緩推進大傾角綜放工作面綜合防滅火技術

何 驍

(山東濟礦魯能煤電股份有限公司陽城煤電，山東 汶上 272502)

1 3306 工作面概況

3306 工作面位于三采區下山北翼，為陽城煤礦三采區第五個綜采放頂煤工作面，上順鄰近3304采空區，采用走向長壁綜采放頂煤一次采全高全部垮落法。

3306 綜放工作面開采煤層為山西組（P1s）的3 煤，亮煤為主，次為鏡煤，含少量暗煤及絲炭。階梯狀斷口，條帶結構。中上部多為塊狀硬質煤，下層為塊狀硬質煤，局部含夾矸，夾矸為泥巖。煤層底板標高位于-743～ -920m 之間，平均煤層厚度7.2m，屬于穩定的厚煤層。3 煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，最短自然發火期為33d，煤塵爆炸系數為37.28%，火焰長度＞400mm。工作面采用全風壓上行通風方式，皮帶順槽進風，軌道順槽回風，風量約1000m3/min 左右。

3306 綜放工作面走向長度677m，傾斜長度202m，共134 個支架，上下各3 個支架不放煤。該工作面地質構造復雜，煤層煤體結構整體主要呈條帶狀結構，煤層傾角24°～32°，平均27°。工作面兩順槽及切眼掘進期間，共計揭露斷層12 條，均為正斷層，其中落差3.0m 以上的斷層4 條。臨近斷層附近時，受構造應力作用，煤體結構多呈現碎裂結構、碎粒結構、粉粒結構等。

3306 綜放工作面2018 年9 月份推采31.1m，10 月份推采13.7m，11 月份推采41m，12 月推采49.2m，2019 年1 月推采26.5m。可見3306 綜放工作面推采速度緩慢，存在較大自然發火隱患，預防自然發火工作十分艱巨。因此，根據工作面開采實際，研究提出緩推進大傾角綜放工作面綜合防滅火技術方法并組織實施，十分必要。

2 3306 綜放工作面防火問題分析

2.1 3306 綜放工作面防火重點

（1）工作面遇斷層破碎帶、頂板離層區和破碎帶、地質破壞區等特殊構造。工作面聯網地點增多，工作面上工字鋼地點增多，工作量加大，推采速度減緩，導致自燃危險性增大。因此，工作面過特殊構造帶是工作面及采空區易發生自燃火災的地點。

（2）鄰近停采線附近。工作面全面上網，后部采空區不再放煤，工作量加大，采空區遺煤增多，停采后不能及時撤面、封閉，自然發火危險性加大。因此，鄰近停采線附近更易發生自燃火災，是防火的重中之重。

（3）工作面初采期間。切眼從揭露煤體至開始回采間隔時間長（6 個月左右而且受沖擊地壓影響），煤體破碎致使破碎煤體同空氣接觸時間長，自然發火隱患大。

2.2 3306 綜放工作面防火難點

（1）沖擊地壓威脅區域自然發火防治。

（2）工作面上、下順槽變形量大，無法確定后部采空區漏風通道及漏風規律。

（3）準確判定自然發火危險位置區域，預測采空區高溫地點。

（4）緩推進綜放工作面過特殊構造自燃火災的防治。

3 3306 綜放工作面綜合防滅火技術

針對緩推進大傾角綜放工作面實際情況及工作面防火重點和難點，采取預測預報、防火擋風墻封堵、阻化泡沫防火、高位鉆孔防火、惰性氣體防火、凝膠防火及穩定通風等綜合防滅火技術。

3.1 自然發火氣體指標

根據2011 年11 月16 日中國礦業大學礦山開采與安全教育部重點實驗室出具的《陽城煤礦3 煤層自然發火指標氣體測試報告》以及礦自然發火監測經驗，確定CO、C2H6、C3H8、C2H4、C2H2作為3煤層自然發火指標氣體。

CO 氣體在30℃時開始出現，但其生成量在低溫氧化階段較小，在該階段工作面回風隅角內CO濃度一般20ppm 以下，回風流內CO 濃度在10ppm以下，采空區遺煤處于常溫自然氧化階段。當煤溫達到70℃左右CO 生成量迅速增加，工作面回風隅角、回風流內CO 濃度上升，回風隅角內CO 濃度可達20ppm 以上，回風流內CO 濃度在10pm 以上。這說明該溫度下煤已經開始迅速氧化，采空區遺煤進入蓄熱氧化階段。當回風流或回風隅角內檢測出C2H6氣體時，采空區遺煤進入加速氧化過程。C2H6氣體出現說明煤溫已經達到90℃，C3H8氣體出現說明煤溫已經達到117℃，C2H4的出現表明煤溫已經達到130℃以上。當回風流或回風隅角內檢測出C2H2氣體時，采空區遺煤進入激烈氧化階段，C2H2的出現已說明煤溫至少已經超過200℃，一般認為出現明火。

