煤礦下分層開采防滅火技術研究

劉小鋒

(陜西華彬煤業股份有限公司下溝礦 陜西 咸陽 713500)

采用分層綜采技術進行煤礦開采，可以較好地提高煤礦開采工作的效率，但是這和技術也帶來了一定的負面影響。利用此方法在進行煤礦開采的時候，采空區遺留殘余的煤比較多，漏風情況也比較嚴重，從而使得容易發生自燃的每層和開采自燃每層的礦井煤炭自燃發生火災的概率加大，而在這種火災中以采空區煤自燃火災最為突出。本文以實際的煤礦開采工作為例，分析了煤礦下分層開采自燃火災的類別，并提出了相應的預防解決措施。

一、案例

在本礦區每層的平均厚度為9.5m，平均去傾斜角度為13°，主要以亮煤為主，夾雜著暗煤條帶，塊狀等等。在一些部位上的頂板上有二合頂，中間夾有200-500mm的煤。主要采用分層開采技術，分三層進行煤礦開采，其中第一層和第二層采高為2.3m，第三層沿底回采時放中間層剩下的煤炭，可以進一步提高煤炭開采的效率。本煤礦的煤的吸氧量為0.73ml/g，屬于一類容易發生自燃的煤層。

二、造成煤礦下分層開采發生火災的原因

首先，在實際的開采工作中，一分層采空區發生火災的情況比較小，下分層和相鄰層在要開采的時候發生火災的幾率比較大。在這種情況的原因是在對下分層進行煤礦開采的時候要重新展現新的煤層，這就會使得煤層中的空氣大量進入，供氧量增加，從而不斷氧化上分層的煤，再加上遺煤在之間就已經被部分氧化，后期開采的時候供氧量有增大，浮煤自燃發火期就大大減小，相應的火災危險也就增加[1]。

無煤柱開采也使得工作和周圍相鄰的采空區形成較大片的采空區，在這一采空區中各個工作線也是相互連接的，在這個過程中，如果有一個地方發生火災，相應的其他地區也會發生火災。甚至更嚴重的可能導致火災產生的對人體和環境有危害的氣體擴散到工作面，不僅對工作人員的生命安全造成影響，同時由于采空區的漏風規律比較繁雜，也增加了對有害氣體的處理難度。

三、煤礦下分層開采防滅火技術

基于上述分析，可以發現造成火災的最主要的原因就是采空區出現較大的漏風量和浮煤。因此，在開展煤礦下分開采防滅火技術的時候要從上述造成火災的原因出發，從根本上消除煤礦下分層發生火災的情況。基于此，本文提出了以下對策。

(一)注重前期預報技術

在發生火災前進行預報可以有效減少火災的發生，一般采用的方法有三種：直接感知法、溫度預報法、氣體分析法。其中直接感知法就是理由人體的嗅覺、視覺、觸覺等感官對煤層自燃情況進行預測，這種方法受人體影響比加大[2]。第二種方法溫度預報法主要通過在鉆孔內安裝測溫儀器或者是在特定區域安裝溫度傳感器和無線電發射裝置，根據測定的溫度或者是接收到的信號變化來判斷是否發生煤炭自燃，下圖1為一種溫度傳感器儀表原理圖。這種方法最燃直觀可靠，但是由于媒體的熱傳導能力比較弱，放熱影響的范圍比較小，有些時候鉆孔及時已經達到了火源邊緣附近1m的范圍內，也很難感知到高溫火源點的存在。最后一種方法氣體分析法，精準有效，是當前最常用的預報方法。在氣體分析法中，一般將一氧化碳作為預報煤自燃的指標氣體，表1為對該煤礦36個回采工作面的長期觀測，得到了一氧化碳絕對生成量相應的預測預報臨界指標。將C2H4和C3H6作為自燃朝著更快的方向發展的氣體標志，將C2H6或C2H4作為判斷自燃進展情況的標志氣體。表2為C2H4產生的臨界溫度值，一般來說，當溫度達到100攝氏度的時候才會出現C2H6或C2H4，同時隨著礦井溫度的越來越高，這些氣體的濃度也會不斷增加。通過這種方法，可以實現對煤礦下分層火災情況的有效預測。

圖1 AD590溫度傳感器測試儀表原理圖

表1 煤礦自燃預測預報一氧化碳指標

表2 不同煤種代表性煤樣C2H4產生的臨界溫度值

(二)建立完善的監測系統

在本礦區開展了“三帶”劃分的研究，采用鉆孔取樣的方式對礦井下的氣體進行采集和分析，為周圍響鈴的采空區的區域劃分提供了大量的數據。針對后方的采空區“三帶”分布規律的考察主要采用了鋪設管道的方式和束管監測方法[3]。其中束管監測方法可以對一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷等多種氣體成分進行分析，通過束管將這些監測點氣體抽取到地面進行分析，根據分析的結果煤自燃的情況進行分析，進行采取相應的解決措施。束管檢測系統由采樣系統、控制裝置、采樣分析、數據儲存、顯示和報警幾個部分組成，可以實現對下分層自燃情況的有效監督。

(三)采取有針對性的措施

在工作面回采的時候要防止頂煤的留存，對木料進行嚴格的回收，在斷層這些地質構造比較復雜的地區要將留存的頂煤從架尾部放出去，以免影響工作面的正常運行。在開展分層開采工作面兩巷掘進工作的時候，要在停采線注射泥漿，從而實現對停采線內部剩余下來的煤進行包裹，防止在工作期間造成供氧自燃的情況[4]。在工作面每推進一定的距離后就要鋪設相應長度的注漿管，注漿管的出口要盡量沿著漿流的方向逐漸變小，同時還要確保漿液能夠充分覆蓋采空區，將留在采空區的熱量帶走，同時還可以對采空區的裂縫進行填充。

(四)均壓防滅火

在采區有較大概率發生漏風的地方和密封墻處設置相應的測壓裝置，對這些地點的壓力差分布情況進行詳細的監測。在礦井的通風機等設備正常運行的情況下，對井下風的流向和流量進行調整，改變主要巷道風壓分布情況，使采空區進風側和出風側的風壓差趨于平衡，避免漏風情況的出現，同時防止采空區內部空氣的流通，實現氧氣的徹底斷絕，切斷自燃的必備條件。及時發生火災也可以窒息惰化火區。

(五)完善防火設施

在二分層工作面材料工具室和運輸巷運輸機頭處要設置足夠數量的泡沫滅火器、防火沙箱子和滅火鏟。發生火災后，如果明火范圍比較小，工作人員可以直接用水、滅火器等設備進行滅火[5]。此外，在相應的停采線處還要嚴格按照防滅火設計要求構建相應的防火門墻，完善防火設置。

綜上所述，研究煤礦下分層防滅火技術是十分重要的，在實際工作中，要充分掌握導致煤自燃的因素，采取相應的措施，才能真正做到防滅火，實現礦井作業的安全。