黃陵二號煤礦巷道漏風及防滅火安全治理

徐競昭

(陜西煤業化工集團有限責任公司，陜西 西安 710000)

1 概述

黃陵礦區各礦開采煤層均為自燃和容易自燃煤層，并且均為油氣伴生礦井，油氣抽采引起礦井漏風增加，使采空區自燃危險增加，地層釋放的油氣對自燃監測產生干擾，造成自燃早期預警和自燃防治困難[1]。對于瓦斯含量較高的礦井，當發生自燃的時候，容易引發更嚴重的安全事故，嚴重威脅礦井的正常安全生產[2-3]。

黃陵二號煤礦當前一段時期主要開采2號煤層，本煤層是近水平煤層，2號煤層的平均厚度5～6 m，埋深度300～600 m。黃陵二號煤礦408工作面實行雙巷掘進，相鄰工作面順槽之間每隔300 m有1條聯絡巷。在2號煤層的開采實踐過程中，采動壓力較為明顯，導致工作面的巷道或者順槽破碎的比較嚴重。同時，結合實測發現，聯絡巷、巷道立交點等位置，容易引起自燃；加上瓦斯抽采引起漏風增加，增大了煤層自燃的危險。采空區及巷道漏風是煤層自燃的重要原因[4]。因通風需要，黃陵2號煤礦工作面運輸巷通常要跨過回風大巷形成交叉巷道，巷道間壓差很大，生產過程中產生的動壓使兩交叉巷道之間的煤巖體破壞，產生漏風裂隙。此外，工作面之間的煤柱容易壓裂，造成老空區密閉后也會產生漏風裂隙，采空區漏風供氧也會造成采空區遺煤不同程度的溫度升高，引起一氧化碳(CO)濃度升高，出現自燃跡象。

結合黃陵二號煤礦的漏風實際情況，通過檢測井下巷道之間，采空區等部位的漏風情況，分析有無自燃危險，以便及時采取防滅火措施，并且對漏風通道及時采取封堵措施，預防煤層自燃。

2 漏風通道測試

在礦井氣體成份的分析儀器中，普遍采用的是SF6檢漏儀。由于這種儀器在使用時具有很高的靈敏度，對環境的適應性良好、選擇性較高、操作原理簡單，很方便使用人員掌握。SF6的賦存狀態穩定，是一種惰性氣體，其分子量大(146.07)，也是一種相對比較穩定性的非燃燒氣體[5]。與此同時，SF6氣體的物理活性較大，它可以與井下巷道或順槽內的風流迅速混合，而且混合相對均勻，便于迅速檢測。SF6在井下氣流中的含量是極低的，是井下示蹤氣體的優選目標，SF6檢漏儀能非常方便且準確地進行漏風通道的檢測。

本次測定通過SF6示蹤氣體測得漏風通道的分布，采用瞬時釋放法進行漏風通道探測[8]。瞬時釋放法就是在可能存在的漏風源處，通過儀器在一瞬間釋放SF6氣體，操作人員使用SF6檢漏儀，在事先分析得出的可能存在漏風的巷道或順槽內，對于SF6氣體含量進行檢測。本次漏風測定釋放位置確定為408撤架通道密閉處，監測點設置為410回風巷2#聯絡巷位置，測定408采空區與410回風巷之間的漏風情況。釋放SF6氣體后20 min后在410回風巷2#聯絡巷檢測到SF6氣體，第2次檢測到的時間為釋放后38、41 min后，釋放點檢測點存在漏風，漏風流速為10.12～20.75 m/min。受到層狀裂隙巖體的影響，氣體的實際滲流是曲線，且SF6在空氣中流速也要大于20.75 m/min。然而，在檢測點檢測到2次信號，2次檢測的濃度大致相同，說明釋放點與檢測點存在不同的漏風通道。

根據以上檢測結果得出：408采空區與410回風巷之間存在漏風，漏風通道相對比較暢通。

3 漏風點均壓和堵漏防火處理

1)均壓減少漏風。目前黃陵2號煤礦有2個采煤工作面正在生產。采煤工作面風量一般為2 500 m3/min左右。由于工作面推進度減慢，工作面絕對瓦斯涌出量減少，故在滿足排瓦斯等工作需要的前提下，工作面風量可以適當降低。建議風量降低到2 000 m3/min以下，以減少采空區漏風，預防煤層自燃。工作面封閉后，工作面一側位于進風大巷，另一側位于回風大巷導致采空區兩側壓差較大，漏風量也比較大。通過增加密閉，使通往采空區的兩個密閉均處于進風側，密閉兩端壓差減小，可有效降低采空區漏風，預防煤層自燃。

