劉　睿，喬志剛

（山西焦煤西山煤電集團公司杜兒坪礦，太原030000）

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杜兒坪礦63310工作面防滅火技術研究

劉睿，喬志剛

（山西焦煤西山煤電集團公司杜兒坪礦，太原030000）

摘要：采空區(qū)遺煤自燃影響煤礦的安全生產，針對杜兒坪礦63310采空區(qū)發(fā)生的火災情況，采用了注氮滅火的防滅火治理措施，撲滅了自燃火災，及時恢復了礦井的正常生產，為礦井的安全生產提供了保障。

關鍵詞：遺煤自燃；采空區(qū)漏風；SF6；注氮；防滅火

1　工作面概述

63310工作面北鄰北三2號煤軌道巷，南鄰63312工作面（已采），西鄰北三3號煤軌道巷，東鄰62310后部回風巷，上部為62310和62312工作面采空區(qū)，蓋山厚度463 m～475 m，托夾石層間距為4.6 m～8.6 m，平均5.9 m，挑夾石層間距為3.5 m～7.5 m，平均4.8 m，工作面平均煤厚2.5 m，走向長1 000 m，工作面長256 m。根據工作面回采過程中瓦斯涌出量統(tǒng)計，絕對瓦斯涌出量平均為5.8 m3/min，其中風排絕對瓦斯涌出量平均為3.4 m3/min，抽采絕對瓦斯量為2.4 m3/min。煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數為15.74%，2號和3號煤層自燃發(fā)火等級均為Ⅲ級，自燃傾向性為不易自燃煤層。盤區(qū)內布置北三九尺皮帶巷、北三九尺軌道巷以及北三十八尺軌道巷服務整個盤區(qū)的運輸，其中3號煤通過穿層斜坡利用九尺皮帶巷出煤，回風均通過南北瓦斯總尾巷回到北一總回，最后進入北石溝風井，方位均垂直于北一大巷。

2　發(fā)火情況簡介

63310工作面于2012年2月5日開始回采，在回采過程中頂板管理難度大，多次發(fā)生冒頂、漏頂，2012年6月至12月推進速度最慢，平均每月推進30 m～40 m，2012年9月30日97號—116號支架30 m巷道大冒頂，全月推進13 m，冒頂期間開始注化學加固劑，累計注入480萬m3，注化學加固劑推進長度為680 m～600 m；2013年7月24日開始收尾，8月7日停采，累計開采18個月；撤架時間為8月12日至10月9日，撤架結束后10月10日甲班通風區(qū)構筑臨時密閉對采空區(qū)進行了封閉，10月15日完成永久封閉。

2013年9月2日發(fā)現北三盤區(qū)后部通中部風井密閉內CO濃度達到0.002 8%，盡管通過構筑4道風門降低了漏風密閉負壓，并采取了封堵63310采空區(qū)泄水孔蓄水等措施，但撤架期間北一總回沿線各采空區(qū)密閉CO濃度仍不斷增大，且63310回風巷也出現CO并達到0.004%，埋管的抽采管路抽氣化驗CO達到0.02%；因此加快撤架速度，每天要求安裝區(qū)至少撤出6道支架，10月10日甲班封閉63310采空區(qū)后，北一總回18號密閉內CO濃度由10月8日的0.091 9%逐步降低到10月14日的0.036 6%，北三盤區(qū)后部通中部風井1號、2號密閉由10月8日CO濃度0.056 6%逐步降低到10 月14日的0.018 1%，但到了10月16日CO濃度突然急劇增大，北一總回密閉內CO濃度達到0.73%，乙烯濃度達到0.002 6%，乙炔濃度達到0.000 5%，判斷63310采空區(qū)已經由自熱期進入到燃燒期。

3　原因分析

1）煤層自燃傾向性。經鑒定，杜兒坪礦2號、3號煤均為不易自燃煤層，北三盤區(qū)長期受活水影響，需要人工排水，而遺煤經過水的浸泡，氧化性會增強，采空區(qū)自燃的可能性增大。

