官地礦29406工作面拆架期間防滅火技術措施

趙 璇

(西山煤電集團公司 官地礦， 山西 太原 030053)

礦井綜放工作面在回采結束后的撤架期間，往往由于停采周期長，煤體破碎范圍大，以及工作面機械設備的拆卸運輸、頂板垮落，使得撤架期間通風不穩定，漏風復雜，大幅增加了撤架工作面的煤炭自燃危險性[1-3]. 此外，隨著井下機械化采掘設備的普及，拆架過程持續時間較長，對于易自燃煤層，多數拆架工作持續時間超過了自燃煤層的自然發火期，造成了煤層自燃危險增大[4-6]. 西山煤電集團官地礦29406工作面拆架期間出現了溫度異常區域(部分測點最高溫度達到45 ℃)及CO涌出異常現象，為了保證設備安全回撤以及人員在設備回撤期間的安全，制定了“人機協調、多措并舉，重點監控”的綜合防滅火措施，取得了良好效果。

1 工作面概況

29406工作面井下位于中四采區東南部，主采8#煤和9#煤，層間距約為1.25 m，以“采9#放8#”的方式進行開采。29406工作面設計可采走向長492 m，正巷設計長度為655 m，副巷設計長度為597 m，采長216 m，支架數量為138臺，8#煤層平均厚度3.95 m(可采)，9#煤層平均厚度3.18 m，可采儲量共計915 869 t. 工作面回采結束后，擴循環時間持續了9天，在拆除采煤機和刮板運輸機后，由于頂板壓力大，支架老化等原因，拆架進程緩慢，拆架工作進行到3號支架時發現了溫度異常區域和CO涌出異常現象，表明采空區存在著火危險，對拆架工作和現場工作人員有著較大安全隱患，為此，特制定注氮-注漿聯合噴注、人員-傳感器聯合監測、進風隅角及附近支架噴灑阻化劑的綜合防滅火措施。

2 拆架期間的通風安全

2.1 拆架期間的風量控制

由于拆架準備時間過長，頂板壓力大造成拆架進程慢，CO涌出異常現象及溫度異常區域的出現表明拆架空間煤體均有自燃發火危險。煤炭的自熱以及自燃都需要氧氣的參加，因此，在拆架期間，將風量調控在合理范圍內，保證人員呼吸并減少采空區的漏風，進而抑制煤體自熱或燃燒加劇成為防火重點。具體措施如下：

1) 控制拆架工作面的人員數量，該工作由現場安全員進行統計，進入拆架工作面的安拆人員、安全員、瓦斯員、打鉆人員、注漿及各工種值班帶班管理人員人數不得超過30人，每班人員數量報至調度并在兩巷巷道口設置警戒控制人員隨意進入。按照人數確定拆架工作面的最低配風量，由人員數量、富余系數、支架運輸影響供風斷面及采空區漏風等因素確定該拆架面配風量為300 m3/min.

2) 用阻燃材料裝袋壓實構筑隔離墻，堵實進風隅角，工作面上部地表裂隙由專人填埋，避免采空區漏風加劇煤體氧化。

3) 兩巷由測風員實時測風，回風巷道加設風速傳感器，確保拆架空間區域內新鮮風流的配給。

4) 為防止拆架時頂板垮落，封閉堵塞回風風流，待拆支架前方至煤壁范圍內用單體及木垛支護巷道。

5) 必須保證本采區其余采掘工作面風流穩定，避免相鄰巷道風流的改變影響本拆架工作面的風量供給。

2.2 拆架期間的供風應急措施

為防止拆架過程中頂板垮落封堵巷道，需在進風巷道口安裝2×30 kW的局部通風機，風筒(d800 mm)延至拆架范圍，并按拆架速度回收，風機處于待開啟狀態，如遇巷道封堵，開啟局扇并關閉注氮泵，采取措施解除封堵后，關閉局扇(壓入式通風會加劇采空區氧氣涌入)，通風再次穩定后開啟注氮泵。

3 拆架期間的綜合防滅火措施

3.1 綜合防滅火措施

29406工作面綜合防滅火措施見圖1，采取注氮-注漿聯合噴注、人員-傳感器聯合監測、進風隅角附近支架后方噴灑阻化劑的綜合防滅火措施。

圖1 拆架期間的綜合防滅火示意圖

在進風隅角用阻燃材料裝袋壓實構筑隔離墻堵實進風隅角，在該位置附近的10臺支架后方煤體噴灑阻化劑，減少氧氣與煤體表面的接觸，使得該區域范圍內煤體自熱自燃的威脅性下降。