2)封堵鄰近巷道向采空區漏風通道。采空區漏風供氧是引起自燃的重要原因。目前采空區漏風有2個原因，一是通過工作面漏風，主要是通過進風隅角進，回風隅角漏出；二是通過聯巷密閉向采空區漏風?？刹扇÷摻j巷密閉及其周邊水泥噴漿，封堵漏風通道；對于斷裂帶煤幫裂隙漏風通道，向巷幫打鉆，注入水泥漿或馬麗散對裂隙進行充填封堵；將采空區相鄰的盲巷封閉，減少鄰近巷道向采空區漏風。

3)封堵工作面向采空區漏風通道。工作面采空區“兩道”“兩線”位置頂板冒落不嚴，并且壓差較大，漏風量十分大。現場觀測表明，距離工作面170 m處的進風側采空區，氧氣濃度仍可高達17%，說明存在較嚴重的漏風。為減少采空區漏風，建議在工作面每推進50 m，在工作面進、回風隅角處各施工一道封堵墻，充填隅角漏風通道。封堵墻沿工作面推進方向下部寬3 m，頂部寬1 m，沿工作面擺布方向長度以外側接觸煤壁，內側靠近支架。封堵墻材料為黃土袋。

4)采空區注氮。工作面采空區推進度小于3 m/d時必須注氮。采用采空區開放式注氮，注氮口位置為工作面進風側，距離工作面15～50 m處。設計在封堵墻后預埋注氮管，當工作面推進到注氮管進入采空區10 m以上時，即開始注氮，直至施工下一個封堵墻，并開始下一個位置注氮。

5)噴灑阻化劑。工作面2個順槽處，采空區遺煤比較多，并采漏風相對較大，是自燃危險性大量的區域，向該區域噴灑阻化劑。尤其是進風側隅角處，噴灑氣霧氣霧阻化劑，可以隨風飄散到采空區深部，豫防煤層自燃。

6)采空區加強監測。在工作面回風隅角處，及回風側架后設觀測點，每天定點、定時觀測一氧化碳(CO)等自燃指標氣體變化情況。采空區埋管觀測繼續進行，出現CO升高等現象時，及時判斷采空區自燃的情況，以便做到防患未然。

4 漏風引起的火災處理技術方案

4.1 大面積煤層火災快速滅火技術方案

在厚煤層的開采中，受開采厚度的限制和采礦技術的限制，使采空區內丟棄的煤炭資源較多，采空區的遺煤非常容易發生大面積的自燃火災。順槽煤柱在采動壓力的作用下，煤柱的支撐能力降低，沿空側的部分煤體會比較破碎，從而與采空區冒落的矸石導通，形成漏風通道，造成煤炭的自燃[6]。如果采空區自燃引起的火災火勢不能控制的時候，應該選擇快速封閉當前工作面的辦法，避免火區的影響和擴散范圍進一步增大。對于高瓦斯礦井，一旦發生自燃，應立即封閉工作面。工作面封閉時，應在工作面進風側預留防滅火措施管，工作面回風側預留氣體觀測口并預埋Φ10 mm的束管，以備進一步灌注防滅火材料滅火和火區監測。

向封閉區內灌注液態二氧化碳，迅速降低閉區氧濃度和溫度，抑制火災發展，并可預防爆炸；通過預留的防滅火措施管向火區注高密度惰化阻化泡沫，注惰泡范圍在采空區進風側，距離工作面10～30 m，注惰泡量要能夠淹沒整個封閉區空間。每隔72 h要向封閉區補注泡沫，以便抑制火災發展，防止爆炸發生。

4.2 相鄰采空區大面積火災的處理措施

當相鄰采空區自燃時，首先應加強鄰近巷道的支護，并對其進行噴漿處理，以減少漏風；加強對火區氣體、溫度的監測；向鄰近采空區打鉆并下束管，每班監測鄰近采空區氣體變化情況；通過預留的防滅火措施管向火區注高密度惰化阻化泡沫，注惰泡范圍在采空區進風側，距離工作面10～30 m，注惰泡量要能夠淹沒整個封閉區空間。每隔72 h要向封閉區補注泡沫，以便抑制火災發展。向鄰近采空區火區注膠體直至滅火，注膠范圍由火區位置而定。

5 結語

本文針對黃陵二號煤礦的巷道漏風開采實踐難題，采用電子捕獲氣相色譜法和SF6檢漏儀檢測，得出黃陵二號煤礦408工作面采空區與410工作面回風巷之間存在漏風，且漏風通道相對比較暢通。利用漏風探測結果，對漏風較大的有自燃危險的區域采取了均壓通風、封堵漏風、注氮降溫等處理措施，根據各項措施實施條件，詳細給出了施工技術方案。同時，為了有效地避免采取區遺煤自燃而引發的火災安全事故，給出了大面積煤層火災和相鄰采空區大面積火災，防滅火的技術方案和安全處理措施。研究成果保障了408工作面的安全高效回采，同時為410等同類開采條件的工作面提供指導意義，經濟效益顯著，在黃陵礦區的推廣前景廣闊。