2）63310采空區(qū)遺煤多。由于63310采完后，采空區(qū)遺留的面積大（6個采空區(qū)）、遺煤多，而且大部分煤柱都已經破碎，為煤層自燃提供了足夠的條件。

3）采空區(qū)漏風。采空區(qū)面積大，漏風通道多，經過分析有二條漏風通道。通道一：63310進風順槽→63310進風順槽與北三3號煤集中軌道巷之間的聯(lián)絡橫貫/62310皮帶順槽與北三2號煤集中軌道巷之間的聯(lián)絡橫貫→北一總回→北石溝回風井/中部回風井。通道二：63310進風順槽→62310軌道順槽/62310尾巷/63312尾巷→北三后部集中軌道/皮帶巷→北一總回→中部回風井。漏風通道的存在也為采空區(qū)遺煤自燃提供了足夠的氧氣。

4　綜合防滅火措施的實施

4.1觀察采空區(qū)的氣體

北三后部通中部井發(fā)現CO，礦上分成三班倒，每班檢查各采空區(qū)的各項數據，在采空區(qū)周邊的10道閉（后8道閉已經構筑永久閉）觀測孔進行取樣分析，并直接送化驗室進行化驗，根據化驗程度來判斷采空區(qū)的自燃程度。

4.2使用SF6示蹤氣體檢測漏風通道

在北三盤區(qū)通過裂隙釋放SF6示蹤氣體，發(fā)現在沿著采空區(qū)內的各個地點都能監(jiān)測到該氣體，這證明了北三盤區(qū)所有的采空區(qū)都基本相連，為更進一步的處理提供了依據。

4.3堵漏防滅火

首先把與火區(qū)相關的23道永久設施進行編號管理（編號詳見圖1），并進行了封堵，包括18個防火密閉進行了加固噴漿，其中10號、21號密閉重新構筑；3個風眼（20號、22號、23號）密排方木鋪雙層風筒布蓋水泥砂漿。其次對北一大巷2號天井采取創(chuàng)新性封堵措施，換裝焊接外徑60.3 mm。厚度3.8 mm的圓形天井堵片，先注干料到斗子內部，再注水凝固，徹底封閉了經煤斗子、天井的漏風通道。由于北三二變還需繼續(xù)使用，將6號密閉改造為調壓氣室密閉，確保了北三二變CO不超限。

圖1　63310火區(qū)通風網絡圖

4.4注氮防滅火

氮氣，是一種無色、無味、無嗅、無毒的氣體。據有關資料介紹當氧氣含量低到5%～10%時，可抑制煤炭的氧化自燃，氧氣含量降至3%以下時，可以完全抑制煤炭等可燃物的陰燃與復燃[1]?；谏鲜龅獨獾男再|及煤的氧化機理，向綜采面采空區(qū)及遺煤帶注入氮氣，使其滲入到采空區(qū)冒落區(qū)、裂隙帶及遺煤帶，降低這些區(qū)域的氧含量，形成氮氣惰化帶，從而達到抑制采空區(qū)自燃和安全開采的目的。

4.4.1注氮量的計算

注氮量是最重要的注氮參數，直接決定著注氮效果。注氮量太小達不到惰化采空區(qū)氣體的目的，起不到防火的作用，注氮量太大則造成經濟上的浪費。注氮量主要取決于被注地點的幾何體積、氧化空間大小、裂隙情況、漏風量大小以及氣體組分等。

根據煤炭行業(yè)標準《煤礦用氮氣防滅火技術規(guī)范》（MT/T701-1997）第7.1條的規(guī)定：制氮設備或裝置的供氮能力應按礦井注氮工作面防火需要選取，供氮能力（注氮量）可計算：

式中：QN為供氮能力，m3/h；K為備用系數，取1.2；Q0為采空區(qū)氧化帶內漏風量，m3/min；C1為采空區(qū)氧化帶內平均氧濃度，%；C2為采空區(qū)惰化防火指標，其值為煤自燃臨界氧濃度，%；CN為注入氮氣的氮氣濃度，%。經計算得供氮能力QN=3 600 m3/h，因此選用4臺DM-1000型礦用井下移動式膜分離制氮裝置同時進行注氮。

