高地溫綜放工作面撤面期間防滅火技術(shù)研究

牛紅杰 王冬冬 李國(guó)芳

（山東新巨龍能源有限責(zé)任公司，山東 菏澤 274000）

1 工作面概況與自燃危險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別

1.1 工作面概況

3302工作面采用綜放開采方式，所采煤層屬于3#煤層，平均厚度8.5m，采3.5m放5m。煤系地層平均地溫梯度為3.23℃/100m，工作面地溫高達(dá)42℃以上，最短自然發(fā)火期46d。因此，綜合分析3302綜放面撤面期間采空區(qū)防滅火存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：

（1）煤層埋深大、地溫高。工作面煤層原巖溫度高，自然發(fā)火期明顯縮短。

（2）綜放面開采強(qiáng)度大，散熱量大，所需配風(fēng)量大，配風(fēng)量的增加造成漏風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)，工作面自燃危險(xiǎn)區(qū)域范圍增大。

（3）回采過程中，工作面及采空區(qū)涌水量可能較大，將會(huì)影響推進(jìn)速度，自燃危險(xiǎn)性較大。

（4）綜放面開采煤層厚度大，采空區(qū)范圍大，漏風(fēng)嚴(yán)重，供氧充足。

（5）綜放面尤其是“兩道兩線”丟煤多，即上、下順槽、停采線、開切眼等。由于上下順槽采用錨網(wǎng)支護(hù)，頂煤難以垮落，采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，極易造成采空區(qū)浮煤自燃。

（6）綜放面采空區(qū)防滅火區(qū)域大，一旦浮煤有發(fā)火跡象，自燃火源將迅速擴(kuò)展，危及整個(gè)礦井的生產(chǎn)，防滅火難度更大。

自燃火災(zāi)經(jīng)常引發(fā)礦井瓦斯爆炸，滅火時(shí)常伴隨水煤氣爆炸，給礦工生命安全造成極大威脅。因此，為確保礦井防火安全，對(duì)礦井火災(zāi)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和分級(jí)分類，有針對(duì)性地綜合應(yīng)用多種防滅火技術(shù)，對(duì)礦井自然發(fā)火治理技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性研究十分必要。

1.2 煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別技術(shù)

3302工作面回撤期間，根據(jù)工作面開采后采空區(qū)遺煤自燃特點(diǎn)，通過向采空區(qū)預(yù)埋管進(jìn)行測(cè)溫、氣樣色譜分析來檢測(cè)數(shù)據(jù)，掌握采空區(qū)內(nèi)部溫度、氣體濃度隨工作面推進(jìn)的變化情況，以此來判定自燃危險(xiǎn)區(qū)域，并采取相應(yīng)的防滅火措施，排除煤自燃危險(xiǎn)性。

采空區(qū)的氣體成分和溫度觀測(cè)采用埋管真空泵抽氣法和埋設(shè)熱電阻測(cè)定法，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在兩道的采空區(qū)里，約50m設(shè)一探頭，保持采空區(qū)內(nèi)部一側(cè)三個(gè)探頭，上下順槽同時(shí)觀測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 3302綜放面“三帶”觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

預(yù)埋管采用Ф50mm鋼管，在其中穿入三根Ф6mm不同顏色的束管，每根束管負(fù)責(zé)一個(gè)測(cè)點(diǎn)的氣樣，將束管、測(cè)溫探頭及其導(dǎo)線送入鉆孔直到采空區(qū)。埋管探頭具體設(shè)計(jì)如圖2所示。架間測(cè)點(diǎn)位于進(jìn)風(fēng)巷采空區(qū)靠近煤壁和綜放面回風(fēng)巷采空區(qū)靠近煤壁處，兩測(cè)點(diǎn)等間距布置，相隔約50m，各測(cè)點(diǎn)距采空區(qū)底板的距離分別約為5.0m、5.4m、5.8m、5.2m、5.6m、5.0m。

圖2 埋管觀測(cè)探頭布置圖

2 3302工作面危險(xiǎn)區(qū)域觀測(cè)結(jié)果

觀測(cè)工作是通過采空區(qū)預(yù)埋管路進(jìn)行測(cè)溫、氣樣分析等，掌握采空區(qū)內(nèi)部溫度、氣體濃度隨工作面推進(jìn)的變化情況，同時(shí)測(cè)定工作面風(fēng)量、溫度、氣體濃度等參數(shù)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均利用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抽取氣樣，分析的氣體成分為O2、CO、CO2及CH4等烴類氣體。對(duì)3302綜放面采空區(qū)進(jìn)風(fēng)巷70、75、80以及回風(fēng)巷85、90架后束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)整理分析，結(jié)果如表1所示。

表1 采空區(qū)進(jìn)風(fēng)巷70架測(cè)點(diǎn)氣體濃度表

3 3302撤面期間防火技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)3302綜放面出現(xiàn)的異常情況，為保證工作面回撤期間采空區(qū)防火安全，實(shí)施了膠泥輔助建墻堵漏、加大注漿量系列措施，并在工作面回撤期間采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)回撤期間工作面實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析工作面典型氣體位置。

