麻家梁礦14101 工作面回采期間防滅火技術(shù)研究

鄧 振 宇

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)蒲縣昊興塬煤業(yè)有限公司，山西 臨汾041200）

1 工程概況

麻家梁礦開(kāi)采4#、5#、6#、7上#、7下#與9#煤層，礦井絕對(duì)、相對(duì)瓦斯涌出量為3.82m3/min、1.63m3/t。礦井初采煤層為4#煤，平均厚7.42m，屬自燃煤層，自然發(fā)火周期為58d，與5#煤間距為8～10m。14101工作面為礦區(qū)首采工作面，走向長(zhǎng)為1 760m，傾向長(zhǎng)204m，傾角1°～3°之間。

4#煤頂板泥巖、K5 砂巖為主，底板為泥巖，14101 綜放工作面開(kāi)采4#煤，采放比為1：1.8，采用U 型通風(fēng)方式，即為膠帶順槽進(jìn)風(fēng)，輔運(yùn)順槽回風(fēng)。采面采用綜放開(kāi)采時(shí)采空區(qū)空間大、遺煤量多，煤層自燃發(fā)火壓力較大[1]。

2 采面回采初期綜合防滅火技術(shù)

2.1 建立束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

煤層自燃發(fā)火經(jīng)歷潛伏期、自熱期和發(fā)火燃燒期，各階段對(duì)應(yīng)的氣體濃度與溫度具有較為明顯的變化，因此，建立完備的監(jiān)測(cè)機(jī)制，對(duì)發(fā)生自燃火災(zāi)的標(biāo)志性氣體的含量變化進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，及時(shí)預(yù)測(cè)氣體溫度變化，是礦井預(yù)防火災(zāi)的重要基礎(chǔ)[2]，為有效防止煤層自燃現(xiàn)象，14101 綜放工作面現(xiàn)配備KSS-200 型管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體布置見(jiàn)圖1。

14101 綜放工作面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共布置7 個(gè)束管測(cè)點(diǎn)，輔運(yùn)順槽內(nèi)安設(shè)4 趟抽氣管路，布置1-4#測(cè)點(diǎn)，其中，1-3#測(cè)點(diǎn)布置在采空區(qū)側(cè)，各測(cè)點(diǎn)間距為50m，3#測(cè)點(diǎn)距離工作面切眼位置為150m，4#測(cè)點(diǎn)布置在上隅角位置；膠帶順槽安設(shè)4 趟抽氣管路，每隔50m 布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為5-7#，均在采空區(qū)內(nèi)，在7 個(gè)測(cè)點(diǎn)上安裝采樣器，通過(guò)氣相色譜儀對(duì)采空區(qū)內(nèi)O2、N2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、等氣體的濃度進(jìn)行分析，14101 工作面束管測(cè)點(diǎn)布置示意如圖2 所示。

2.2 合理控制風(fēng)量

14101 工作面正常回采期間，工作面風(fēng)量在1 600m3/min 左右，2020 年5 月中旬至6 月中旬期間，工作面受斷層影響，推進(jìn)受阻，在保持原供風(fēng)量的情況下，采空區(qū)漏風(fēng)量增加，自燃三帶前移，采空區(qū)CO 濃度與遺煤溫度持續(xù)增加，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，工作面回采期間，CO 最大濃度高達(dá)160×10-6，采空區(qū)自燃發(fā)火威脅較高，針對(duì)此現(xiàn)象，對(duì)14101 綜放工作面風(fēng)量進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，分階段式地將工作面進(jìn)風(fēng)量降低至1000m3/min，降低采空區(qū)遺煤溫度、CO 濃度，束管監(jiān)測(cè)顯示，采空區(qū)內(nèi)CO 濃度降低并維持在80×10-6左右，上隅角CO 濃度穩(wěn)定在21×10-6左右，14101工作面采空區(qū)CO 氣體濃度變化情況如圖3 所示。

圖2 14101 工作面束管測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖3 采空區(qū)CO 濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.3 采空區(qū)注氮防滅火

