新景礦自燃煤層末采期間防滅火技術

張夏彭 路 璐

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

回采工作面采空區內部的遺煤呈現破碎狀態，在與空氣接觸后，會發生一系列物理吸附和氧化反應，并產生熱量，達到一定溫度，極易發生煤層自然發火事故[1]。末采期自燃問題最為嚴重，我國許多采用綜采放頂煤生產的礦井不同程度發生過工作面末采回撤期間采空區自然發火的事故，輕者會延誤工作面安全撤除，嚴重者會燒毀設備，甚至造成重大人員傷亡事故[2]。因此，研究制定適合新景礦實際的末采防滅火技術措施具有重要的現實意義。

1 工作面概況

新景礦位于陽泉市西部，井田面積64.747km2，15025 工作面位于15#煤西采區南翼西部，工作面走向長1202m，傾斜長200m。本工作面煤層厚度5.45～6.99m，平均為6.51m，煤層傾角2°～9°，平均傾角6°，可采指數1，變異系數11.5%，儲存穩定。工作面通風方式為“U”型通風+低位抽采巷+高抽巷。

2 煤層自燃傾向性

新景礦15#煤層自燃傾向性歷史鑒定危險等級為Ⅱ級，屬自燃煤層。煤層統計自然發火期為78d，最短自然發火期為47d。15#煤層在開采80117工作面期間發生第一次自燃，先后共發生自燃12起，其中見明火10 次。

15#煤層自燃的主要原因：（1）開采過程中煤層易破碎，煤吸氧速度較快，吸氧量較高，且著火點溫度低；（2）陷落柱、褶曲及斷層多是15#煤層自燃嚴重的重要原因；（3）煤層中水綠礬和黃鐵礦礦物的存在使煤的自燃危險性大為提高。

3 防滅火預測預報

工作面防滅火監測監控系統主要包括傳感器監控系統、火情監測系統和人工檢測三部分。煤層自然發火監測系統的建立完善，實現了對火區的準確預報，為末采期間火區管理和采取針對性的防滅火技術方案提供依據。

3.1 傳感器監控系統

總回風巷、采區回風巷、高、低位瓦斯抽采管路及回采工作面安設CO 和溫度傳感器。傳感器應垂直懸掛在巷道的上方風流穩定的位置，距頂板不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，CO 報警濃度為0.0024%[3]。傳感器監控系統可實現報警和自動斷電功能，發生重大火情事故時，當溫度和CO 濃度超限時切斷工作面電源，避免事故擴大。

3.2 火情監測系統

對工作面采空區及重點區域安裝KJ428-Z 火情監測系統，實現火情在線監測。回采期間采空區束管布置方法：回風隅角處設置一個采樣點，向采空區以里按一定間距布置束管采樣點，約30m 設一個測點，保持采空區內部回風側三個采樣點、回風隅角一個采樣點，對采空區內120m 的范圍進行火情監測。測點布置如圖1 所示。

圖1 工作面測點布置圖

3.3 人工檢測

人工檢測方法是采用“四合一”監測儀、紅外線測溫儀、CO 檢定器等檢測設備，人工對各測點進行氣體和溫度檢測。人工檢測一般應在末采工作面上下隅角、進回風巷及支架間、密閉觀測孔、高冒區等地點，工作面氣體檢查每班檢測3 次，工作面取氣樣每月2 次。人工檢測發現任何地點有CO或溫度異常時，可隨時根據檢測情況增設測點。

4 末采期間防滅火技術措施

綜放面末采期間，推進速度嚴重放緩，發生煤層自然發火事故的危險性大大增加[4]。因此，對15#煤回采工作面采取減風措施、井下移動注氮防滅火技術方案。應用采空區定點測溫技術測定出采空區支架后方的自然發火危險區域，并對定點測溫技術監測到的自然發火危險點采取針對性的防滅火安全技術措施。

4.1 減風措施

末采期間采取減風措施，末采開始至停采之前這段時期進風風量根據瓦斯涌出情況由1200m3/ min左右逐漸降至500～600m3/ min 左右，高抽巷和低位抽采巷逐漸降至50m3/ min 左右。同時加強進、回風落山退錨、剪網、放頂工作和進、回風隅角封堵工作，每隔3m 封堵一次進、回風隅角。

