東曲煤礦28216 綜采工作面防滅火設計實踐

張騰飛

（山西焦煤集團有限責任公司東曲煤礦，山西 太原 030200）

1 工作面概況

山西焦煤集團有限責任公司東曲煤礦（全文簡稱東曲煤礦）28216 綜采工作面位于+860 m 水平二采區8 號煤層，為Ⅲ類不易自燃傾向性煤層，具有爆炸性，爆炸指數17.54%。東曲煤礦28216 綜采工作面準備安裝回采，預計煤層絕對瓦斯涌出量26 m3/min。工作面地表位于古交市東曲街道辦事處小沙巖村西南部。地表有鐵磨溝經過，平時無水，雨季時可能有少量積水。蓋山厚度為304～449 m。該工作面北西為已形成的28214 工作面，北東為大巷保護煤柱及羊圈港斷層，南西為860 東翼皮帶巷，南東為羊圈港斷層。上部有4 號煤采空區（14218 工作面），4—8 號煤的層間距約64 m。

工作面所回采8 號煤層屬上石炭統太原組煤層，結構簡單，煤層厚度變化不大，屬穩定煤層。8 號層煤厚為2.5～4.5 m，平均煤厚4.1 m。8 號上煤厚度未0.5～0.8 m，平均0.6 m，8 號上煤與8 號煤夾矸厚度為0.1～0.4 m，平均厚度為0.15 m，8 號煤厚度為1.6～3.8 m，平均厚度為3.35 m。8 號煤局部有一層夾矸，厚度為0.05～1.90 m，平均厚度為0.47 m。28216 工作面軌順長度1 110 m，皮順長度1 105 m，傾斜長為210 m，軌順巷道斷面20 m2，皮順巷道斷面20 m2，切眼斷面為34.4 m2。

2 工作面通風系統

28216 工作面采用“U”型通風設計，通過28216皮帶順槽進風由軌道順槽回風。按28216 工作面的氣象條件和瓦斯涌出量及CO2涌出量等要求進行分別計算，取最大值1 700 m3/min 做為工作面的需風量。

3 防滅火系統

28216 工作面所在的8 號煤屬于Ⅲ類不易自燃煤層，CO 可以作為預測預報煤自然發火的指標氣體，同時對O2、CO2、CH4（甲烷）、C2H4（乙烯）、C2H6（乙烷）、C2H2（乙炔）等氣體進行檢測，作為預測預報煤自然發火的輔助性指標氣體。

根據煤層為Ⅲ類不易自燃煤層，確定對28216 綜采工作面采空區采用簡易束管監測系統對自然發火進行早期預測預報。28216 綜采工作面正常生產期間不噴灑阻化劑，當月推進度低于60 m 時以及距停采線80 m 時將采取以噴灑阻化劑為主的防滅火措施。

3.1 防滅火監測監控

1）一氧化碳傳感器。在工作面上隅角、28216 軌道順槽、運輸機機頭等下回風流處，安裝一氧化碳傳感器，風側10～15 m 處進行安裝。

2）溫度傳感器。在工作面回風流距回風巷口10～15 m 處安設溫度傳感器。

3）風速傳感器。在工作面回風流距回風巷口10～15 m 處安設風速傳感器，在進風流距進風巷口10～15 m 處安設風速風向傳感器。

4）煙霧傳感器。在工作面皮帶機頭下風側安設煙霧傳感器。

3.2 預測預報

通過在28216 綜采工作面回風順槽敷設束管監測管路，利用簡易束管裝置安排專人定期在采樣點運用專用進行球膽取氣，取氣后由地面化驗室迅速進行化驗分析，根據化驗分析結果，對煤層自然發火進行早期預測預報。

3.2.1 采空區束管布置方式

束管沿28216 綜采工作面回風順槽向采空區敷設鋪設如圖1。在巷道底靠外幫鋪設2 寸內徑保護鋼管，管內穿有三芯束管內徑為8 mm。點與點間隔為30 m，束管采樣器設置安裝在1 號、2 號、3 號測點內，確保每個采樣器連接一路束管，測點采樣器安裝保護裝置防治損壞，4 號測點在工作面回風上隅角用便攜式抽氣泵直接取氣。根據工作面的推進速度，依次布置1 號、2 號、3 號束管采樣器順利進入采空區，確保能抽取采空區深部的氣體樣本。推進至通過2 號點約30 m 處時，截開1 號點，再重新布點，依次循環至工作面開采活動結束[1]。

圖1 工作面采空區各氣體參數測點布置

在采氣點操作人員用球膽取氣，化驗分析在地面進行，通過化驗分析進行煤自然發火的早期預測。同時觀測采空區浮煤在不同推進度時的氣體產物特性[1-3]。

在工作面正常采樣，自然發火標志氣體沒有監測到的情況下，取樣時間設定為3 d 取樣一次，采樣測試完畢同時記錄工作面推進度，發現工作面有自然發火征兆，應根據現場實際情況調整采樣時間和分析次數。

3.2.2 取氣方法

采用球膽取氣方法，對于采空區取樣點可直接采取氣樣。采樣操作：首先將一路束管連接到真空泵進氣口抽取5 min 左右，然后把向球膽內抽取的氣體擠排清理干凈，最后再將球膽連接到真空泵抽取氣樣，直至球膽充滿。

