風屏障。

（2）采空區(qū)遺煤長時間暴露在空氣中容易氧化升溫，為切斷采空區(qū)供氧條件，對采空區(qū)側進行噴涂防火密封材料，進行封閉隔氧。

（3）加強采空區(qū)氣體的觀測，增設防火觀測點；利用注氮機進行不間斷注氮，惰化防火；利用泥漿泵灌漿，包裹浮煤，隔絕浮煤與空氣的接觸，防止氧化自燃。

（4）采空區(qū)發(fā)火標志性氣體CO的檢測分析由每天一次改為每班一次，及時掌握自燃最新信息，對于自燃隱患點采取打鉆孔、高壓注水措施。根據(jù)發(fā)火位置的不同，采取相應的措施：在采空區(qū)上部發(fā)現(xiàn)標志性氣體時，打高位鉆孔，進行注水滅火；在采空區(qū)下部發(fā)現(xiàn)標志性氣體時，采取架間打鉆注水進行處理；在上、下巷安全出口附近采空區(qū)發(fā)現(xiàn)標志性氣體時，采取打密集鉆孔注水處理，噴注不燃性防火充填材料進行隔離滅火。

（5）抓好工作面通風系統(tǒng)，維護好上、下安全出口斷面，在保證工作面風量、瓦斯?jié)舛确弦蟮那疤嵯拢m當降低工作面的風量。根據(jù)現(xiàn)場情況，綜合采用多方法、多手段進行處理火災隱患，控制風量，均壓通風，消除自燃隱患。

5 防治工作面自燃兼顧瓦斯涌出異常的治理

5.1 瓦斯治理思路

瓦斯治理采取“通風稀釋為基礎，高位鉆孔抽放為主，本煤層抽放為輔，回風隅角直接抽”的瓦斯治理思路，提高工作面供風量，工作面計劃風量920m3/min，實際供風量達到1300m3/min。通風稀釋瓦斯，防止風量提高后一部分風量串入采空區(qū)，給采空區(qū)遺煤提供輸氧條件。在上、下巷施工高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯，施工本煤層鉆孔抽放該煤層瓦斯。在抽放瓦斯的同時防止該煤層鉆孔、高位鉆孔密封差吸入空氣，產(chǎn)生蓄氧條件發(fā)生鉆孔自燃。瓦斯抽放實行高低壓分源抽放，提高抽放效果。

5.2 采前預抽本煤層瓦斯

本煤層瓦斯抽放采用高負壓低流量ZWY-85/160A型移動式瓦斯泵，配套電機功率160kW，最大抽氣量85m3/min，抽放負壓81kPa，抽放管路采用直徑200mm鋼管，敷設至工作面上、下巷該煤層鉆孔處，聯(lián)管進行抽放。

5.3 采用中高位鉆孔抽放

高位鉆孔抽放采用2BEC50型瓦斯抽放泵，配備電機功率280kW，最大抽氣量210m3/min，抽放負壓16kPa，抽放管路采用Φ300mm鋼管，敷設至工作面上、下巷高位鉆場處，聯(lián)管進行抽放。

5.4 采后回風隅角埋管抽放

在下巷采空區(qū)提前敷設直徑300mm抽放管路，在抽放管路上安設長度0.5m抽放立管，立管頂端安設帽蓋，防止矸石落入立管，立管上鉆出多個直徑10mm的透氣圓孔，隨著工作面的回采，多孔抽放立管埋入采空區(qū)，對下巷采空區(qū)進行采后抽放。

6 結論

通過對瓦斯與自燃雙重災害并存采煤工作面采取上述防火、防瓦斯綜合治理措施，保障了6198工作面安全回采，工作面從初采到末采直至回采完畢后封閉，未發(fā)生自燃事故，防火治理效果明顯。工作面、上下隅角、回風流瓦斯?jié)舛让黠@降低，工作面瓦斯?jié)舛扔芍卫砬暗?.35%降至0.07%，回風隅角瓦斯?jié)舛扔?.65%降至0.30%，回風流瓦斯?jié)舛扔?.40%降至0.10%，瓦斯治理效果明顯。