惰性氣體能夠有效隔絕煤體表層與空氣的接觸面積，降低采空區(qū)內(nèi)氧氣的含量，起到良好的防滅火效果，為有效抑制采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃[3-4]，14101綜放工作面通過(guò)對(duì)采空區(qū)24h 不間斷注氮進(jìn)行防滅火管理，14101 工作面所需注氮量為204m3/h，礦井地面建有制氮車(chē)間，配備PSA97-3000 型制氮機(jī)，制氮機(jī)制氮能力為3 000m3/h，制氮純度為97%，氮?dú)廨斔凸苈酚芍骶佋O(shè)至井底，經(jīng)運(yùn)輸大巷、膠帶順槽進(jìn)入采空區(qū)，14101 工作面采用邁步式埋管注氮工藝，在膠帶順槽巷幫底部沿采空區(qū)埋設(shè)4 寸鋼絲纏繞軟管，每循環(huán)管路50m，與主注氮管路用法蘭連接。工作面回采時(shí)，埋入1 趟管路進(jìn)入采空區(qū)20～30m 開(kāi)始進(jìn)行注氮，并埋第2 趟管路；第2 趟管路進(jìn)入采空區(qū)20～30m 后，拆除第1 管路同時(shí)開(kāi)始注氮。如此循環(huán)往復(fù)，至工作面采完為止。14101 工作面埋管注氮管路布置示意如圖4 所示。

2.4 噴灑阻化劑

圖4 14101 工作面埋管注氮管路布置示意圖

對(duì)煤壁、采空區(qū)內(nèi)浮煤噴灑阻化劑降低遺煤自燃發(fā)火，14101 工作面采用移動(dòng)式氣霧阻化工藝，在工作面膠帶順槽進(jìn)風(fēng)隅角處安裝霧化噴嘴，在采面通風(fēng)作用下將阻化劑噴灑至采空區(qū)遺煤上，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)防滅火。在14101 工作面膠帶順槽串車(chē)上安裝阻化劑藥箱，配備規(guī)格為BPW-360/16A 的阻化泵，通過(guò)專(zhuān)用管路、專(zhuān)用霧化器將阻化液噴灑至采空區(qū)。阻化劑選用濃度為12%的工業(yè)MgCl2溶液，溶液密度為1.05t/m3，根據(jù)14104 工作面開(kāi)采情況，設(shè)計(jì)每日所需阻化劑的用量為0.5t。1 工作面正常回采期間，每日對(duì)采空區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)連續(xù)噴霧，工作面停采或受地質(zhì)構(gòu)造影響推進(jìn)緩慢時(shí)期，由于采空區(qū)漏風(fēng)量增加，遺煤易發(fā)生自燃，需適當(dāng)增加噴霧量與噴霧次數(shù)，防止遺煤自燃威脅[5]。14101 工作面氣霧阻化系統(tǒng)示意如圖5 所示。

圖5 14101 工作面氣霧阻化系統(tǒng)示意圖

2.5 端頭封堵

采空區(qū)漏風(fēng)、氮?dú)庖绯鍪窃斐蛇z煤氧化升溫與上隅角低氧現(xiàn)象的主要因素，因此，為降低采空區(qū)漏風(fēng)量，14101 綜放工作面采用端頭封堵工藝進(jìn)行采空區(qū)防滅火治理，隨采面回采，每隔30m 在兩順槽上構(gòu)筑一道封堵墻，墻體厚1.5m，材質(zhì)為磚塊+粉煤灰+水泥。封堵墻砌筑時(shí)應(yīng)與巷道頂板接觸密實(shí)，并用粉煤灰、水泥封堵裂隙。具體14101 工作面順槽端頭封堵示意如圖6 所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜放工作面采空區(qū)范圍廣、空間大，頂煤冒落強(qiáng)度高，殘留遺煤多，工作面防火壓力較大，是影響煤礦安全生產(chǎn)的重大威脅，為有效消除礦井火災(zāi)隱患，提高工作面生產(chǎn)安全，麻家梁礦14101 綜放工作面建立束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)合理控制風(fēng)量、對(duì)采空區(qū)注氮、噴灑阻化劑以及施工端頭封堵等綜合技術(shù)控制煤層自燃，實(shí)踐表明，該工藝能夠有效降低采空區(qū)、上隅角CO 氣體濃度，消除煤層自燃發(fā)火隱患，確保礦井安全生產(chǎn)。

圖6 14101 工作面順槽端頭封堵示意圖