3.2.3 氣樣分析

采用人工取樣的方式進行氣體分析，氣樣分析內容包括：CO2、O2、C2H4、CH4、C2H6、C2H2等氣體；取樣至化驗分析的時間不能超過6 h。超過12 h 視氣樣作廢，需重新采取氣樣進行分析。同時記錄好工作面每天的推進速度[4-6]。

3.3 束管敷設布置

束管布置要遵循直、平、穩的原則，保持與動力電纜間距應大于0.5 m，避免與其他管、線交叉。為防止束管堵塞，在井下監測點進氣口處設置過濾及干燥裝置。為防止束管間連接處漏氣，用10 mm 的銅管連接，接口用環氧樹脂加強密封。保持束管所經巷道的完好率，安排專人定期檢查束管管路運行狀態，避免漏氣或損壞失效。束管保護管間用橡膠套隔離保護，防止導電。

3.4 阻化劑防滅火

28216 工作面所在的8 號煤屬于Ⅲ類不易自燃煤層，當月推進度低于60 m 時以及距停采線80 m 時對28216 工作面及采空區進行阻化劑噴灑，每天檢修班噴灑一次，在采空區形成阻化帶。

3.4.1 阻化防滅火技術

阻化劑選用鹵化物鹽類水溶液為主，通過噴灑，在浮煤煤粒表面形成液膜，液膜包裹浮煤及煤體裂隙表面，避免煤與氧氣的接觸，抑制浮煤氧化和自燃，采空區內相對濕度較大，阻化液膜吸收空氣中的水分，增加阻化作用。使用輕便型阻化泵噴射阻化劑溶液及噴灑阻化汽霧溶液防止煤層自然發火，即用阻化噴槍直接向采空區殘煤噴射又可利用霧化噴頭噴灑，其特點是設備體積小、質量輕，運輸攜帶方便，只需2～3 人及在設備列車儲液箱盛裝阻化劑溶液就可進行工作。

3.4.2 阻化劑選擇及配制濃度

選用阻化劑為吸水鹽類阻化劑，成分為氯化鈣、氯化鎂等，阻化效果好，性價比高、方便運儲。本工作面選用氯化鎂作為阻化劑，配比濃度為20%。嚴格控制執行藥液配制比，過濃則增加防火成本，過濃度則影響使用效果。

3.4.3 噴灑阻化劑防滅火工藝

建立阻化劑噴灑系統，在采煤工作面向采空區及采煤工作面進行噴灑阻化劑溶液。移動式噴灑系統在設備列車上，包括：阻化泵和儲液箱等。移動式阻化泵站隨工作面的推進而跟進移動[1-6]，如圖2 所示。

圖2 阻化劑噴灑示意圖

3.4.3.1 阻化劑噴灑方法

按需將w（MgCl2）為20%的MgCl2溶液注入儲液箱內，供水管路按照預設比例注入清水，注入清水配成溶液后攪拌均勻，使用阻化泵將阻化劑溶液沿順槽鋪設的Φ25 mm 高壓膠管壓至工作面與Φ13 mm 的膠管相連，間隔20 m 安裝一個三通及截止閥，使用Φ13 mm 的膠管連接噴槍，安排專人操作阻化劑噴槍，利用檢修時間，對綜采工作面上下端頭區域及從支架間隙向采空區均勻噴灑，充分濕潤液壓支架后浮煤和工作面丟遺的浮煤。同時對工作面切眼后部采空區進行全面噴灑。

3.4.3.2 工作面噴灑量

移動式阻化劑噴灑系統：采用BH-40/2.5 型阻化劑液壓泵站，選擇使用氯化鎂阻化劑為原料，質量分數為20%。阻化泵、儲液箱和開關等安裝在設備列車上，噴灑阻化劑在采煤工作面向采空區或工作面噴灑阻化劑溶液。

工作面噴灑工作安排在移架冒落前，工作面底板浮煤噴灑量計算公式如下：

式中：G 為按質量計算浮煤一次噴灑量，t；K1為一次噴灑量系數，取1.2；K2為松散煤（浮煤）的密度，1.4 t/m3；L 為工作面長度210 m；B 為一次噴灑寬度，0.8m；h1為底板浮煤厚度，0.01 m；A1為浮煤吸液量，58 kg/t；p為阻化劑溶液的質量分數為20%。

噴灑工作每天一次，保證均勻噴灑不留死角，確保隔絕外部氧氣，防止采空區殘煤氧化，每次噴灑阻化劑量為33 kg 以上。

3.5 構筑防火門墻

在28216 工作面兩順槽端口處內側（皮帶順槽、軌道順槽距聯絡巷口6 m 以內）設置防火門門墻。防火門板材厚度30 mm，寬度不小于150 mm，外部包阻燃性材料。防火門距巷道口6 m 以內，必須采用磚、沙等不燃性材料構筑。墻體厚度不小于500 mm。墻體四周應掏槽，以見實幫實底為準，凸出巷幫370 mm。墻體無重縫、干縫，灰漿飽滿不漏風。防火門中間采用防火板封閉。墻體凹槽采用槽鋼加工，嵌入墻體中，并留有方便防火板安裝的插口。

4 結語

東曲煤礦28216 綜采工作面防滅火工作采用一面一策，按照措施嚴格落實，并利用簡易束管監測進行監測預報，28216 綜采工作面工作面正常生產期間進行噴灑阻化劑、兩順槽口要構筑防火門墻、配套消防器材等防滅火措施，保障了綜采工作面防滅火安全，為礦井安全奠定了有力基礎。