充填工作面停采撤架期間綜合防滅火技術(shù)研究

朱勇

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引 言

火災(zāi)是煤礦五大自然災(zāi)害之一，火災(zāi)事故的發(fā)生會(huì)給礦井安全生產(chǎn)帶來極大的威脅[1-3]。工作面停采撤架期間，由于撤架時(shí)間長(zhǎng)等因素，采空區(qū)遺煤易出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象，因此應(yīng)當(dāng)重視工作面停采撤架期間的防滅火。近年來，我國(guó)學(xué)者對(duì)工作面停采撤架期間的防滅火技術(shù)進(jìn)行了諸多研究，取得了一系列成果。

趙璇[4]針對(duì)官地礦工作面拆架過程中工作面出現(xiàn)溫度異常區(qū)域和CO 涌出異常現(xiàn)象，采用注氮、注漿、噴灑阻化劑等綜合措施保障了拆架工作順利完成；孔慶軍等[5]基于大采高綜放工作面遺煤多、煤體破碎、漏風(fēng)通道多等實(shí)際狀況，針對(duì)性地提出了大采高工作面撤架期間的防滅火措施；侯樹宏[6]針對(duì)羊場(chǎng)灣煤礦綜放工作面停采撤架期間CO 濃度超限、采煤區(qū)自燃問題，綜合運(yùn)用局部通風(fēng)、高位鉆孔注漿和架前鉆孔注高分子膠體等綜合防滅火技術(shù)保證了工作面相關(guān)設(shè)施安全撤出；張良飛等[7]分析了造成自然發(fā)火的危險(xiǎn)因素，研究了易自燃綜放工作面快速拆架的防滅火技術(shù)；趙杰[8]以新景公司15 號(hào)煤層15021 工作面為研究對(duì)象，分析回撤期間易自燃區(qū)域及其成因，制定了相應(yīng)的防滅火技術(shù)措施；關(guān)景順等[9]為解決易自燃煤層在工作面停采回撤期間出現(xiàn)采空區(qū)自然發(fā)火，提出了以壓注粉煤灰膠體和注液態(tài)CO2降溫為主、封堵采空區(qū)減小漏風(fēng)和注氮等治理技術(shù)為輔的綜合防滅火措施；呂長(zhǎng)剛等[10]創(chuàng)新性地提出了構(gòu)建高地溫特厚煤層綜放面末采-撤架期間的雙重防滅火體系。

綜上所述，目前專家學(xué)者對(duì)各種條件下的防滅火技術(shù)進(jìn)行了研究，但是對(duì)充填工作面停采撤架期間的防滅火技術(shù)研究較少。本文以邢東礦為例，結(jié)合國(guó)內(nèi)已有的研究，總結(jié)出了一套適應(yīng)于充填工作面停采撤架期間的防滅火技術(shù)措施，保障了工作面的安全撤架。

1 礦井概況

邢東礦隸屬于冀中能源股份有限公司，核定生產(chǎn)能力為125 萬t/a。礦井為立井多水平開拓方式，布置主、副2 個(gè)井筒，主井井筒裝備1 對(duì)多繩箕斗，用于提煤作業(yè)，副井為立井罐籠提升，用途為提升人員和物料。通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)機(jī)工作方法為抽出式，副井進(jìn)風(fēng)，主井回風(fēng)，采區(qū)實(shí)行分區(qū)通風(fēng)，回采工作面采用全風(fēng)壓獨(dú)立通風(fēng)，掘進(jìn)工作面采用壓入式局部通風(fēng)。11213 綜采工作面主采煤層是2 號(hào)煤，自燃傾向性屬Ⅱ類自燃，煤種為氣肥煤，具有低灰、特低硫、低磷發(fā)熱量高的特點(diǎn)，是良好的工業(yè)用煤。11213 工作面布置如圖1所示。

圖1 11213 工作面布置Fig.1 No.11213 Face layout

2 充填工作面撤架期間遺煤自燃因素分析

（1） 采空區(qū)遺煤因素。

11213 工作面為充填工作面，與自然垮落法管理頂板相比，支架后方采空區(qū)遺煤對(duì)比如圖2 所示。采用自然垮落法管理頂板時(shí)，直接頂隨采隨垮，采空區(qū)遺煤覆蓋在采空區(qū)垮落矸石下方。充填工作面由于充填體支撐頂板，支架與充填體之間的采空區(qū)遺煤直接暴露在空氣中，因此與自然垮落法管理頂板相比，采空區(qū)遺煤暴露更加徹底，更易氧化產(chǎn)生有毒有害氣體。