3.2 預測預報技術

采用人工檢測、束管監測、安全監測監控和人工采樣分析的方法對工作面煤層發火情況進行檢測，主要氣體指標有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4。監測地點主要包括進、回風側老塘及回風流，進、回風隅角支架后部，工作面支架架中、架后。

采取紅外線測溫儀對工作面架間、架后溫度進行測定，并繪制工作面溫度變化曲線圖。根據工作面人工檢測CO 濃度及溫度變化曲線情況及時預測預報。

3.3 隔離墻封堵技術

在工作面上、下端頭，建立防火擋風墻，間距一般為10～15m。防火擋風墻使用碎煤袋進行砌筑，對墻內壓注凝膠進行密實，使用高分子材料對防火擋風墻、隅角裸露煤體及金屬網進行噴涂封堵，保證隅角封堵效果。上、下隅角懸掛擋風簾，擋風簾吊掛要靠幫、靠頂、靠底，減少采空區漏風帶寬度。

3.4 凝膠防火技術

凝膠以隔離、堵漏、降溫作為防滅火措施，與惰性氣體配合使用。3306 工作面過特殊構造帶期間、初采期間均采用凝膠防滅火技術，效果顯著。

凝膠基料采用液態水玻璃，促凝劑采用小蘇打。通過地面凝膠池、注膠管路將水玻璃運輸至井下注膠地點，在井下注膠地點外約200～300m 處安設凝膠壓注系統。

凝膠壓注系統由MNB-80/50T 型礦用移動式凝膠泵、基料桶、配液箱以及混合器、高壓膠管組成。凝膠泵吸液通過混合器將基料、促凝劑溶液混合均勻后，通過預先埋設的花管壓入采空區，混合液可在10 ～60s 內由液態形成固態膠體。凝膠防火工藝具有液體狀態下充分滲透、成膠時吸熱、成膠后包裹煤體并形成堆積堵漏的特點。

3306 工作面緩慢推采期間，利用MNB-80/50T型礦用移動式凝膠泵對工作面采空區進行打眼壓注凝膠，對工作面全面壓注凝膠，要求每臺支架必須保證兩個注膠孔，其中架中孔孔深6～7m，仰角45°～60°；架后孔孔深5～6m，仰角大于60°；架前孔孔深8～9m，仰角30°～45°，如圖1 所示。每孔注膠量保證在6～10 箱（10.2～17m3），當注膠孔內流水溫度超過34℃時，加大此處注膠眼注膠量，成膠時間控制在10～15s 內。每組注膠孔保持一注、一備、一施工狀態，注膠孔施工完畢后管口及時封閉。

圖1 注膠孔布置圖

3.5 二氧化碳防滅火技術

采用二氧化碳高泡阻化綜合滅火技術，用現有的注二氧化碳系統和DPZ－1 阻化泡沫裝置在工作面將二氧化碳、泡沫劑和阻化劑進行混合，然后通過鉆機施工的高位深部鉆孔，向采空區壓注二氧化碳阻化泡沫，利用泡沫高泡的隔絕、破泡后釋放的二氧化碳惰性氣體以及泡沫帶進阻化劑覆蓋包裹煤體，對采空區及防滅火區域進行惰化。

3.6 高位鉆孔防滅火技術

在兩順槽利用探水鉆機，根據現場情況對工作面134#架至90#架每隔5 個支架向采空區施工高位深部鉆孔（如圖2 所示），并做好鉆桿和孔壁之間的縫隙封堵。每施工一個鉆孔后進行注膠，成膠時間控制在40～60s，確保采空區建立凝膠隔離帶。

3.7 惰性氣體防滅火技術

加大采空區灌注惰性氣體的強度。工作面上下順槽設置直徑不低于Φ108mm 的防滅火管路。通過工作面壓注凝膠后的高位深部鉆孔和在上、下隅角預埋的防火管路，向采空區內壓注二氧化碳或氮氣惰化采空區環境。

3.8 穩定通風

加強通風系統管理，確保通風系統穩定可靠。確保風門、風窗等通風設施嚴密不漏風，對風門安裝可靠的閉鎖裝置并安裝風門開關傳感器，嚴禁兩道風門同時打開。測風員每天對3306 工作面進行測風，對上、下順槽鼓幫、變形、底鼓段進行擴幫臥底，保證通風斷面，避免因通風阻力加大造成采空區漏風系數加大，致使窒息帶向后移動，減小自然發火幾率。

緩推進大傾角綜放工作面自燃發火原因復雜，單一防火技術不能有效控制煤炭自然發火，綜合利用多種防滅火技術可以有效控制緩推進大傾角綜放工作面自然發火。

圖2 高位鉆孔示意圖

4 結語

針對緩推進大傾角3306 綜放工作面開采實際，采取預測預報、隔離墻封堵、凝膠防火、阻化泡沫防火、高位鉆孔防火、惰性氣體防火、穩定通風等綜合防滅火技術措施，避免了工作面自然發火事故的發生，確保了3306 工作面安全回采，形成了較為全面系統的、適合緩推進大傾角綜放工作面的防滅火技術體系，為類似條件下工作面開采的自然發火防治提供有益借鑒。