4.4.2注氮地點的選擇

根據63310采空區(qū)工作面疏放水的情況，判定火源在63310回風巷附近，北五一斜坡位于北三盤2號煤上面，從北五一斜坡往采空區(qū)注氮，靠近火源上方，離火源較近，效果好，決定在北五一斜坡設置4臺DM-1000型移動制氮機，由地質科從北五一斜坡向上打4個鉆孔到2號煤采空區(qū)裂隙帶，通過鉆孔向火區(qū)進行注氮滅火，注氮鉆孔參數如表2所示。

表2　注氮鉆孔參數表

4.4.3采空區(qū)注氮

從2013年10月份到2014年8月份，由四臺注氮機從北五一斜坡向采空區(qū)內不間斷的注氮，累計注氮量達到700萬m3，足以覆蓋63310及其相鄰的63312采空區(qū)200萬m3，并向相鄰采空區(qū)擴散。

5　治理結果

經過注氮處理，乙烷21號密閉由0.006%降到0.0005%，3號密閉CO濃度由0.008%降到0.002%，其余3道密閉由0.008%～0.01%降到0.000 01%～0.000 03%。乙烯由0.002 6%降至目前0～0.000 01%（僅3號閉可化驗出來），乙炔由0.000 07%降至目前的零，一氧化碳除3號閉在0.000 1%上下波動外，其余均降為零，說明63310火區(qū)火源已成功熄滅，但3號閉內CO長期存在且在0.000 1%左右徘徊，主要原因一是火區(qū)面積大，積存的火區(qū)氣體多；二是3號閉閉外直通北一下組總回風巷，負壓最大；三是火源雖然沒有明火，但仍在氧化釋放CO；所以必須持續(xù)注氮，繼續(xù)觀測，防止復燃。圖2為2013年10月5日到2014年10月5日的CO變化情況曲線。

圖2　2013年10月5日到2014年10月5日的CO變化情況曲線

6　結論

1）因為63310工作面上、下副巷均處在采空區(qū)內，上、下副巷密閉按照標準建造非常困難，且北鄰北一總回風巷，所以漏風很難控制，靠封閉隔氧窒息滅火非常困難[2]，在北五一斜坡實施鉆孔注氮是一個不錯的滅火方案。

2）北五二斜坡63310采空區(qū)，通過一系列的防治措施，和現場的強化管理，成功的控制了采空區(qū)內遺煤的自燃，保證了63316工作面回采工作的順利進行。

3）礦井防滅火必須堅持“預防為主、綜合治理”的方針，要建立準確的預測預報措施和預防性措施，才能盡可能的減少或消除發(fā)火隱患。

參考文獻：

[1]宋錄生.礦井惰性氣體防滅火技術[M].北京:化學工業(yè)出版社，2008.

[2]于海森，王小林.超化煤礦22061采煤工作面自燃火災事故處理實踐[J].煤礦安全，2014（5）:132- 134.

（編輯：樊敏）

Fire Prevention and Extinguishing of No.63310 Working Face in Duerping Mine

LIU Rui, QIAO Zhigang
(Duerping Mine, Xishan Coal & Electricity Group, Shanxi Coking Coal Group, Taiyuan 030000, China)

Abstract:Spontaneous combustion of residual coal in goaf threatens the safe production in mines. To control the fire disaster in No.63310 goaf in Duerping mine, nitrogen injection was used to put out the fire toresume the normal production, which guaranteed the securityfor the production in the mine.

Keywords:spontaneous combustion of residual coal; air- leakage in goaf; SF6; nitrogen injection; fire prevention and extinguishing

作者簡介：劉睿(1984- )，男，河北景縣人，碩士，工程師，從事礦井安全與管理工作。

收稿日期：2015- 10- 19

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.006

文章編號：1672- 5050（2016）01- 0019- 03

中圖分類號：TD752

文獻標識碼：A