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柳湾煤矿31029综放工作面综合防灭火技术

2024-12-02 114 上传者：管理员

摘要：对于地质条件相对复杂、井田范围内受小煤窑私挖滥采破坏严重的煤矿，采掘过程中经常会遭遇不明空巷，导致有毒有害气体大量涌出。加上煤层顶板裂隙发育充分，巷道围岩破坏严重，漏风通道多，在回采期间，采空区管理难度大，极易造成遗煤自燃，给煤矿的安全生产造成严重的威胁，一旦发生事故往往会造成不可估量的损失。为有效预防采空区自然发火，汾西矿业集团有限责任公司柳湾煤矿31029综放工作面运用均压防灭火技术，辅以对采空区进行开放式注氮、喷洒阻化剂、灌浆，通过运用多种措施，有效抑制了31029综放工作面回采期间采空区遗煤自燃，实现了工作面的安全高效生产。

关键词：
注氮
自燃
采空区
防灭火
阻化剂
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长期以来，采空区的防灭火一直是煤矿开采中的技术难题[1-2]，地质条件相对复杂的煤矿，尤其是当井田范围内受到小煤窑私挖滥采破坏且有自燃倾向的煤矿，若采空区进入大量新鲜风流会导致采空区的遗煤加速氧化[3-4]，采空区内积聚的大量瓦斯和遗煤氧化后的有毒有害气体随风流进入到工作面中，成为回采工作面的巨大隐患[5-6]，为了防止采空区自然发火，降低工作面回风流中瓦斯等有害气体浓度，改善工作面作业环境，本文以汾西矿业集团有限责任公司柳湾煤矿（简称“柳湾煤矿”）31029综放工作面为例，开展综合防灭火技术的应用。

1、概况

柳湾煤矿为低瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量0.74 m3/min，相对瓦斯涌出量1.19 m3/t,9#、10#、11#煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，均属自燃煤层，9#煤自然发火期88天、10#煤自然发火期83天，11#煤自然发火期85天；受小窑的破坏比较严重。由于受地质因素影响及小窑影响，煤层顶板破碎，空巷多，漏风通道多，工作面推进过程中巷道顶板压力大，推采速度缓慢，容易造成采空区遗煤自燃[7-8]。一氧化碳等有毒有害气体超限，极大地影响了矿井安全生产。

31028综放工作面在回采期间，一氧化碳、瓦斯经常出现逼近报警临界值，不得不停止生产进行应急处理，严重影响了煤矿的正常安全生产。31029综放工作面在掘进期间本煤层未发现空巷，运输巷掘进过程中曾与11号煤漏通，材料、运输两巷超前探掘时曾与9号煤空巷探通，均存在不同程度漏风，氧气体积分数偏低，已采取充填、封堵等方法进行处理。

31029综放工作面的通风较为简单，由三盘区石门大巷→进风联巷→31029材巷→31029综放工作面→31029运巷→三盘区后期回风巷，通风示意图如图1所示。为防止采空区有害气体异常涌出及采空区漏风引起煤层自燃，通过运用均压防灭火技术，辅以对采空区进行开放式注氮、喷洒阻化剂、灌浆等多种方案进行综合防灭火。

图1 31029综放工作面通风示意图

2、防灭火管理

为监测31029综放工作面采空区自燃发火进展，选用KQF-8型井下微色谱运用束管监测系统设置防火观察束管。对综放工作面采空区抽取气样进行监测，监测内容包括O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等气体情况，监测结果纳入束管监测动态报表。由瓦检员对综放工作面进风巷、工作面回风巷、采煤工作面回风隅角进行监测，每班至少检测两次，监测内容包括气温及O2、CO、CO2、CH4体积分数；由通风区队派专人每天使用便携仪巡回监测采煤工作面进风巷、工作面回风巷、工作面回风隅角，监测内容包括通风设施情况、调压风门内外压差、气温及O2、CO、CO2、CH4体积分数等，监测结果纳入工作面监测参数报表。