圖2 自然跨落法與充填工作面遺煤對(duì)比Fig.2 Comparison of residual coal between natural falling method and filling working face

（2） 煤質(zhì)因素。

11213 綜采工作面主采的2 號(hào)煤層自燃傾向性屬Ⅱ類自燃煤層，吸氧速度快。

（3） 時(shí)間因素。

綜采工作面撤架時(shí)間一般較長(zhǎng)，采空區(qū)遺煤有充足的時(shí)間氧化，增加了撤架期間的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 防滅火技術(shù)措施及效果

3.1 技術(shù)措施

依據(jù)遺煤自燃因素分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定了相應(yīng)的撤架前、撤架中和撤架后的防滅火技術(shù)措施。

（1） 撤架前措施。

停采后，在撤架開始前對(duì)工作面及隅角噴灑氯化鎂阻化劑。之后在上、下隅角排設(shè)雙排沙袋墻，減少采空區(qū)漏風(fēng)，如圖3 所示。要求排沙袋處底板平整，沙袋墻接幫接頂，沙袋排設(shè)完成后向隅角沙袋墻頂幫、縫隙注波雷音，保證沙袋墻的密閉性。

圖3 撤架前沙袋排設(shè)示意Fig.3 Sandbag arrangement before support removal

（2） 撤架中措施。

撤架開始后，將11213 運(yùn)輸巷密閉，使撤架工作面改為局部供風(fēng)，減少工作面的通風(fēng)量，如圖4所示。改為局部通風(fēng)后風(fēng)筒要緊跟撤架處，保證工作面撤架處有足夠的風(fēng)量。隨著撤架，隨時(shí)按順序?qū)ぷ髅鎳姙⒙然V阻化劑。

圖4 11213 運(yùn)輸巷密閉示意Fig.4 11213 transportation lane closed schematic

（3） 撤架后措施。

支架撤出后，及時(shí)構(gòu)筑密閉墻和充填，直至支架完全撤出，如圖5 所示。構(gòu)筑各墻前要找掉頂板活碴，四周要掏槽，深度不小于500 mm 或見硬幫硬底。

圖5 撤架后充填示意Fig.5 Filling schematic after removing support

整個(gè)撤架期間利用人工取樣監(jiān)測(cè)，對(duì)11213 工作面回風(fēng)流和工作面進(jìn)行氣體化驗(yàn)和溫度檢查，在同一地點(diǎn)、同樣條件下，每2 d 監(jiān)測(cè)1 次。連續(xù)取樣，準(zhǔn)確掌握采空區(qū)氣體的變化情況，發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取措施。

3.2 應(yīng)用效果

將撤架期間監(jiān)測(cè)到的回風(fēng)流CO 濃度和工作面溫度繪制成曲線，如圖6 所示。

圖6 CO 濃度和溫度監(jiān)測(cè)曲線Fig.6 CO concentration and temperature monitoring curve

由圖6 可知，撤架期間回風(fēng)流CO 濃度和工作面溫度均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。撤架初期，遺煤暴露時(shí)間較短，還沒來得及氧化，隨著撤架時(shí)間的增加，遺煤吸氧氧化導(dǎo)致回風(fēng)流CO 濃度升高和工作面溫度升高，但是隨著阻化劑的噴灑和繼續(xù)撤架充填，暴露在空氣中的遺煤逐漸減少，CO 濃度和溫度逐漸下降。

綜合圖中曲線可知，整個(gè)回采撤架期間CO 濃度最高為36×10-6，溫度最高為35 ℃，回風(fēng)流CO濃度和溫度都控制在安全范圍內(nèi)，說明措施的實(shí)施有效抑制了遺煤的氧化自燃，保障了撤架工作的順利完成。

4 結(jié) 論

（1） 充填工作面由于充填體支撐頂板，防止頂板垮落，使得支架后方采空區(qū)遺煤暴露在空氣中更加徹底，遺煤更易氧化產(chǎn)生有毒有害氣體。

（2） 在分析充填工作面撤架期間遺煤自燃因素的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地提出了撤架前減少漏風(fēng)、撤架中減少通風(fēng)量和撤架后及時(shí)充填、全程噴灑阻化劑的防滅火措施。

（3） 措施實(shí)施后，整個(gè)撤架期間回風(fēng)流的最大CO 濃度為36×10-6、溫度最高為35 ℃，保障了支架的安全回撤。