深井易自燃厚煤層長期停工綜放面防火管理技術

趙厚春 秦 鵬 徐 超

（山東省天安礦業集團有限公司，山東 曲阜 273100）

1 概述

星村煤礦采用立井多水平開拓方式，典型的深井開采，主采3 煤層采用條帶走向長壁后退式采煤方式，綜采低位放頂煤采煤回采工藝，自然垮落法管理頂板。

3306 工作面位于-1196 m 水平、三采區東翼，采用“U”型全風壓通風系統，上順槽進風、下順槽回風，終采線外通過運煤巷連接兩順槽；原始巖溫超過31℃；煤塵爆炸指數38.7%，有煤塵爆炸性，二級重大危險源；Ⅱ類自燃煤層，最短自然發火期為65 d，三級重大危險源，火災重大安全風險。

3306 工 作 面2019 年1 月31 日 至2 月13 日 春節期間停工13 d，采取注氮與監測分析的預防性密閉防火管理技術。

2 3306 綜放面封閉、恢復通風技術

2.1 資源評估

該礦具有快速封閉的設備設施（上、下順槽預先構筑防火門）、液態氮氣氣化注氮防滅火系統、均壓降低漏風壓差的條件、安全監控系統、束管監測系統、與專業救援隊伍簽訂的協議、兼職救護隊和專門防滅火隊伍等，可實現快速密閉防火和啟封。

2.1.1 快速封閉資源現狀

綜放工作面通風系統形成后，即按設計在上、下順槽開門口附近構筑了防火門墻，儲備了足夠數量的封閉防火門的材料。防火門墻選在距全風壓不大于5 m 的位置，避免封閉后產生盲巷，也可作為工作面結束后密閉的墻體。

裝備2ZBQ-16/10 氣動泵及其附屬設施，對巷道周邊及墻面噴涂LFM 輕型噴漿材料，提高封閉質量。與封閉區連通的軌道、運輸設施等拆除或落地掩埋，防止導入雜散電流。

2.1.2 氮氣防滅火系統

裝備MYQ-1 型惰氣防滅火系統，汽化器汽化氮氣能力1400 m3/h，外接容積31.7 m3的低溫液體儲罐，外購液態氮的純度大于99.99%；注氮管路為專用管路，工作面生產前即在兩順槽安裝完畢，并隨工作面回采調整管路出口，保證了注氮強度、純度和合理的氮氣出口。

2.1.3 均壓防火技術

采用礦井總風量調節和局部風量調節，主要通風機調節方式為電動機變頻調節，操作簡單。進風聯絡巷設有調節風門可增阻調節，運煤巷之間的風門打開后實現封閉區均壓。

2.1.4 可靠的監測手段

裝備KJ66X 安全監控系統和JSG-7 型束管監測系統，在工作面密閉墻外設置甲烷、溫度、氧氣、一氧化碳等傳感器實時監測氣體變化，兩順槽各設置4 路單支束管，采樣分析。

2.1.5 啟封密閉隊伍

密閉啟封由簽訂協議的專業救援隊伍負責，礦兼職救護隊和專門防滅火隊伍協助。

2.2 風險辨識

（1）工作面為先俯采后仰采，低洼處設有臨時水倉。該工作面除生產和防火注漿水外自然涌水量極少，沒有水災風險。

（2）火災風險分采空區、工作面、順槽3 部分。采空區存在火災重大安全風險，工作面存在火災較大安全風險，順槽存在火災一般安全風險，預防的重點在工作面采空區。

（3）生產期間采空區及工作面瓦斯檢測，甲烷濃度低于0.10%，存在瓦斯一般安全風險。采空區封閉后氧氣濃度低于10%，啟封恢復通風排放瓦斯，進入檢查時存在瓦斯較大安全風險。

（4）工作面三機及供電設備，封閉區注氮后相對濕度降低，支架液壓系統關閉，電氣設備從變電所停電掛牌，機電存在一般風險。單軌吊機車停在封閉區外，煤流系統停止運行，運輸辨識為低風險。

