易燃煤層工作面設備回撤期間正壓通風防滅火技術

張亞龍

（潞安化工集團有限公司山西新元煤炭有限責任公司， 山西 壽陽 045400）

引言

如何對易燃煤層防滅火是自燃煤炭開采時需要重點解決的問題，同時隨著礦井采掘深度增加，開采煤層中自燃煤層占比呈遞增趨勢。當采煤工作面處在停采、設備回撤階段時，煤層容易自燃[1-4]。山西某礦31103 綜采工作面開采的11 號煤層為容易自燃煤層，設備回撤期間面臨采空區遺煤自燃發火問題，為此，礦井根據以往研究成果及鄰近礦井11 號煤層工作面設備回撤防滅火經驗，提出采用正壓通風技術進行防滅火，并結合使用探灌孔、灌漿孔、注氮等技術實現了采煤工作面設備的安全回撤。

1 31103 綜采工作面概況

31103 綜采工作面傾向長度為175 m、走向推進距離1 308 m，開采的11 號煤層厚度均值為4.9 m。11 號煤層自燃發火傾向性為I 類，自燃發火期介于48～105 d，煤層頂底板巖層以粉砂巖、泥巖為主。31103 綜采工作面開采過程中有小煤窯破壞區，在采面末采期間發現小煤窯破壞區空巷。采面末采期間受到地質構造、小煤窯破壞等因素影響，采空區內遺煤量較大，采空區遺煤自燃發火危險性較高。同時，在采面回撤巷道周邊存在小煤窯破壞區，采面漏風量有所增加。

31103 綜采工作面在正常回采期間采用負壓通風方式，受到末采期間采面推進速度慢、采空區遺煤量大、采動裂隙發育等因素影響，采面部分液壓支架后方監測到CO 濃度（質量分數）最高為12×10-6。31103 綜采工作面回撤期間，避免采空區遺煤及鄰近小煤窯破壞區煤炭自燃是需要著重解決的問題。為此，礦井根據31103 綜采工作面回撤現狀及現場防滅火需要，提出綜合使用正壓通風、灌孔、注氮等技術進行防滅火。

2 正壓通風防滅火技術實施

2.1 采面回撤通道預防滅火

在31103 綜采工作面與回撤通道相距13 m 時，即開始進行末采防火工作。在采面液壓支架頂板上鋪設雙層金屬網，在金屬網中間夾雜一層風筒布，并在采面開始掛設第一道鋼絲繩，采面在末采期間共計布置15 道鋼絲繩（圖1 中展現1～12 道），鋼絲繩間距設計為0.8 m[5-6]。在鋼絲繩、金屬網片及風筒布等共同作用下對頂板進行支撐并減少采空區內有害氣體外溢量。對采面頂板裂隙發育區及小煤窯破壞區施工鉆孔，并灌注高分子材料封堵。具體防滅火技術措施如圖1 所示。

圖1 防滅火技術措施應用示意圖

在采面回撤通道形成后，在進風及回風隅角分別砌筑兩道密閉墻，在密閉墻內預留探測孔，并布置U 型壓力計，對密閉范圍內、外壓力差進行檢測。

2.2 正壓通風

在采面回撤通道施工完畢后，采用局部通風機向回撤通道內供風，在回風巷內施工密閉墻、機巷內施工風門，從而為回撤通道進行正壓供風。根據回撤通道瓦斯涌出量、作業人員數量、風速要求等，確定回撤通道供風量為采面正常供風量的50%，即回撤通道供風量設計為350～40 m3/min。回撤通道供風選用型號為FBDNo6.0/2×15，乏風經回撤通道、機巷等進入鄰近采面備用巷道。

在回撤通道進行正壓通風后，每班均對采面密閉、回撤通道、架后等位置氣體成分進行測定。由于回撤通道采用正壓通風，采空區內有害氣體在風壓作用下會向下風側移動，回撤通道內有害氣體溢出量較低。具體采面采空區有害氣體溢出線路如圖2 所示。

圖2 采空區有害氣體溢出線路

在回撤通道采用正壓通風后對各個測點獲取到的有害氣體成分進行分析，發現各個測點CO 濃度整體呈降低趨勢，但是采空區內有害氣體在風壓作用下向回風側涌出，應采取措施對回風巷道圍巖裂隙進行封堵，從而降低采空區內CO 外溢量及漏風量。

在采面回撤通道開始回撤后，即向采空區注氮，注氮量設計為1 500 m3/h、氮氣濃度（質量分數）為97%以上，采空區內注氮量遠大于漏風量。采用U 型壓力計對采空區內、外壓力進行測定，隨著注氮量增加采空區內壓力呈增加趨勢，壓力增大降低了采空區內漏風量并抑制采空區內潛在火區向上風側移動；隨著采空區內氮氣濃度增加，氧氣濃度不斷降低，采空區遺煤不具備氧化、自燃環境，從而可有效抑制遺煤自燃。

2.3 實施效果

在采面末采期間，液壓支架后方出現一定的CO涌出，采空區內遺煤有較高的自燃發火危險性。在采面停采、設備回撤期間采用正壓通風后，通過預先埋設的束管對采空區內CO 濃度進行測定。測定發現，正壓通風期間采空區內CO 濃度（質量分數）最高為15×10-6，同時采空區內溫度基本不發生變化。

由此可見，采面回撤通道采用正壓通風防滅火技術后，可有效抑制采空區內漏風量；同時通過及時密閉采空區、漏風通道灌漿及采空區注氮等措施，可有效避免采空區遺煤自燃并抑制采空區內CO 向回撤通道涌出。

3 結語

本文提出在采面末采期間在液壓支架頂梁上鋪設金屬網、風筒布將采空區與回撤通道隔絕，降低采空區漏風量及有害氣體溢出量；綜合使用正壓通風、注氮及漏風通道封堵等措施進行防滅火，依據采面情況對正壓通風技術方案進行設計。經現場應用后，采空區內CO 濃度（質量分數）測定最高為15×10-6，回撤通道內未測定到CO，為設備安全回撤創造了良好條件。