麻家梁礦綜放工作面防滅火技術工藝實踐

常 鑫

（同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司山西朔州038500）

1 工程概況

麻家梁井田位于山西省朔州市南部、朔南礦區東南部，初期開采4#煤層，全區穩定可采，礦井絕對瓦斯涌出量為1.449 m3/min，相對瓦斯涌出量為0.075 m3/t，屬于低瓦斯礦井，目前開采的4#煤層自燃發火等級為Ⅱ級，屬易自燃煤層，最短自燃發火期為88 d。14208綜放工作面位于井田二采區西部，走向長度為2 096.3 m，傾向長度為228.5 m，工作面煤層厚度在2.80 m～11.90 m之間，平均煤層厚度為7.35 m，平均傾角為3°，14208綜放工作面基本頂為泥巖及砂質泥巖互層，平均厚度14.9 m；直接頂為中砂巖，平均厚度7.72 m；直接底為泥巖，平均厚度2.25 m；基本底為粉砂巖及泥質粉砂巖，平均厚度18.97 m。14208工作面采用一進一回的“U”型通風方式，由膠帶順槽進風，輔運順槽回風，工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤采煤法，自然垮落法管理采空區頂板，該工藝頂煤冒落強度大，采空區殘留遺煤多、漏風嚴重，遺煤自燃發火隱患大，因此，防止采空區遺煤自燃是確保綜放工作面安全生產的重要保證。

2 礦井煤層自燃因素

麻家梁礦主采4#煤層在開采過程中存在自燃危險，主要表現為：礦井初期開采的4#煤層平均揮發分在40%左右，屬變質程度較低的長焰煤～氣煤，自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層；工作面綜放回采的過程中，在長期礦壓作用下，容易造成巷幫煤體破碎、裂隙發育、空幫等現象，加之采空區“兩道兩線”浮煤多，漏風量大，采空區遺煤發生自燃的可能性極大。

3 14208工作面漏風量測算

為測算14208綜放綜放工作面漏風情況，擬沿工作面切眼、輔運順槽、膠帶順槽位置上布置6個測點，測點編號分別為1#、2#、3#、4#、5#、6#，各測點間距為50 m，14208綜放工作面測點位置示意如圖1所示。

圖1 14208工作面測點布置示意圖

根據測算，繪制出14208綜放工作面各測點實際通風量、基本漏風量曲線示意如圖2、圖3所示。

圖2 14208綜放工作面各測點實際通風量曲線圖

圖3 14208綜放工作面測點基本漏風量曲線圖

由圖2、圖3各測點通風量與漏風量變化趨勢可以看出：

（1）14208綜放工作面漏風量隨風流的流向逐漸減小，靠近膠帶順槽位置的漏風量明顯大于靠近輔運順槽的漏風量，即靠近進風側的漏風量大于靠近回風側的漏風量；

（2）14208綜放工作面的最大漏風量主要分布在距膠帶順槽橫向位置50 m～70 m的區域范圍內，最大漏風值高達400 m3/min；

（3）由各測點的漏風情況分析可知，14208綜放工作面的重點防滅火區域為：采空區內部距離膠帶順槽橫向距離為50 m～70 m的區域范圍內。

4 防滅火治理技術

工作面正常回采期間，14208綜放工作面主要確定有以束管監測系統為監控預測、減少采空區遺煤、遞減工作面配風量、工作面上下端頭封堵、灑水降溫、回采工作面噴灑阻化劑以及工作面鉆孔定點注氮等綜合防滅火技術工藝。

4.1 減少采空區遺煤

采空區遺煤自燃是造成礦井火災的重要誘因之一，為減少遺煤自燃威脅，14208綜放工作面在進入停采前的50 m范圍內，對進、回風隅角處的錨網索等零瑣部件進行拆卸，使進、回風隅角的頂煤充分冒落，同時強化放煤力度，加大放煤量，盡量使工作面與后部采空區形成一道矸石隔離帶，該工藝能夠有效降低停采期間采空區的遺煤量，減小漏風強度，在一定程度上消除了遺煤自燃威脅[1]。