3.1 3302綜放面氣體分析

3302綜放面回撤期間氣體濃度變化曲線圖如圖3所示。8月24日CO濃度升至779ppm；氧氣濃度隨著時(shí)間遞增呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，最低可達(dá)到7.8%。說明3302綜放面在撤面期間工作面出現(xiàn)煤體與氧氣接觸，出現(xiàn)煤自然氧化的隱患，表現(xiàn)在回撤面80架后CO濃度顯著升高而O2濃度顯著下降這一特征，即3302綜放面回撤期間出現(xiàn)煤自然氧化傾向，具有煤自燃危險(xiǎn)性。

圖3 80架氣體曲線圖

圖4 下25埋管氣體曲線圖

為了進(jìn)一步確定隱患具體位置，如圖4，于8月22日對(duì)工作面80架后下25埋管，測(cè)定3302綜放面進(jìn)回風(fēng)氣體濃度變化情況。通過進(jìn)回風(fēng)側(cè)氣體濃度測(cè)定，可以將工作面進(jìn)出風(fēng)分為兩段，下隅角至75架為進(jìn)風(fēng)段，75架以上為回風(fēng)段，80架附近為臨界點(diǎn)。由于3302綜放面回撤期間通風(fēng)方式為上行風(fēng)，結(jié)合下25埋管監(jiān)測(cè)CO/O2濃度變化情況，綜合判定綜放面回撤期間出現(xiàn)煤自燃異常點(diǎn)并非80架，而應(yīng)該是在80架后下半部分受漏風(fēng)點(diǎn)強(qiáng)烈的距離處為煤自燃隱患所在地點(diǎn)。因此，在3302綜放面下行巷下60埋管對(duì)該過程中氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖5所示。

圖5 下60埋管氣體曲線圖

下巷60埋管氧氣濃度在7月7日～7月17日持續(xù)保持在20%左右，CO濃度基本沒有變化。這說明在3302工作面初步撤面期間，基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，沒有出現(xiàn)煤體自然氧化現(xiàn)象。而當(dāng)3302綜放面回撤的7月18日～7月27日，CO濃度突然出現(xiàn)快速增加（最高可達(dá)180ppm）現(xiàn)象，下行巷道氧氣濃度迅速遞減。這表明在這段回撤時(shí)間內(nèi)，煤體出現(xiàn)自然氧化現(xiàn)象。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況：巷道通風(fēng)條件良好，采空區(qū)遺煤量較大，平均浮煤厚度可達(dá)到0.9m，測(cè)定下行巷巷道漏風(fēng)量大，為遺煤提供自然氧化時(shí)間充足。因此，綜合判定3302綜放面下行巷采空區(qū)位置處為回撤期間工作面自燃隱患點(diǎn)。

3.2 采區(qū)的防治措施

為了減少下巷漏風(fēng)強(qiáng)度，于8月26日將上行風(fēng)改為下行風(fēng)，為了掌握調(diào)風(fēng)后工作面漏風(fēng)變化規(guī)律，有針對(duì)性地注膠堵漏、壓注液態(tài)二氧化碳，對(duì)架間深孔及部分淺孔進(jìn)行了風(fēng)向測(cè)定。高分子膠體可有效封堵架間漏風(fēng)通道，粘著力強(qiáng)，可有效吸附煤體，隔絕與氧氣的接觸，阻止煤體進(jìn)一步氧化。3302工作面注膠分為架間普注（每孔2袋）、重點(diǎn)區(qū)域強(qiáng)化壓注、深孔定量壓注。下巷注氮，調(diào)風(fēng)前通過下巷埋管及2架深孔注氮，調(diào)風(fēng)后改為149架深孔壓注。上下巷敷設(shè)二寸液態(tài)二氧化碳專用管路，減少了變徑，有效降低堵管頻率，利用架間深孔、上巷埋管向采空區(qū)壓注液態(tài)二氧化碳。

3.3 氣體監(jiān)測(cè)及效果分析

工作面支架停止推進(jìn)后，在架間設(shè)置了固定束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每10架一個(gè)測(cè)點(diǎn)。重點(diǎn)取樣色譜分析位置為回風(fēng)隅角50架、70架、80架、110架。觀測(cè)點(diǎn)布置涵蓋了架間特殊區(qū)域、重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域，形成了全方位氣體監(jiān)測(cè)，為采取及時(shí)有效的防火措施提供了有力數(shù)據(jù)支撐。

通過分析色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過采取注膠堵漏、接續(xù)注氮、壓注液態(tài)二氧化碳等一系列措施后，各測(cè)點(diǎn)一氧化碳濃度大幅降低，且均降至正常水平，基本排除了3302綜放面回撤期間的自燃危險(xiǎn)性。由于回風(fēng)側(cè)架間一氧化碳濃度、氧氣濃度均保持正常水平，說明針對(duì)3302綜放面所采取的一系列防火措施均落實(shí)到位，調(diào)風(fēng)恰當(dāng)，防滅火效果較好。

4 結(jié)論

針對(duì)新巨龍公司3302綜放工作面煤層開采的實(shí)際情況，采用有針對(duì)性的防滅火技術(shù)措施，對(duì)工作面采空區(qū)煤自燃進(jìn)行了預(yù)測(cè)和控制，成功地實(shí)現(xiàn)了3302綜放面的安全生產(chǎn)和回撤，為高地溫礦井綜放面的防滅火技術(shù)提供了新的應(yīng)用案例，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。