参照2023年汾西矿业集团公司柳湾煤矿31029工作面《采空区立体三带研究》结果，通风散热带在工作面后方采空区进风侧30 m、回风侧25 m的区域；氧化带的始、终位置在工作面后方进风第30～95 m、回风第25～90 m之间；窒息带在工作面切顶线进风95 m、回风90 m至开切眼区域，三带区划示意图如图2所示。

图2 三带区划示意图

工作面安设3趟束管，其中2趟交替迈步监测采空区氧化带，迈步距为65 m，使用6分钢管保护埋入采空区。当迈步1#束管管口埋入采空区以里25 m时开始进行监测，当迈步1#束管管口埋入采空区以里65 m时埋入迈步2#束管，当迈步1#束管管口埋入采空区以里90 m时断开，迈步2#束管与运巷束管管路连接并开始监测。如此1#、2#交替迈步循环，以实现对氧化带、散热带监测。另一趟束管监测回风隅角，束管采集头伸入回风隅角切顶线处。

通过束管系统24小时抽取气样进行色谱分析，分析参数主要有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2。每天人工在束管监测地点取样，送地面机房进行气相色谱分析，根据束管分析报告可以准确确定煤层不同自燃氧化状态的标志性气体的种类及其定量指标，判断煤层发火趋势。

3、综合防灭火

3.1 均压防灭火

增加一台备用风机，运行备用风机应采用“三专”供电，实现“双风机双电源自动切换”功能。在工作面材、运两巷顶板向上覆采空区打孔并测定压差，通过测定压差确定本工作面升压量，选定升压风机，同时要从材、运两巷设置胶管引至两巷调节风门外，作为压差观察，根据工作面进、回风巷压差，及时调整压力，确保工作面均压通风稳定可靠。工作面与邻近采空区压能基本平衡，进、运巷调压风门内外压差为47～448 Pa。工作面所选风机型号为FBD№7.5/2×55 kW的风机，直径1 000 mm风筒，在工作面材、运两巷顶板向上覆采空区打孔并测定压差，通过测定压差确定本工作面升压量，选定升压风机，风压范围为1 700～7 300 Pa，风量450～1 000 m3/min。安设位置为三盘区可采资源探巷Ⅲ进风联巷口，经风筒转换器延伸风筒至31029材联巷靠近工作面侧的调压风门10 m范围内。在材联巷构筑三道调压风门，在三盘区可采资源探巷Ⅰ进风联巷构筑三道调压调节风门，在三盘区可采资源探巷Ⅲ回风联巷构筑两道正反调节风门，在三盘区可采资源探巷Ⅰ回风联巷构筑两道正反调节风门，在三盘区可采资源探巷Ⅰ联巷口往北构筑两道调节风门，均压防灭火设施布置示意图如图3所示。由通风区派专人每天巡回测定工作面、回风隅角、回风流的CH4、CO、O2、温度、风量、压力和均压设施完好情况，同时在工作面的头部、中部、尾部分别安置均压风机停电停风声光报警系统。当工作面人员发现风机停风声光报警或接到撤人电话时，现场队长及瓦检员负责组织作业人员迅速撤离工作面，并在所有进入工作面的联巷口设置警戒。人员位于材巷、工作面、运巷靠近机尾20 m范围内时，逆风从材巷中撤离至三盘区可采资源探巷Ⅲ进风联巷；人员位于运巷靠近机尾20 m范围外时，顺风从运巷撤离至三盘区可采资源探巷Ⅲ进风联巷，所有人员迅速撤离。

图3 均压防灭火设施布置示意图

通过均压防灭火技术，根据推进度及束管分析报告及时调整调压风门、调压调节风门和调节风窗，确保工作面气体正常、均压防灭火技术系统稳定，工作面进风量保持不低于设计风量（应配风量532 m3/min），同时满足进风量略大于回风量25 m3/min以内，工作面与邻近采空区压能基本平衡，材、运巷调压风门内外压差为56～457 Pa，从而控制采空区内的瓦斯等有毒有害气体的涌出，保证工作面各种气体指标不超标，实现工作面的安全生产。

