煤礦綜放工作面防滅火技術研究

(兗州煤業股份有限公司南屯煤礦，山東 濟寧 273500)

0 引言

自然發火煤層，尤其是運用綜采放頂煤工藝進行開采的煤層，其采空區存在較多的浮煤，若不能及時處理，極易導致自燃問題。為有效避免內因火災的發生，在開采過程中可采取注凝膠、注氮等措施，以及運用賽福特SF-3高分子材料來封堵采空區的沿空掘巷，可有效避免內因火災的產生。

1 工程概況

南屯煤礦井田，東邊起源為嶧山斷層，西邊臨界為里彥區和馬家樓斷層，南部則與北宿井田相臨，北邊接壤于東灘礦井。東西距離10.5 km，南北則存在5.2 km的寬度，共計為54.6 km2。該煤礦的設計公司為原華東煤炭基本建筑公司所設計。井田的地質儲量設計為33 019.7萬t，可開采的儲量為21 465.9萬t。煤層共有7層，3上，3、16上、17層整區具有穩定的可采性，6、15上、18上層則只有局部可采。可采的煤層共有12.54 m的厚度，其中3上、3層煤總厚8.56 m，煤層保持3°～15°的角度。該礦井的沼氣濃度較低，存在爆炸的風險，各個煤層之間都存在自然發火的跡象。

2 開采過程中的防滅火措施

為有效避免內部火災的發生，南屯煤礦采用了采空區注氮、煤層注水等措施來實現防滅火目的。為了抑制自然發火的發生及延伸，提高生產的安全性，筆者結合自身工作實踐，提出了一些綜放工作面在開采過程中的綜合防滅火措施。

2.1 建立監測監控和預測預報系統

1)建立束管監測系統實施監測。在軌道順槽采空區設置一個單芯束管，膠帶順槽應當在采空區回風隅角處設置一個單芯束管，并隨著作業面的掘進不斷向外推移，與回風暗斜井束管的主管路形成連接，聯接至監測室，以完成O2，CO，CO2，N2等各種氣體的濃度進行嚴格監測，促使防滅火工作得以正常展開。

2)建立監測監控系統實施監測。在膠帶順槽JS2部位分別安裝1臺CO、CH4和溫度傳感器；膠帶順槽與煤壁之間的距離小于10 m處安裝1臺CH4傳感器；回風隅角部位分別安裝1臺氧氣及一氧化碳傳感器，利用監測系統來傳輸相關數據，使其傳到調度指揮中心；在回風隅角的關門柱處，每班都需要設置一氧化碳、氧氣及甲烷易攜式報警儀，這些儀器的負責人為每班的班組長，確保儀器可隨時使用；開展有效的人工監測，運用相應的氣體檢測儀來抽取樣本，使用氣相色譜分析儀進行分析，以此來檢測自然發火的狀況。人工采樣點的設置：進風及回風隅角、回風巷CO傳感器、10～60架范圍架后取點2個、留設的束管及其他異常部位。

2.2 采取綜合防滅火措施

1)注氮體系。采用移動式膜分離制氮設備來制造氮氣，經過Φ 108無縫鋼管傳輸到作業面中，每間隔4 h進行一次注氮，停止生產檢修階段需要24 h注氮。

2)注漿體系。在工業廣場之內安裝相應的注漿系統，經過Φ 159和Φ 108無縫鋼管分別傳輸到軌道順槽的開門部位和作業面，依據監測的實際狀況來進行運用。

3)噴灑阻化劑系統。采用移動式噴射泵來噴灑阻化劑，并經過Φ 13高壓膠管傳輸到作業面，每天都需要噴灑端頭。

4)安裝防火門。分別在膠帶及軌道的順槽部位設置1個防火門。

2012年12月，習近平總書記在廣東考察時指出：“要尊重人民首創精神，尊重實踐、尊重創造、鼓勵大膽探索、勇于開拓，聚合各項相關改革協調推進的正能量。”這里，他所談的正能量，與毛澤東同志所說的“調動一切積極因素，團結一切可以團結的力量”的基本精神是一致的。

5)筑起隔離墻。在回采的過程中，每間隔50 m就需要在兩順槽筑起隔離墻，避免頂板塌落之后三角形懸頂區域形成導風通道。

2.3 終采和回撤期間的防滅火措施

1)增強灑水。作業面應當延長至停采線50 m之后，及時有效地處理兩順槽端部的遺煤，充分潤濕粉碎煤體，減小煤體的氧化速率。

2)強化觀測。在進行停采及撤架的過程中，應當對作業面及采空區進行嚴格檢測，并及時校正CO與溫度傳感器，保證靈敏度及可靠性。

3)適當調節風量。停采之后，應當對風量進行適當的調整，使其維持在800 m3/min左右，隨著支架回撤，在成為掩護架之后，作業面應當采取軌道順槽局部供風，利用Φ 800 mm風筒聯接至回撤部位。

4)設置感溫光纜。在兩順槽及停采線的切眼部位安裝感溫光纜，以實時監測溫度變化。

5)注入凝膠。在回撤支架的過程中，作業面頂板塌落之后應立即注入凝膠，及時處理遺煤。

6)筑造密閉墻。作業面在采取局扇供風之后，需要永久封閉運輸順槽部位的防火門。一旦完成回撤，則需要立即永久封閉上順槽處的防火門。

2.4 密閉后采空區防滅火措施

1)注氮。在封閉之后，應及時注入氮氣，并確保壓柱量維持在400 m2/h左右，利用作業面軌道順槽之內的防滅火管道來進行壓注，當束管之內氧氣的濃度降低到3%以下，則需要停止注入。

2)對氣體進行有效監測。自封閉之后，開始采集束管及密閉內外的樣品，并開展有效的檢測，充分了解采空區內部氣體的變化狀況，同時對密閉內、外形成的氣壓差進行分析。

4)涂刷封堵材料。通過將賽福特SF-3高分子材料噴涂在采空區兩側的沿空掘巷及兩順槽的穿層部位，以實現堵漏的目的。

3 實施效果分析

3.1 回采期間效果分析

南屯煤礦在開展回采作業的過程中，對采空區內的相關氣體進行分析，發現未產生煤層自燃現象，具備較好的防滅火效果。

3.2 密閉后采空區防滅火效果分析

南屯煤礦通過對密閉后采空區采取各個防滅火措施之后的氣體進行分析可知，不存在煤層自燃問題，具有較好的防滅火作用。

3.3 噴涂封堵材料效果分析

南屯煤礦采空區在開展防滅火管理的過程中，由于壓力會對其兩側的沿空掘巷造成一定的影響，進而導致煤巖柱出現裂縫，采空區出現漏風問題。在運用賽福特SF-3高分子材料進行堵漏之后，利用了感溫光纜來監測溫度的前后變化，結果發現，這是一種科學有效的防滅火措施。

4 結語

通過在南屯煤礦多年防滅火工作實踐，以及結合自身的一些防滅火知識，筆者認為要想做好綜放工作面的防滅火工作，必須充分重視以下幾點。

1)應創建起有效地監測監控及預報體系，對采空區內煤層發生的自燃狀況進行實時監測，并依據監測的結果來進行預報，及時采取有效的措施進行預滅火。

2)應通過應用噴灑阻化劑、注入氮氣等措施來開展防滅火工作，這樣可有效避免采空區發生火災事故。

3)在采空區周圍沿空掘巷的過程中，可以利用賽福特SF-3高分子材料來進行堵漏，并再次壓制相應的惰性氣體，這樣可達到更好的防滅火效果。