4.2 移動注氮防滅火措施

當末采期間出現CO 和溫度異常等煤層自然發火征兆時，立刻采取移動注氮防滅火安全技術措施，在采空區提前預留注氮管路，進行預防性注氮。注氮管路設置在工作面進風巷，伸入采空區內部不小于30m，超過30m 時重新預埋（邁步距為30m，如圖2 所示），移動注氮設備隨著回采推進向前移動。同時在進風落山處設置封閉段，通過施工閉墻及時封堵進風隅角。并將注氮管路對接至工作面進風端頭，工作面封閉時在閉墻中部預留注氮管，注氮管管徑不小于75mm。注氮開始時通風隊瓦檢工負責先在工作面進風端頭閉墻注氮進氣口檢測管內氧氣濃度，當濃度低于3%時，方可繼續進行移動注氮施工作業。注氮期間，安排專職瓦檢員在進風落山端頭閉墻處觀測有害氣體及溫度的變化情況。

圖2 工作面移動注氮示意圖

4.3 采空區定點測溫技術

常用的紅外線、熱成像儀等采空區測溫手段只能對煤體表面溫度測定[5]。為及時、準確地探測到工作面采空區深部的煤體溫度，采用定點測溫法監測采空區內部溫度，對加強工作面采空區自然發火預測預報發揮了關鍵作用。定點測溫裝置包括空心鉛絲、導線、溫度傳感器和溫度顯示器[6]。定點測溫原理是先沿工作面切巷向采空區打探測孔，探測孔底部處于采空區氧化帶內，人工將空心鉛絲穿入預先施工的探測孔，空心鉛絲末端加設溫度傳感器，傳感器深入孔底。空心鉛絲前端通過導線連接溫度顯示器，深入孔底的溫度傳感器將探測到溫度后利用導線傳輸至溫度顯示器，準確、快捷顯示出采空區內溫度。工作面定點測溫探測孔均勻布置，每隔5m 設置為一個測點，監測支架后方10m 范圍內采空區溫度。

4.4 針對性采空區防滅火技術措施

結合采空區定點測溫技術監測出的自然發火危險區域采取相對應的防滅火安全技術措施，目前采用注普瑞特或史達夫防滅火材料的方法對高溫危險區域防滅火。

（1）壓注普瑞特防滅火材料

通過對工作面架后采空區遺煤、前探梁以上煤體采取架間施工鉆孔，通過鉆孔向采空區灌注6%濃度的防滅火材料普瑞特，實現液壓支架采空區浮煤的覆蓋，延緩浮煤的氧化時間，防治煤炭自燃。

注漿工藝為：首先在200L 的空桶中，將一定比例的水與發泡劑（凝膠劑）均勻混合，采取人工攪拌。發泡劑與水的配比（體積比）為4:50，即每桶水中加入發泡劑15.2L。凝膠劑與水配比為2:50，即每桶水中加入凝膠劑7.6L。然后用1 臺氣動泵分別抽加水稀釋后的發泡劑（A 料）和凝膠劑（B 料）。稀釋后的發泡劑與凝膠劑混合進入發泡成膠設備，并在發泡成膠設備一側引入氮氣，發泡劑、凝膠劑、水和氮氣混合通過發泡成膠設備反應生成普瑞特后，注入鉆孔內，完成對架后采空區的充填工作，從而達到采空區遺煤阻燃的目的。如圖3 所示。

圖3 普瑞特固化泡沫的灌注工藝示意圖

（2）壓注史達夫防滅火材料

壓注史達夫工藝與注普瑞特類似，均是通過氣動泵向預先打好的鉆孔壓注防滅火材料。鉆孔施工深度7m，前探梁頂部鉆孔為35°，向架后延伸0.6m。鉆孔施工完畢后全程下套管，并通過氣動泵向支架后部采空區碎煤內壓注史達夫防滅火材料，直至支架后部滲出為止，史達夫與水的比例為1:16。

5 結論

（1）根據末采期間的自然發火特點和危險區域，建立了傳感器監控系統、火情監測系統和人工檢測三種手段相統一的防滅火預測預報系統，有效監測采空區自然發火情況。

（2）在自然發火監測監控的基礎上適當調整工作面風量，對末采期間綜放工作面采用減風、井下移動注氮的防滅火技術措施，預防采空區自然發火。

（3）通過采空區定點測溫技術監測出的采空區內自然發火危險點采取針對性的防滅火措施，即注普瑞特或史達夫防滅火材料的方法，有效保障了15025 綜放工作面末采期間的安全生產。