“三軟”煤層大采高工作面回撤期間綜合防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用

＊李均均

（華亭煤業(yè)大柳煤礦有限公司 甘肅 744000）

1.前言

礦井火災(zāi)是我國煤礦主要災(zāi)害之一[1-3]。尤其是 “三軟”煤層，煤層自燃傾向性更強，且在大采高工作面的防滅火工作難度更大[4-7]。此外，目前雖然煤礦防滅火技術(shù)相對成熟，但對于不同煤礦的煤層情況及煤層自燃傾向性不同，所采取的煤自燃防治措施并不能有效通用[8-10]。因此，針對大柳煤礦“三軟”煤層大采高工作面回撤期間進(jìn)行綜合防滅火技術(shù)的研究尤為必要。

2.工作面回撤期間防滅火技術(shù)

(1)工作面合理配風(fēng)

①根據(jù)煤礦通風(fēng)學(xué)理論，工作面供風(fēng)量越低，風(fēng)壓越低，則采空區(qū)漏風(fēng)量越少。1404工作面按照回采、注錨掛網(wǎng)和回撤三個不同階段優(yōu)化設(shè)計調(diào)整配風(fēng)量，回采期間配風(fēng)量為1555～1650m3/min，注錨、掛網(wǎng)期間配風(fēng)量為800～900m3/min，回撤期間配風(fēng)量為500～550m3/min。三個不同階段，配風(fēng)量不同，既能保證風(fēng)量滿足實際需要，又能減少向采空區(qū)漏風(fēng)。

②1404工作面支架回撤前，安裝了1套（兩臺）局部通風(fēng)機，風(fēng)筒從1404回風(fēng)順槽敷設(shè)至工作面下口支架回撤處，在回撤第10付支架時，已回撤區(qū)域頂板大面積自然垮落，隨即對回撤工作面實行正壓局部通風(fēng)，同時在1404進(jìn)風(fēng)順槽口施工了密閉墻永久封閉，有效避免了支架已經(jīng)回撤區(qū)域的頂板可能發(fā)生的冒落致使通風(fēng)阻力增加、進(jìn)風(fēng)流向采空區(qū)。

(2)采空區(qū)注氮優(yōu)化

氮氣防滅火效果好且經(jīng)濟環(huán)保，優(yōu)點如下：

①氮氣是制氧過程中的另一產(chǎn)品，也可從空氣中專門提取，因此來源方便、可供量大，且單位產(chǎn)氣成本比液態(tài)氮氣更低。

②注氮后，氮氣可以充滿任何形狀的有限燃燒空間和預(yù)防自燃空間，便于對煤礦采空區(qū)深部、高冒之處以及人們難以接近的地點進(jìn)行防滅火。

③氮氣可使采空區(qū)內(nèi)氣體發(fā)生惰化，有效抑制瓦斯和煤塵爆炸。

④注氮防滅火不損壞和不污染機械設(shè)備及井下設(shè)施，滅火后恢復(fù)工作量少且容易。

1404工作面回采期間，一直從進(jìn)風(fēng)順槽“邁步式”預(yù)埋注氮管路向采空區(qū)間歇性注氮，借助于從進(jìn)風(fēng)順槽向采空區(qū)的漏風(fēng)將注入的氮氣撒布在采空區(qū) “氧化帶”范圍內(nèi)。從工作面回采距離停采線102m開始至工作面設(shè)備回撤結(jié)束，一直向采空區(qū)每天24h連續(xù)性注氮，累計向采空區(qū)注氮量550萬m3/月。

(3)阻化劑噴灑到位

阻化劑是指能抑制或延緩煤自然氧化的物質(zhì)的總稱（包括無機物和有機物）。根據(jù)煤氧化自燃的特點，具有工業(yè)應(yīng)用價值的阻化劑應(yīng)該是一種能溶于水、吸水性強、具有較好的流動性，能夠較好地附著在浮煤表面和浸入煤體節(jié)理與裂隙，隔絕煤與空氣中氧的接觸，并能抑制或延緩浮煤自然氧化的化學(xué)藥劑。當(dāng)阻化劑附著在煤粒的表面時，會吸收空氣中的水份，在煤粒表面形成含水液膜，從而阻止煤與氧的接觸，起到隔氧阻化的作用。

1404工作面設(shè)備回撤期間分兩個階段對裸露煤體噴灑阻化劑溶液。第一階段是從工作面回采至距離停采線70m開始每天檢修班對工作面上下口、支架后的浮煤以及巷道煤壁噴灑阻化劑溶液；第二階段是在1404工作面支架回撤期間，對已回撤區(qū)域掩護(hù)架后的浮煤噴灑阻化溶液。

