多種防滅火技術(shù)在大統(tǒng)礦業(yè)F9305工作面的應(yīng)用

摘要：針對(duì)山東省兗州市大統(tǒng)礦業(yè)有限公司復(fù)采工作面自然發(fā)火隱患突出的現(xiàn)狀， 通過(guò)注氮、注漿、封堵漏風(fēng)等綜合防滅火措施有效運(yùn)用，杜絕了復(fù)采工作面自然發(fā)火隱患，保證了工作面的正常回采，安全及經(jīng)濟(jì)效益明顯。

關(guān)鍵詞 綜合防滅火技術(shù) 復(fù)采工作面 研究

工作面概況

F9305工作面整體布置在原9311面東半部遺煤區(qū)域，位于九采東南回風(fēng)大巷南側(cè)，F(xiàn)64斷層西側(cè)，其中F9305軌道順槽布置在原9311面遺煤區(qū)內(nèi)，其它巷道均布置在實(shí)體煤區(qū)域，工作面煤巖層總體呈西北高東南低的單斜構(gòu)造，根據(jù)附近采掘揭露情況分析，預(yù)計(jì)回采期間將揭露F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14七條斷層。F9305工作面軌順可采段走向長(zhǎng)700.3m，運(yùn)順可采段走向長(zhǎng)716.3m，傾斜長(zhǎng)度為90.6m。

自然發(fā)火隱患分析

工作面采用放頂煤回采，受地質(zhì)條件和復(fù)采工藝影響推進(jìn)速度較慢，采空區(qū)遺煤多，頂板冒落不密實(shí)漏風(fēng)大，回采期間遇斷層或其他特殊地質(zhì)構(gòu)造，局部可能留有遺煤且裂隙豐富，造成遺煤持續(xù)氧化，增加了工作面回采期間的防滅火管理難度。

綜合防滅火技術(shù)

一、防滅火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

（1）F9305工作面自然發(fā)火觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在工作面、運(yùn)輸順槽距回風(fēng)口10-15m處。回風(fēng)隅角及運(yùn)輸順槽距回風(fēng)口10-15m處安設(shè)束管監(jiān)測(cè)探頭與束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連，回采期間對(duì)采煤工作面相關(guān)地點(diǎn)每天進(jìn)行抽氣分析。（2）瓦斯檢查員每班對(duì)工作面風(fēng)流、回風(fēng)隅角、工作面回風(fēng)流一氧化碳及溫度情況檢測(cè)2次；運(yùn)輸順槽自然發(fā)火觀測(cè)點(diǎn)一氧化碳及溫度每周檢測(cè)一次，異常情況及時(shí)匯報(bào)并加密檢測(cè)。（3）瓦斯檢查員定期對(duì)兩順槽安設(shè)的防火檢測(cè)探孔進(jìn)行檢測(cè)，異常情況加密檢測(cè)。（4）工作面回采期間每周對(duì)相鄰采空區(qū)及其他相關(guān)地點(diǎn)的采空區(qū)密閉內(nèi)的氣體進(jìn)行一次采樣分析。（5）回采期間定期對(duì)工作面風(fēng)流、回風(fēng)隅角、工作面回風(fēng)流進(jìn)行人工采樣分析。（6）充分利用礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)及便攜式儀器裝備， 在工作面回風(fēng)隅角懸掛甲烷-氧氣兩用儀、束管監(jiān)測(cè)探頭；在運(yùn)輸順槽距切眼不大于10m處安設(shè)CO傳感器，工作面回風(fēng)口安設(shè)一氧化碳、溫度傳感器。（7）工作面相關(guān)地點(diǎn)束管及球膽氣體分析出現(xiàn)異常情況，必須加密監(jiān)測(cè)，跟蹤現(xiàn)場(chǎng)防滅火處理情況，保證氣體監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確、監(jiān)控有效。

二、注漿系統(tǒng)

⑴注漿管路敷設(shè)

①九采區(qū)地面注漿站成漿→地面注漿鉆孔→九采回風(fēng)大巷→九采東南回風(fēng)大巷→F9305回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→F9305輔助運(yùn)輸巷→F9305軌道順槽→F9305工作面。

②注漿管路敷設(shè)時(shí)應(yīng)按照從外向里的順序逐節(jié)接設(shè)，連接管路的卡蘭、膠圈、螺栓要完好可靠，注漿管接設(shè)前查看是否有堵塞物。

③注漿管路可采用吊掛或墊起方式進(jìn)行敷設(shè)，采用吊掛敷設(shè)管路時(shí)吊掛點(diǎn)的間距與風(fēng)水管路相同。采用墊起方式敷設(shè)注漿管路時(shí)，注漿管路下方用帶弧度的墊木支撐，墊木厚度不小于0.15米，墊木之間的距離不大于一節(jié)注漿管長(zhǎng)度，墊木支撐時(shí)應(yīng)靠近管路卡蘭連接處，以減少管路連接處受力。