4.2 精確風量控制，遞減工作面配風量

工作面漏風強度與氧化帶的寬度會隨供風量的加大而增大，因此，合理減小工作面風量供應，能夠減少工作面漏風量，有效縮短自燃三帶與氧化升溫帶的范圍，降低防火壓力。為確保工作面施工作業的安全性[2]，14208綜放工作面在進入末采階段后，根據工作面用風量并結合上隅角氣體濃度情況，合理調控、遞減風量，確定出最優配風量，在瓦斯不超限的情況下，減小工作面的供風量，做到低風量、低風壓供風，有效降低采空區遺煤自燃發火的風險。14208綜放工作面不同作業階段配風量情況如表1所示。

表1 14208綜放工作面不同作業階段最優配風量

4.3 工作面上下端頭噴漿封堵，減少向采空區漏風

為減少向采空區漏風量，有效縮短氧化長度，14208綜放工作面推進后，每隔50 m，在工作面上下端頭施工一組粉煤灰墻進行封堵，封堵范圍為煤幫至后溜尾處。每道粉煤灰墻厚度為1.8 m，待粉煤灰墻構筑完畢后，通過鋪灑固化材料對墻體進行裂隙封堵。14208工作面端頭封堵示意如圖4所示。

工作面停采期間，利用噴漿機對后擺梁后方采空區遺煤進行全面噴漿，即在工作面支架推進后，沿支架架縫向架后采空區浮煤進行噴漿封堵，降低遺煤溫度，減小遺煤與氧氣的接觸面積，增強密閉效果，通過減少裂隙漏風及氧化范圍，縮短自燃“三帶”的長度，有效抑制采空區遺煤自燃威脅[3]。

圖4 14208工作面端頭封堵示意圖

4.4 灑水降溫

綜放工作面回采推進期間，采空區留有大量浮煤，煤氧作用的熱量會逐漸積聚，遺煤溫度高，發生自燃威脅的可能性較大，為降低工作面遺煤溫度，14208綜放工作面在后溜頭處增設了強力噴霧灑水裝置，沿支架架縫向采空區后方進行不間斷的噴灑水霧，濕化采空區遺煤，降低采空區溫度。14208工作面灑水噴霧裝置布置示意如圖5所示。

圖5 14208工作面灑水噴霧裝置布置示意圖

4.5 回采工作面噴灑阻化劑

為惰化煤體化學活性，有效降低煤層自燃發火概率，14208綜放工作面現已建立移動式阻化劑防火系統，通過對回采工作面噴灑阻化劑實現防滅火現場管理，即在工作面溜頭設置霧化噴嘴，將濃度比例為18%的工業MgCl2阻化劑水溶液通過霧化噴嘴霧化成氣霧，借助漏向采空區的風流將阻化劑溶液帶入采空區漏風之處，在重力、靜電力等作用下，降落附著在遺煤上，惰化浮煤活性，阻隔浮煤與氧氣接觸的面積，實現對采空區防滅火的目的[4]。14208工作面阻化劑防火系統示意如圖6所示。

圖6 14208工作面阻化劑防火系統示意圖

4.6 采空區埋管注氮

根據14208綜放工作面回采基本情況，利用FLUENT數值軟件對采空區“三帶”進行了模擬分析，確定出14208工作面自燃帶主要集中于距離工作面40 m～65 m的區域范圍內，根據自燃帶分布的情況，提出邁步式注氮防滅火技術工藝，即當工作面回采至距停采線50 m時，從膠帶巷預埋兩趟注氮管路，鋪設至采空區自燃帶集中區，氮氣出口位置分別位于停采后支架切頂線以里的30 m與50 m位置處，每天24小時對綜放工作面采空區實施不間斷定點注氮，注氮調整量范圍1 500 Nm3/h～1 800 Nm3/h，注入氮氣濃度≧97%，從而有效降低采空區40 m～65 m自燃帶的氧氣濃度，縮短氧化帶長度，減緩遺煤的氧化速度[5]，實現對采空區火災威脅的有效治理。

5 結語

為有效消除礦井火災威脅，麻家梁煤業多措并舉，施行了減少采空區遺煤、遞減工作面配風量、工作面上下端頭封堵、灑水降溫、回采工作面噴灑阻化劑以及采空區埋管注氮等多項綜合防滅火技術工藝，14208綜放工作面回采開始到密閉完成期間，采空區內CO濃度未超過90 ppm，工作面內CO濃度穩定在24 ppm以下，工作面漏風監測采空區漏風率控制在5.8%以內，工作面整個生產周期未出現火情，巷道溫度最高為26℃，該技術工藝有效地杜絕了火災事故的發生，確保了工作面安全回采。