(4)灑水降溫落實到位

1404工作面回撤期間，每天對回撤工作面支架已回撤區(qū)域和回撤通道煤壁堅持灑水降溫，保持煤體濕潤。

(5)預(yù)測預(yù)報準(zhǔn)確

從1404工作面回風(fēng)順槽距離停采線75m和45m處分別預(yù)埋了一趟束管（采用鋼管作為束管保護(hù)套管），束管與回風(fēng)順槽內(nèi)布置束管的連接，通過束管監(jiān)測系統(tǒng)對采空區(qū)“氧化帶”內(nèi)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體進(jìn)行分析預(yù)報，而且回風(fēng)順槽的束管和進(jìn)風(fēng)順槽的注氮管路同時預(yù)埋，同步切換，即注氮與監(jiān)測預(yù)報同步進(jìn)行。

(6)加強日常防火管理

1404工作面回撤期間，瓦檢員每班利用光干涉甲烷測定器、多種氣體測定器、紅外線測溫儀等儀器儀表對不同地點的有害氣體成分和溫度進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)溫度異常的區(qū)域加強灑水降溫和觀察，以便發(fā)現(xiàn)問題，及時采取措施處理。

①工作面及其回風(fēng)巷生產(chǎn)期間為每班檢查兩次瓦斯、二氧化碳、一氧化碳等氣體濃度和空氣溫度；瓦斯檢查工班中兩遍檢查均要向監(jiān)測監(jiān)控中心進(jìn)行匯報，當(dāng)氣體有異常變化時及時通知相關(guān)人員采取措施進(jìn)行處理。

②當(dāng)工作面回風(fēng)流中的瓦斯體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.0%或二氧化碳體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.5%時，工作面必須停止一切作業(yè)，撤出人員，向礦總工程師匯報并進(jìn)行處理。只有瓦斯降低到1.0%或二氧化碳體積分?jǐn)?shù)降低到1.5%以下時，方可恢復(fù)作業(yè)。

③當(dāng)工作面風(fēng)流及工作面回風(fēng)流中一氧化碳體積分?jǐn)?shù)達(dá)到或超過0.0024%時，必須及時撤出工作面所有人員，立即向礦總工程師匯報，查明原因，制定方案進(jìn)行處理。工作面回風(fēng)隅角CO體積分?jǐn)?shù)按照規(guī)定允許的安全體積分?jǐn)?shù)0.0024%進(jìn)行管理，并懸掛“禁止入內(nèi)”警戒標(biāo)識，嚴(yán)禁人員在此區(qū)域長期作業(yè)和逗留。

④由通防科建立通風(fēng)調(diào)度匯報制度，按照檢查人員的匯報內(nèi)容及時填寫、報告相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)。

(7)巷道封閉及時

1404回撤工作面形成正壓局部通風(fēng)后，在1404進(jìn)風(fēng)順槽口施工了密閉墻；工作面支架回撤后期，又在1404回風(fēng)順槽口施工兩道密閉墻，墻體上留設(shè)通風(fēng)斷面，僅滿足回撤工作面局部通風(fēng)回風(fēng)需要，所有設(shè)備回撤結(jié)束后，將密閉墻體上留設(shè)的通風(fēng)斷面封堵嚴(yán)實，同時在1404回撤通道聯(lián)絡(luò)巷施工了密閉墻。

3.工作面防滅火技術(shù)取得的實效總結(jié)

(1)通風(fēng)方面

一是按照工作面回采、注錨掛網(wǎng)、回撤三個不同的階段對工作面配風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計調(diào)整，采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”范圍也隨著工作面配風(fēng)量減少相應(yīng)前移而且變窄，縮小采空區(qū)防滅火管理范圍，降低管理難度。二是回撤工作面盡快實行了正壓局部通風(fēng)，同時在進(jìn)風(fēng)順槽施工了密閉墻，減少和隔絕了從進(jìn)風(fēng)順槽向采空區(qū)和支架已回撤區(qū)域漏風(fēng)，從通風(fēng)管理上為采空區(qū)防滅火工作造成了有利條件。