④在九采東南回風(fēng)巷與F9305回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷交叉點(diǎn)處安設(shè)一個(gè)與管路相同直徑的三通，同時(shí)安設(shè)兩個(gè)截止閥，使93091注漿管路與F9305注漿管路形成并聯(lián)系統(tǒng)，截止閥的規(guī)格必須與管路相匹配。

⑤進(jìn)入F9305軌道順槽敷設(shè)主注漿管時(shí)必須按標(biāo)準(zhǔn)吊掛或墊起，支管可直接落地敷設(shè)，局部低洼地點(diǎn)根據(jù)實(shí)際可適當(dāng)墊起。

⑥新安裝的注漿管應(yīng)在注漿前進(jìn)行打壓試驗(yàn)，打壓試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，保證正常注漿順利進(jìn)行。

⑦工作面架后注漿管敷設(shè)

⑧應(yīng)急注漿管敷設(shè)

（2）注漿方法：由地面注漿站集中制漿，采用靜壓注漿方式向工作面送漿，利用埋管對(duì)采空區(qū)進(jìn)行灌漿。

（3）注漿量計(jì)算

Q=K×A×L×H×B

Q——每循環(huán)應(yīng)注漿量（m3）

A——工作面面長(zhǎng)（m）

L——埋管間距（m）（取20m）

H——泥漿沉淀的厚度（m）

采空區(qū)取H=0.025m；停采線、開(kāi)切眼取H=0.05m

K——采空區(qū)冒落表面不均衡系數(shù)， K=1.0—2.2，取K=1.6

B——漿液水土比之和

停采線、開(kāi)切眼注漿量：

粉煤灰漿液

Q=K×A×L×H×B

=1.6×90.6×20×0.05×4

=579.84m3

黃土漿液

Q=K×A×L×H×B

=1.6×90.6×20×0.05×5

=724.8m3

三、注氮防滅火

（1）注氮量計(jì)算

根據(jù)《煤炭礦井設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 51078-2015，制氮設(shè)備或裝置的能力應(yīng)按礦井注氮需要選取，注氮能力按下式計(jì)算：

QN=60*K*Q0× （c1-c2）/（cn+c2-1）

式中：

QN——注氮量（m3/h）；

Q0——F9305工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏風(fēng)量，一般取5～20 m3/min。該工作面取值7.06m3/min；

C1——采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧濃度，一般為10%～15%，取10%；

C2——采空區(qū)防火惰化指標(biāo)，可取7%；

CN——注入氮?dú)獾牡獨(dú)鉂舛龋?7%；

K——備用系數(shù)按總注氮量的1.2～1.5倍選取，取1.5。

經(jīng)計(jì)算，QN=476.55m3/h，取477m3/h。（2）注意事項(xiàng)

①惰性氣體釋放期間，通巷工區(qū)要對(duì)井上下管路系統(tǒng)巡查到位，異常及時(shí)處理，確保無(wú)泄漏。地面注惰車(chē)間內(nèi)設(shè)置甲烷-氧氣兩用儀，儀器報(bào)警時(shí)人員應(yīng)立即停止注氮，查找原因進(jìn)行處理。井下氮?dú)忉尫艆^(qū)域附近使用甲烷-氧氣兩用儀測(cè)量風(fēng)流中的氧氣及甲烷氣體含量；使用光瓦測(cè)量風(fēng)流中的二氧化碳?xì)怏w含量；使用一氧化碳便攜儀測(cè)量風(fēng)流中的一氧化碳?xì)怏w含量。當(dāng)氣體超過(guò)規(guī)程相關(guān)要求時(shí)，要立即匯報(bào)通防部門(mén)，分析原因，通知地面降低注氮強(qiáng)度或停止注氮。

②在釋放過(guò)程中，操作人員要經(jīng)常檢查壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)是否正常。地面注惰車(chē)間要保證通風(fēng)良好，并有與井下聯(lián)通的固定電話。

③實(shí)施封閉注氮期間利用兩順槽封閉處的束管監(jiān)測(cè)板障內(nèi)的氧氣濃度，當(dāng)封閉區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度低于7%時(shí)，要匯報(bào)通防部門(mén)，通知地面降低注氮強(qiáng)度或停止注氮。、實(shí)施采空區(qū)開(kāi)放注氮時(shí)人員要在上風(fēng)側(cè)逐步進(jìn)入回風(fēng)隅角，監(jiān)測(cè)回風(fēng)隅角處的氧氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳?xì)怏w的濃度，當(dāng)氧氣低于18%，其他氣體超過(guò)規(guī)程相關(guān)要求時(shí)，要立即匯報(bào)通防部門(mén)，分析原因，通知地面降低注氮強(qiáng)度或停止注氮。操作液態(tài)惰性氣體至氣化器段的有關(guān)閥門(mén)，必須帶手套。

