火區外圍采掘工作面火災預防研究與治理

冀中能源股份有限公司邢臺礦 張博

一、項目概述

冀中能源股份有限公司邢臺礦開采時間53年，井下采空區密布，防止采空區煤炭自然發火是礦井“一通三防”的長期管理重點和目標。本項目重點研究7620工作面及其外圍7200采空區（火區）自燃火災的防治。7200工作面回采結束后，于2014年5月對其進行了永久封閉，2016年6月在其采空區回風側發現高濃度CO,采空區發生自然發火，經過火災治理后，火區得到有效控制。7620工作面為7620火區附近邊角煤工作面，受工作面采掘影響，7200火區存在較大復燃風險，因此，為保證采掘工作面的安全，需要對7620工作面及外圍采空區進行火災防治研究與治理。

二、主要研究內容

（1）7620外圍巷道漏風情況。對采空區封閉后，通過檢測進、回風側防火密閉墻內氣體，判斷密閉墻體及巷道裂隙漏風情況，進一步確定自然發火疑似點位置。

（2）注漿防滅火情況。采空區封閉前鋪設注漿管路，對采空區進行注漿，研究該地區注漿防滅火治理效果。

（3）其他防滅火手段。針對該地區特點，制定切實可行、有效的治理方法，如采空區自然發火疑似點打鉆注漿、注氮等。

（4）優化7620工作面采掘布置，降低或避免7620外圍巷道（7200采空區）對工作面采掘的影響，保證工作面順利回采。

三、技術方案

（一）火區自然發火點的確定

根據以下現象、特點可推測7200采空區為火災疑似點。

（1）火災標志性氣體首先發現于采區回風側閉墻內外，根據該回風巷服務采區，可推測火災疑似點位于7200地區。

（2）7200工作面采用綜合放頂煤開采工藝，煤炭回收率較低，采空區、停采線附近浮煤堆積較多。

（3）7200地區周圍老巷、老空區較多，7200煤柱回采工作面回采完成后，停采線位于東翼進風大巷附近，受礦壓影響，該地區可能產生較多新生裂隙，與采空區形成漏風通道，導致浮煤氧化、自熱。

（二）綜合治理方案

1.7200火區治理方案

針對7200采空區自然發火特點，為達到控制、消滅采空區自然發火的目的，保證7620工作面安全掘進施工，第一階段，我礦制定了以鉆探為檢測手段，火區注漿覆蓋、封堵漏風為治理措施的綜合治理方案，具體方案如下：

第一步：通過在7620運料通道平巷段合適位置布置鉆場，向7200工作面停采線、兩道垮落段及采區回風道等可疑發火區內布置檢測鉆孔，通過鉆孔檢測可疑發火區內溫度及氣體參數，根據檢測結果進一步圈定發火范圍。檢測鉆孔布置示意圖（如圖1所示）。

圖1 檢測鉆孔布置示意圖

第二步：通過第一步初步檢測結果得出初步發火區域后，在此基礎上根據現場情況布置立體檢測鉆孔進一步鎖定發火空間區域，檢測鉆孔間距為5～8m，根據氣樣中標志性氣體參數值和測溫參數值確定氧化發火空間，如工作面隅角范圍、冒頂巷道范圍、破碎煤柱范圍等區域。根據發火空間范圍及災害程度進一步確定綜合治理方案。

第三步：基于7620工作面采掘時間長，老巷、漏風裂隙多的客觀因素，在采空區閉墻、發火空間區域需通過灌注防滅火材料進行全充填覆蓋，起到全面的隔氧、降溫、冷卻、濕潤、封堵漏風的效果，從根本上控制遺煤氧化發火的隱患。

該方案可總結為“控制發火空間區域+發火空間充填滅火封堵”綜合性火災治理方案。

（1）控制發火空間區域

在7620運料通道平巷段（7200采空區外圍巷道內）合適位置布置鉆場，在7200工作面停采線、兩巷遺煤段、采區回風道等可疑發火區內共布置檢測鉆孔8個，其中1個位于運料巷封閉段中部，4個位于7200停采線平均四分點處，3個位于運輸巷封閉段平均三分點處，各個鉆孔逐個施工，及時檢測溫度及標志性氣體參數，根據測試結果及時調整施工順序。通過鉆孔檢測可疑發火區內溫度及氣體參數，根據檢測結果進一步圈定發火范圍。

檢測鉆孔施工完畢后，通過在鉆孔內布置測溫電偶檢測鉆孔方向上的溫度變化趨勢，同時通過對每個鉆孔抽取內部氣樣化驗分析，根據氣樣中標志性氣體參數值和測溫參數值綜合分析氧化區域。