(2)注氮方面

一是從1404工作面回采距離停采線102m開始至工作面設(shè)備回撤結(jié)束，每天24h連續(xù)性向采空區(qū)以1000m3/h的流量注氮，累計注氮量約550萬m3，注氮強度大、連續(xù)穩(wěn)定，進(jìn)一步提高了注氮效果。工作面停采后，采用高分子材料（羅克休）對工作面進(jìn)、回風(fēng)隅角以及支架中間的間隙全部進(jìn)行了噴涂封堵，防止大量新鮮風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，引起遺煤氧化自燃，防止采空區(qū)涌出大量瓦斯，同時避免注入采空區(qū)的氮氣泄漏，增加采空區(qū)的氣密性，限制漏風(fēng)量，確保防火安全性。三是隨著工作面配風(fēng)量下調(diào)、采空區(qū)“三帶”范圍逐漸縮小前移，在距離停線102m、75m、45m分別預(yù)埋了三條注氮管路，在下調(diào)工作面配風(fēng)量的同時對注氮管路進(jìn)行切換，做到風(fēng)氮對應(yīng)雙調(diào)，確保氮氣釋放口始終保持在“氧化帶”范圍內(nèi)，

(3)噴灑阻化劑方面

阻化劑溶液噴灑在煤體表面，形成一層能抑制氧氣和煤接觸的保護(hù)膜，阻止煤與氧的反應(yīng)，阻化劑溶液蒸發(fā)時，吸收一部分熱量，可以降低煤體溫度。此外，氯化物溶液吸水性強，能使煤體表面保持潮濕并降溫，降低煤在低溫時的氧化速度，有效延長了煤的自然發(fā)火期限，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用、效果十分顯著。

(4)巷道灑水降溫方面

原先對巷道灑水，主要出于防塵考慮，工作面回撤期間增加了灑水頻率，主要是降低了煤體溫度，改變煤體的透氣性，防止煤體自然發(fā)火。

(5)自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報方面

通過人工防滅火檢查結(jié)果和束管監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測分析進(jìn)行對比，準(zhǔn)確的開展了自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報工作，以便于發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火征兆，及時采取措施處理。

(6)巷道封閉方面

1404工作面相關(guān)巷道施工密閉墻，封閉及時，有效的切斷隔絕向采空區(qū)通風(fēng)供氧，從時間上為工作面采空區(qū)防滅火工作提供了保障。

4.效益分析

(1)安全效益

在“三軟”煤層自然發(fā)火期短——39天，防滅火管理范圍廣，工作面回撤工期長達(dá)134天的客觀條件下，通過采取以上綜合防滅火技術(shù)，1404工作面回撤期間無自然發(fā)火征兆，確保了工作面設(shè)備順利回撤結(jié)束。

(2)經(jīng)濟效益

①從自然發(fā)火經(jīng)濟損失和投入方面分析經(jīng)濟效益

1404工作面采空區(qū)因綜合防滅火措施落實不到位，造成煤層自然發(fā)火，導(dǎo)致工作面回撤中斷，巷道封閉的損失和防滅火投入若按1000萬元計算。本次工作面回撤期間，綜合防滅火措施落實到位，為本次工作面設(shè)備回撤、安裝奠定了基礎(chǔ)，確保了礦井安全生產(chǎn)，可以為礦井節(jié)省1000萬元。

②防滅火成本計算

從本次1404工作面回撤期間防滅火注氮、灑阻化劑、噴涂高分子材料的成本計算如下：

注氮成本計算：每個月連續(xù)性向采煤工作面采空區(qū)注氮75萬m3，空氣壓縮機和制氮機運行耗電量為20萬度，電費0.55元/度，每個月注氮所需電費為11萬元，1404工作面從回采后期至設(shè)備回撤期間，累計注氮8個月，即注氮所用電費為88萬元。

阻化劑成本計算：1404工作面采空區(qū)、回撤工作面累計噴灑阻化劑5噸，阻化劑0.12萬元/噸，即阻化劑成本為0.6萬元。

馬麗散成本計算：1404工作面回撤期間封堵進(jìn)、回風(fēng)隅角以及支架后，共使用高分子材料（馬麗散）7噸，馬麗散2.2萬元/噸，即馬麗散成本為15.4萬元。

防滅火注氮、灑阻化劑、噴注高分子材料累計成本=88+0.6+15.4=104萬元。

③經(jīng)濟效益總計

綜上所述，自然發(fā)火經(jīng)濟損失和投入方面按照1000萬元計算，本次防滅火的成本投入為104萬元，本次綜合防滅火技術(shù)的成功應(yīng)用，共計創(chuàng)造經(jīng)濟效益達(dá)896萬元，見表1。

表1 綜合防滅火措施經(jīng)濟效益表

(3)社會效益

實踐證明，本方案比較適合“三軟”煤層大采高綜采工作面回撤期間通風(fēng)防滅火管理，對綜采工作面的防滅火工作具有較好的實施效果，并對今后綜采工作面回采以及回撤防滅火具有很好借鑒價值，其他礦井也可以根據(jù)本方案建立適應(yīng)本礦防滅火特點的快速高效防滅火技術(shù)。