四、壓噴注防滅火材料防治自然發(fā)火

（1）阻燃劑防滅火：阻燃劑選擇徐州意創(chuàng)生產(chǎn)的礦用阻燃劑（MEA），該產(chǎn)品為無(wú)機(jī)材料，無(wú)毒無(wú)副作用，不會(huì)腐蝕機(jī)械設(shè)備。

（2）LFM輕型材料防滅火：工作面兩順槽頂幫出現(xiàn)較大空洞，可采用充填LFM輕型充填材料進(jìn)行處理。巷道頂幫煤體破碎嚴(yán)重根據(jù)實(shí)際可采取噴涂LFM噴涂型材料，噴涂、充填可使用氣動(dòng)隔膜泵或雙液注膠泵進(jìn)行。LFM輕型充填材料分為充填型和噴涂型，材料為淺棕色粉末狀，無(wú)毒副作用，對(duì)人體沒(méi)有傷害。經(jīng)試驗(yàn)，LFM輕型充填材料溶于水后，不產(chǎn)生高溫，固結(jié)后放入800℃火爐中不會(huì)被點(diǎn)燃，也不助燃，也不足以點(diǎn)燃其它易燃物，具有良好的阻燃抗燒能力，不存在引發(fā)礦井火災(zāi)和誘發(fā)瓦斯煤塵爆炸的危險(xiǎn)性。LFM輕型充填材料無(wú)燃爆性，且均溶于水使用，為濕潤(rùn)性液體，具備抗靜電特性。該材料能對(duì)采掘施工地點(diǎn)或礦井其他區(qū)域存在的空洞、廢棄巷道及硐室完成充填、密閉、堵漏等諸多任務(wù)；也可噴涂于井下巷道頂幫代替噴漿工藝，完成巷道密封減少頂幫漏風(fēng)強(qiáng)度。

五、5工作面過(guò)老巷期間氣體檢測(cè)措施

工作面通過(guò)老巷、煤體破碎區(qū)域時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)瓦檢員要密切關(guān)注工作面揭露老巷情況，除工作面、回風(fēng)流的氣體正常檢查外，對(duì)出現(xiàn)的空洞、高冒區(qū)必須進(jìn)行氣體檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有害氣體超限，必須停止作業(yè)進(jìn)行處理。處理方法可采用掛擋風(fēng)簾、用高壓水和壓風(fēng)等手段沖淡空洞和高冒區(qū)的有害氣體，效果不佳時(shí)由通防部門(mén)制定專項(xiàng)安全技術(shù)措施處理。

回采期間，需通過(guò)原9311下順槽斷層帶段老巷，長(zhǎng)度約130米，老巷位于采煤工作面頂板上方，回采時(shí)架前不揭露，存在隱蔽致災(zāi)因素。回采期間需在工作面接近老巷3m前，提前打探孔檢測(cè)老巷內(nèi)氣體情況，如老巷內(nèi)氣體有害氣體超限，必須采取打孔用壓風(fēng)吹散工作面附近老內(nèi)的氣體，符合規(guī)定后再繼續(xù)回采。通過(guò)老巷期間每天至少一次向老巷打設(shè)探孔，檢測(cè)氣體情況，異常情況及時(shí)匯報(bào)。

六、特殊時(shí)期防治自然發(fā)火措施

工作面停采回撤期間，適當(dāng)風(fēng)量下調(diào)，縮短工作面造條件停工的時(shí)間。工作面停采后在F9305切眼回采幫鋪設(shè)一路注漿管，長(zhǎng)度以管路末端進(jìn)入運(yùn)輸順槽內(nèi)為宜。注漿管采用直徑不小于50 mm的鋼管加工每隔約3m打設(shè)一個(gè)出漿孔，可直接落地放置，注漿管外口延接至F9305軌道順槽防火門(mén)墻外。工作面回撤結(jié)束后按照煤礦防滅火細(xì)則要求在工作面兩順槽內(nèi)構(gòu)筑不少于2道永久密閉墻，墻體中間采用不燃性材料進(jìn)行充填的方式進(jìn)行封閉采空區(qū)。墻體施工時(shí)提前預(yù)埋注漿管并及時(shí)外延，以縮短停采線處的持續(xù)漏風(fēng)時(shí)間，密閉施工前加強(qiáng)保護(hù)需要保留的注漿管和監(jiān)測(cè)束管，杜絕采空區(qū)自然發(fā)火。

應(yīng)用及效果分析

通過(guò)以上防滅火措施的綜合運(yùn)用，保證了復(fù)采工作面的自然發(fā)火安全，安全及經(jīng)濟(jì)效益顯著，為后續(xù)復(fù)采工作面的自然發(fā)火防治提供了技術(shù)支持。