（5）停工后沒有采動影響，頂板和沖擊地壓辨識為一般風險。

（6）在拆除密閉時，使用的工具存在物體打擊安全風險，使用登高叉梯存在高處墜落風險，拆除墻體存在粉塵職業病危害等風險，辨識為低風險。

2.3 實施

（1）1 月31 日夜班開始維護工作面、電氣設備，端頭施工隔離墻，留設注氮出口，運順防火墻處皮帶落地，兩順槽防火墻處拆除單軌吊梁，工作面停電，調整監控設備等。

（2） 1 月31 日早班礦組織驗收，人員撤離后在上下順槽入口拉設警戒，嚴禁人員進入，兩順槽同時用防火門板、風筒布施工密閉，主要通風機降低運行頻率。

（3）風量不足時，打開運煤巷風門（停止風門狀態傳感器運行），噴涂完畢后在兩順槽開門點設置柵欄及警示標志。

（4）關閉3306 軌道順槽聯絡巷風門，風量不低于最低風速和稀釋有毒有害氣體計算的需風量為宜。

（5）工作面最大限度地注氮氣。

（6）根據監測分析結果，調整注氮出口、頻次和注氮量。

（7）封閉區監測到的甲烷濃度最大值0.19%，氧氣濃度低于10%，一氧化碳濃度降低，無自然發火征兆。

（8）啟封前一天停止注氮。

3306 工作面封閉期間束管、注氮管路、密閉墻及主要調節設施布置示意圖如圖1。

圖1 3306 工作面封閉期間布置示意圖

2.4 啟封

（1）2 月11 日早班成立指揮部，地面總指揮為總工程師，現場指揮為通防副總工。站崗警戒，停電掛牌，瓦斯檢查，參加人員準備完畢，匯報調度室、指揮部。

（2）主要通風機提高頻率，打開上順槽聯絡巷風門增加系統風量，恢復密閉墻外供水，并對附近巷道灑水滅塵。

（3）采用全風壓限量排放法，礦山救護隊先啟封下順槽密閉，匯風流瓦斯不超限的情況擴大到人員進入的空間；然后撤出，在運煤巷上風側設置警戒，并設專人檢查瓦斯。

（4）采取同樣的方法拆除上順槽，先開一小口，檢查上順槽密閉內及下順匯風口甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧氣等氣體無異常后繼續拆除，同時逐步關閉運煤巷風門。

（5）恢復通風且穩定30 min 以上，檢查回風流氣體符合規程要求后，進入檢查，進風溫度23～25 ℃，回風溫度26～30 ℃，工作面轉載機處氧氣大于19%，回風隅角氣體無瓦斯積聚但空氣干燥。

（6）檢查完畢無異常匯報總指揮，恢復通風工作面結束，撤除警戒。通防工區、綜采工區進入檢查，逐步恢復各系統，瓦斯檢查員全面巡查一遍，發現異常及時匯報。

（7）監控中心恢復監控系統，通防工區調整工作面風量恢復到封閉前的狀態。

（8）對采空區注防火劑，超前煤體二次預處理。

3 3306 綜放面風險控制效果分析

3.1 封閉期間氣體分析

（1）從工作面上、下順槽檢測點氧氣和一氧化碳濃度變化趨勢可以看出（圖2、圖3）：封閉后采空區及順槽頂板煤體內一氧化碳氣體涌出濃度增加，隨著注氮量、封閉空間壓力增加，氧氣、一氧化碳濃度呈下降趨勢，火災風險降低；氧氣濃度低于7%時能夠起到防火惰化作用。

圖2 3306 工作面封閉期間氧氣濃度變化曲線

圖3 3306 工作面封閉期間一氧化碳濃度氣體變化曲線

（2）從2 月7 日進風到回風各檢測點氧氣濃度變化可以看出（圖4）：氧氣濃度從進風側密閉內開始逐漸升高，下順槽密閉內外氧氣濃度較高，上順槽密閉內氧氣濃度最低。主要原因：封閉前沿進風巷道溫度逐漸增加，工作面俯采，封閉后空氣處于停滯狀態，氮氣出口溫度較低，出現類似于火災時風流逆退的現象，靠近底板氣體進入、頂板返回，但由于動力不足而運順始終變化不大。

3.2 上、下順槽頂煤鉆孔氣體變化分析

通過封閉前、啟封后頂煤鉆孔取樣分析（地點從進風到回風依次編號）（圖5），在順槽氧氣濃度降低時一氧化碳濃度整體呈下降趨勢，頂煤火災風險無變化。

圖4 3306 工作面封閉期間氧氣濃度變化趨勢

圖5 3306 上下順槽頂煤鉆孔一氧化碳濃度變化對比

4 結 論

（1）從檢測數據分析，在低氧狀態下惰化了煤體氧化，一氧化碳濃度值下降，在低氧環境下火災風險降低。說明綜放工作面采取封閉注氮防火管理技術可行、安全可靠、實施簡單、經濟合理。

（2）KJ66X 監測監控系統、JSG-7 束管監測系統對工作面實時監測，結合現場檢查和采取人工取樣地面氣體分析，綜合分析研判火災風險，適時調整注氮出口、時間和流量，在預防火災隱患的同時降低防火成本，做到有的放矢。

（3）綜放工作面封閉注氮后空氣干燥，對三機設備基本無影響，對支護金屬網銹蝕變化影響較小。綜放工作面涌水量、瓦斯涌出量等危險辨識準確，巷道低洼處積水深度小于0.5 m，封閉區甲烷濃度小于0.2%，氧氣濃度在10%以下。

（4）人工取樣系統以往采用布置束管，人工多次握壓取樣氣球膽，沖洗礦用采樣氣球膽才能完成。若束管距離較長再用取樣氣球膽抽氣壓力明顯不足，現場適當改造QBK 氣動隔膜泵代替，解決了采樣負壓不足和時間較長的問題。

（5）采取主要通風機降頻、均壓防火技術，減少了均壓巷道過風量，降低了工作面兩端的壓差、漏風量。

（6）封閉注氮防火管理技術的實施過程，對綜放工作面火災風險管控、隱患治理、火災處置具有借鑒意義。