（2）發火空間充填滅火封堵

通過第一步綜合分析得出初步發火區域后，在此基礎上根據現場情況布置立體檢測鉆孔進一步鎖定發火空間區域，檢測鉆孔間距為5～8m，根據氣樣中標志性氣體參數值和測溫參數值確定氧化發火空間，如工作面隅角范圍、冒頂巷道范圍、破碎煤柱范圍等區域。

根據發火空間范圍及災害程度進一步確定綜合治理方案，后期通過檢測鉆孔灌注普瑞特Ⅳ材料，實現一孔兩用。

2.7620工作面治理方案

7620工作面采用放頂采煤工藝，位于7200火區附近，工作面回采過程中，采空區可能存在一定程度的遺煤，加之經過多條老巷，極易造成采空區煤炭自然發火，工作面回采期間主要采取以下措施手段。

（1）7620采空區采用播撒阻化劑（氯化鎂）防滅火，配合定期灑水濕潤，播撒位置為工作面機頭、機尾及架間暴露的煤體部位，播撒時間為每天檢修班，一次播撒量為50kg,并及時灑水濕潤。

（2）工作面上下隅角要加強放頂管理，并與切頂線放齊，冒落嚴實，用于減少向采空區漏風。

（3）加快回采速度，不應出現臨時停采。

（4）將7620工作面注漿管路接至兩巷停采線位置，運料巷注漿管接至工作面，工作面回采過程中，在采空區預埋注漿花管，根據實際情況進行注漿。

（5）加強地區永久密閉墻內外氣體的檢查，做好火災預測預報工作，發現瓦斯或一氧化碳濃度升高，應及時采取封堵、注漿或注氮措施進行治理。

（6）7200火區繼續進行注氮，非特殊原因（停電、停水、注氮機保養、故障等不得停機，每班應有注氮人員對注氮機進行巡檢，發現異常及時處理，確保注氮機正常運行。

四、應用總結及效果分析

確定治理方案后，開始檢測鉆孔的施工，施工過程中發現，7200停采線回風側隅角及回風巷段3個鉆孔內均檢測到有較高濃度CO，其中，停采線回風側隅角CO濃度最高，最高濃度達到3000ppm，且鉆孔內溫度明顯高于周邊孔，回風巷段鉆孔內CO濃度次之，濃度范圍在120-550ppm之間，停產線進風段鉆孔內均未檢測到CO。根據以上檢測結果可基本確認7620工作面外圍巷道自然發火點位于7200停采線回風隅角位置，漏風地點主要為采區進、回風側密閉及受采動影響的大巷裂隙。

根據以上分析原因，分別進行了采空區密閉前加固堵漏和自然發火點注入高分子膠體材料，共計使用注漿料28噸。

通過采取以上堵漏、注防滅火措施，在鉆孔內，采區進、回風側閉墻內均未檢測到CO氣體，其他氣體趨于穩定，7200采空區自然發火得到有效控制，治理效果明顯。由于前期火災防治工作有效，7620工作面得以正常掘進。

7620工作面掘進后期至工作面正常回采期間，對重點火災管理區域進行了強化管理，在加強采空區老巷堵漏風和檢查觀測的基礎上，裝備制氮機、束管監測系統等先進裝置，避免了采空區自然發火，確保了工作面各項工作的順利開展。

五、技術先進性

該項目在采用傳統注漿、堵漏風防滅火措施的同時，為提高滅火的準確性和有效性，通過系統分析，向著火點附近施工定向鉆孔，注入膠體材料直接滅火，封堵漏風，該方法針對性強、效果顯著。同時，為進一步減少漏風，強化火區治理，采用采空區注氮措施，配合JSG6N型束管監測系統24小時監測采空區氣體變化，監測、治理措施有效且較為先進。

六、經濟社會效益

火區外圍采掘工作面火災預防技術的研究與治理，消除了7620工作面外圍采空區的火災威脅，為7620工作面的順利采掘提供了安全保障，同時積累了先進的礦井火災防治經驗，礦井火災防治裝備水平得到進一步提升。

七、應用推廣前景

該項目采用了采空區注膠體、均壓、堵漏風、注氮、束管監測等綜合防滅火措施，7620工作面及外圍采空區火災得到有效遏制，防治效果顯著。項目的實施增加了制氮機、束管監測系統等先進裝備，7620工作面回采結束后，該些裝備可在全礦工作面推廣使用，進一步提高了礦井火災防治水平。