在支架間和支架上方進行打鉆，支架間鉆孔深度為10 m，支架上方鉆孔傾角15°，打鉆深度15 m，打鉆注漿延后拆架10架。在注漿措施巷(措施巷深度小于6 m)進行漿液配比和攪拌工作，前期注漿普遍以降溫為目的，按水8∶黃土1∶粉煤灰1(體積比)配漿，支架拆除至50架后，注漿以封堵煤體裂隙為目的，按水6∶黃土2∶粉煤灰2(體積比)配漿，每8 h注漿400 m3. 在施工時，注漿工應注意在注漿前后應用清水沖洗管路防止管路堵塞。

注氮管埋至進風巷迎頭至采空區25 m位置，24 h持續注氮，注氮量為1 000 m3/h，備用注氮泵保持待開啟狀態。

如在拆架過程中，發現個別支架后方溫度甚至達到了45 ℃，采用優先拆除該區域支架，支架空間用單體及木垛支護，方便該特定區域內煤體的降溫以及防滅火措施執行，對該特定區域的煤體進行表面灑水，內部注漿的方法，使得溫度異常區范圍內的溫度及時控制，防止煤體自熱或自燃進一步蔓延。

在回風巷口附近吊掛甲烷、溫度、風速、CO傳感器，數據實時上傳至監控機房，準確掌握各參數變化情況，如遇緊急情況，人工干預及時反應。同時，監控數據可與現場實測數據進行對比，進行相應取值作為防滅火工程數據分析的有效值。

瓦檢員通過紅外測溫儀及紅外熱成像儀測量拆架空間內煤體溫度并做記錄，測溫重點在煤壁、支架上方及支架后方，選取空間范圍最高溫度記錄并明確高溫點位置，同時，用光學瓦斯監測儀及CO便攜儀測定區域內瓦斯濃度和CO濃度，選最大值記錄，每8 h一次，地面工作人員按原始記錄整理確定溫度分布范圍及異常區域并將CO濃度、高溫點生成曲線圖。

3.2 數據分析與治理效果

由于紅外測溫儀精度低，加之點測無法客觀表現拆架空間內的溫度分布，故在本次防滅火工程中大量使用測量范圍廣、精度高的紅外成像儀，成像結果見圖2.

采用回風流CO濃度變化和拆架空間內的溫度變化來檢驗防滅火措施的有效性，樣本數據為每日人機檢測數據的最高值，經過28天的拆架，每日對溫度分布和CO濃度進行統計并生成圖表，溫度及CO濃度變化見圖3，圖4.

由圖3可知，拆架空間內煤體高溫點整體呈現先上升后下降的趨勢，在拆架初期，注水注漿不直接接觸煤體表面，無法直接抑制熱量在破碎煤體中的傳遞，隨著綜合防滅火措施的執行，注漿注氮分別從降溫、稀釋氧氣，隔絕煤體裂隙等方面控制煤自熱自燃的進程。優先拆除明顯高溫點附近的支架，重點處理溫度異常區，使得拆架空間范圍內煤體表面溫度逐漸降低，最終控制在25 ℃以下。

圖2 92#和93#支架中間某日紅外熱成像結果圖

圖3 拆架空間高溫點變化曲線圖

圖4 回風流CO濃度變化曲線圖

由圖4可知，在拆架過程中回風流CO濃度呈現先上升后下降狀態，初期對溫度異常區域灌漿處理時，一方面可能由于治理時間較短，漿液未明顯控制高溫區域，使得煤自燃趨勢依舊存在，另一方面，也可能是水和高溫煤體在缺氧環境中接觸，基于水煤氣原理，進一步產生CO，增加了回風流中的CO濃度[7-8]. 隨著綜合防滅火措施的執行，煤氧接觸得到控制，煤體溫度下降，氧化反應受到抑制，CO濃度逐漸降低，在防滅火工程及拆架進程結束時，CO濃度已降低至11×10-6.

拆架工作進行到中后期，回風流CO濃度、溫度都控制在安全范圍內，防滅火工程收到了極好的效果，并促使29406工作面在規程規定的時間內進行了永久性封閉。

4 結 論

針對官地礦29406工作面在拆架期間出現的熱異常區域和CO涌出異常現象。采用注氮-注漿聯合噴注、人員-傳感器聯合監測、進風隅角附近支架后方噴灑阻化劑的防滅火措施后，發火指標得到有效地控制，保證了拆架工作和采煤工作面封閉工作的安全進行。