綜放工作面采空區火源探測及綜合治理技術

2021-05-12 05:49:58冀愛仙

煤 2021年5期

冀愛仙

(山西省煤炭職業中等專業學校，山西太原 030006)

在我國煤礦火災中，采空區遺煤火、煤田火是主要的類型，其中采空區遺煤火在各大礦區均有發生。由于其發火位置具有隱蔽性，發火前期并不能被人所發現，這樣就增加了采空區火源治理的難度。目前單一的防滅火措施治理采空區火源治理效果不佳，因此在采空區火源治理過程中要采用防治結合的綜合治理措施，才能確保良好的防治效果。

1 工程概況

口泉煤業位于山西省大同市，井田內可采煤層為19-22合并煤層、25號煤層，其中19-22號煤厚12.99～26.52 m，平均22.10 m，主要采用綜采放頂煤回采工藝進行開采。8204工作面位于19-22號煤2盤區，煤層自燃等級Ⅱ級，屬于易自燃煤層，工作面煤厚13.4 m，推進長度640 m，傾向長度為148 m，設計采高3.4 m，放煤高度10 m。

由于工作面煤層較厚，采用放頂煤回采，導致大量遺煤進入采空區，加之工作面不可避免的存在著漏風，為采空區煤層自燃創造了良好的條件。在工作面回采過程中發現回風隅角CO含量集中在20～24×10-6之間，有時甚至超過規定值24×10-6，由此判斷8204工作面采空區遺煤可能已經自燃，為了保證工作面安全回采，必須要對采空區遺煤自燃情況進行準確的探測并制定切實可行的防滅火措施。

2 采空區火源探測

2.1 探測方法選擇

有效治理采空區煤層自燃的關鍵就是要準確探測采空區著火位置，從而進行有針對性的防滅火工作。在火區探測過程中，最常用的方法為測氡法。在煤系地層中氡元素分布廣泛，由于煤炭開采形成了大量采空區，采空區覆巖受到采動影響發生垮落，產生了大量裂隙。采空區煤層一旦發生自燃，周圍溫度升高，氡將會從采空區煤巖體中析出，氡氣濃度出現異常，當濃度達到某一值時就會趨于穩定，現場可以根據氡氣這一性質進行采空區火區范圍確定。

2.2 探測結果分析

根據口泉煤業8204工作面現場開采情況，確定本次火區探測區域東西方向650 m，南北方向550 mm，測點距為15 m×15 m，共布置728個測點，探測面積35.75萬m2。由圖1可知，在8204工作面采空區內發現溫度異常區域1處，高溫氧化區位于工作面切眼附近，溫度范圍100～200 ℃，火源趨勢由采空區東南方向西北方逐漸擴散，如不進行治理，會影響到礦井的安全開采。

圖1 測氡法火源探測結果

3 火源治理技術

3.1 注漿防滅火

根據探測結果，并結合口泉礦實際生產條件，確定在8204工作面切眼西北方側設置一道隔離墻，并向采空區火區進行注漿，用于防治火源蔓延對采掘工作的影響，具體技術參數如下：

1) 墻體厚度1.5 m，走向長度200 m。

2) 墻體采用無機速凝充填材料，與水溶液充分攪拌后5 min內可實現凝結，2 h后強度可達到1.5 MPa以上。

3) 由8204工作面巷道向切眼附近采空區進行注漿，每隔20 m設置一個鉆場，共設置11個，鉆場內鉆孔方位角為70～100°，孔徑75 mm，孔深50 m，鉆孔施工完成后，一次灌注一組鉆孔。

3.2 采空區噴灑阻化劑

1) 將裝有阻化劑液體的儲液箱和注液泵安裝在運輸巷平板車上，距離工作面50 m處，用輸液管路將阻化劑輸送到工作面進行噴灑。

2) 將20%濃度的工業CaCl2倒入儲液箱，用供水管路嚴格按比例加足清水，配成溶液攪拌均勻后，用BH-40/2.5型阻化劑噴射泵將阻化液輸送到工作面。

3) 一臺泵配一支噴槍，由專人手持噴槍，從溜子機頭向機尾從支架間隙向采空區噴灑，每間隔5組支架噴一次，每次噴灑至少6 min。正常回采期間每循環噴灑一次，安排在每循環結束后進行。如遇停產、過斷層、收尾等情況時，必須對采空區加大噴灑頻率。噴灑系統工藝如圖2所示。

圖2 移動式噴灑系統工藝

3.3 均壓防滅火

由于工作面與采空區存在壓差，導致回采過程中采空區漏風嚴重，也是煤層自燃的主要原因之一。為了緩解采空區漏風情況，工作面設置了均壓防滅火措施，在8204工作面輔運巷內安裝風機，回風巷內設置調節風窗，用來調節工作面風壓。該措施可以有效改變工作面內部風壓，調節壓差，從而切實減小工作面漏風。

4 應用效果分析

為了檢驗8204工作面采空區防滅火效果，對采空區自燃情況進行了監測。監測結果如圖3、圖4和圖5所示。通過多項防滅火措施的實施，采空區CO濃度大幅度降低，由最初246×10-6%下降到了10×10-6%，并趨于穩定，說明采空區遺煤自燃現象已經得到了很好的控制。同時采空區氧氣濃度在實施防滅火措施7 d后出現了明顯下降，最終穩定在2%左右，采空區溫度也由最初的25.3 ℃下降至11.2 ℃。所有標志采空區遺煤自燃的指標(CO、O2濃度、溫度)值均沒有出現反復，說明采空區遺煤自燃滅火后并未發生復燃現象，且隨工作面回采，采空區維持良好的狀態，有效抑制了遺煤自燃。