3.2 开放式注氮

矿上现建有六盘区制氮站，六盘区地面注氮站布置3台QTD1500/97型制氮设备（两用一备），单台制氮能力为1 500 m3/h。注氮主管采用ϕ200 mm无缝钢管，沿六盘区回风立井、六盘区回风大巷、六盘区轨道巷、三盘区二马背进风配巷、三盘区后期回风巷铺设。工作面注氮支管为ϕ108 mm无缝钢管，沿材巷铺设一趟注氮管至回采工作面进风隅角附近，随工作面回采埋入采空区。采取开放式交替迈步埋管注氮，迈步距为65 m，需在31029工作面头、尾端头构筑临时封堵墙，减少注入采空区的氮气流失，并应采用低温注氮装置。注氮现场布置示意图如图4所示。

图4 注氮现场布置示意图

通过向采空区注氮，一定程度上减缓了采空区遗煤氧化速度，延缓了蓄热进程，从而抑制了采空区遗煤的自燃，进一步控制了采空区的瓦斯等有毒有害气体的涌出。

3.3 喷洒阻化剂

选用工业氯化钙作为阻化剂材料，阻化剂质量分数取10%;10%溶液密度为1.08 t/m3，阻化率不小于40%，阻化寿命不小于200 min。阻化剂配液箱规格为0.8 m×0.6 m×0.5 m，每次配液时加入阻化剂20 kg(40 kg规格的阻化剂半袋），加入适量的水进行溶解，待完全溶解后加水稀释至标注水位线处，充分搅拌后备用，此时质量分数为10.1%。由防灭火队或工作面施工队组每日在工作面回风隅角、进风隅角及支架间喷洒阻化剂。工作面回采期间每天检修班喷洒一次阻化剂，遇断层构造带等其它原因导致工作面遗煤增加时，加大阻化剂喷洒频率和喷洒量。使用移动式喷洒系统ZPC-4-01型阻化剂喷洒除尘一体机。将阻化剂喷洒泵放置在采煤工作面材巷设备列车尾部，经过输液管路将阻化剂输送到工作面。将阻化剂材料按所需要的量倒入储料罐内并进入水箱，旋转搅拌总成开始工作，把阻化剂和水搅拌混合，通过增压系统把阻化剂喷洒在材、运两巷上隅角和液压支架后面。当综采工作面停电时，风动增压阻化剂喷洒系统开启工作。通过向采空区喷洒阻化剂，可有效阻止遗煤、浮煤进一步氧化，降低自燃危险，抑制了采空区遗煤的蓄热自燃。

3.4 采空区灌浆

当工作面无法正常推进时或日推进度小于合理推进度时或出现自然发火隐患，检测到自然发火的标志气体且呈持续上升趋势时或在具备上述前两项条件后，当工作面采上山时，对采空区进行灌浆，每年10月份至次年3月份期间由于气候条件影响不进行灌浆，在此期间以注氮及喷洒阻化剂为主。

采用迈步式埋管灌浆法，即在放顶前沿回风顺槽在采空区预先铺好预埋灌浆管（10～20 m，工作面推进期间必须保证采空区始终预埋管路，当需要时随时可以灌浆），预埋管直接与4寸灌浆支管相连，始终保持预埋管在采空区15 m左右进行迈步式灌浆，埋管灌浆示意图如图5所示。

图5 埋管灌浆示意图

通过向采空区灌浆，灌浆料固结体可以覆盖、固结破碎煤体，隔绝氧气。灌浆料含水量较大，吸收大量热量，降低自燃危险。

4、结论

柳湾煤矿31029综放工作面通过综合防灭火技术，运用均压防灭火技术辅以对采空区进行开放式注氮、喷洒阻化剂、灌浆，通过运用多种措施，工作面回采期间，从未因为气体体积分数超标报警而影响生产，可以看出，综合防灭火技术能够有效抑制工作面回采期间采空区遗煤氧化自燃，实现工作面的安全快速生产，对类似工程具有良好的借鉴意义。

参考文献:

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文章来源:张万芝.柳湾煤矿31029综放工作面综合防灭火技术[J].晋控科学技术,2024,(06):20-23.