王云飛

(神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦，陜西省榆林市，719316)

1 概述

1.1 工作面概況

榆家梁煤礦43202工作面北部為井田邊界，西側(cè)為43203準(zhǔn)備工作面，東側(cè)為43201采空區(qū)，南側(cè)為43煤層保安煤柱。工作面沿煤層走向布置，沿著煤層傾向推進(jìn)。工作面地表標(biāo)高1228～1364 m，底板標(biāo)高1186～1192 m，傾向長度298.3 m，推進(jìn)長度1756.4 m，傾角為1°～3°，容重1.30 t/m3，工作面回采率95.05%。工作面上覆42煤層42219工作面邊角煤短壁回采采空區(qū)，42218、42219綜采采空塌陷區(qū)及42煤層?xùn)|翼大巷煤柱短壁回采采空區(qū)，層間距12～17 m。43202工作面采用傾斜長壁后退式全部垮落綜合機(jī)械化采煤法進(jìn)行回采，工作面設(shè)計(jì)服務(wù)年限約為6個(gè)月21 d。工作面位置布置如圖1所示。

圖1 工作面布置示意圖

1.2 礦井通風(fēng)

43煤層有2個(gè)進(jìn)風(fēng)井(43煤層進(jìn)風(fēng)斜井、暗平硐)、1個(gè)回風(fēng)井(回風(fēng)立井)?？傔M(jìn)風(fēng)7454 m3/min、總回風(fēng)7609 m3/min，有效風(fēng)量6688 m3/min。主通風(fēng)機(jī)型號為FBCDZ-10-No26(B)，配套電機(jī)型號YBF450-10，現(xiàn)排風(fēng)量7751 m3/min左右、風(fēng)壓1460 Pa左右，等積孔3.86 m2，43202工作面配風(fēng)1100 m3/min左右。

1.3 瓦斯、煤塵、自然發(fā)火情況

2018年，43煤層的礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果屬低瓦斯礦井，經(jīng)測定43煤層瓦斯絕對涌出量為1.53 m3/min，相對涌出量為0.32 m3/t。

43煤層煤塵具有爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)為Ⅱ級。43煤層屬Ⅱ類自燃煤層，最短自然發(fā)火期為88 d。本區(qū)域地溫梯度一般小于3℃/100 m，無地溫異常，屬地溫正常區(qū)，對礦井無地?zé)嵛：Α?/p>

2 工作面火災(zāi)危險(xiǎn)因素分析

2.1 內(nèi)因火災(zāi)因素分析

2.1.1 43202工作面自然發(fā)火因素分析

(1)對防止自然發(fā)火有利的條件：43202工作面所采煤層可采厚度平均1.78 m，工作面設(shè)計(jì)采高2.0 m左右，實(shí)現(xiàn)了沿頂接底回采，回采率較高，采空區(qū)遺煤較少，對防止自然發(fā)火有利；由于工作面開采煤層較穩(wěn)定，計(jì)劃日推進(jìn)7.0 m，月推進(jìn)超過210 m，可確保將采空區(qū)氧化帶在發(fā)火期內(nèi)移至窒息帶，有利于防止采空區(qū)浮煤自然發(fā)火；工作面內(nèi)地層是以極緩的坡度向北西傾斜的單斜構(gòu)造，斷層不發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡單。

(2)對防止自然發(fā)火不利的條件：43202工作面開采43煤層屬Ⅱ類自燃煤層，采空區(qū)遺煤存在自然發(fā)火可能性；由于煤柱支撐作用，加之退錨不及時(shí)，在兩巷道、開切眼及回撤通道形成漏風(fēng)通道，煤柱受壓片幫形成碎煤堆積，因此埋下自然發(fā)火隱患；43202工作面運(yùn)輸巷為沿空留巷，漏風(fēng)較大，增加了采空區(qū)遺煤自然發(fā)火的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2 43202工作面受周邊區(qū)域火災(zāi)影響分析

依據(jù)榆家梁煤礦43煤層采掘部署，43202工作面南側(cè)為43煤層輔運(yùn)大巷、膠運(yùn)大巷、回風(fēng)大巷，巷道西側(cè)為尚未采動實(shí)體煤，東側(cè)為43201綜采采空區(qū)，北側(cè)為井田邊界，井田外無采動，43202工作面上覆42煤層42219工作面邊角煤短壁回采采空區(qū)，42219、42218綜采采空塌陷區(qū)及42煤層?xùn)|翼大巷煤柱短壁回采采空區(qū)，距43煤層12～17 m。

依此判斷，43202工作面周邊無自然發(fā)火威脅；43202工作面煤層最大厚度為2.1 m，其冒落高度按4倍采高計(jì)算，最大冒落高度為8.4 m，小于43煤層與42煤層最小層間距12 m，即42煤層不可能冒落到43202采空區(qū)，其余區(qū)域上覆采空區(qū)會通過裂隙與本工作面連通，是其自然發(fā)火的最大威脅。

2.2 外因火災(zāi)因素分析

43202工作面機(jī)械化程度較高，其外因火災(zāi)威脅主要是機(jī)電火災(zāi)，包括采煤機(jī)組、刮板輸送機(jī)驅(qū)動部位、帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、電纜、移變列車、開關(guān)、油脂等，工作面使用電氣焊作業(yè)是外因火災(zāi)的高發(fā)點(diǎn)，無軌膠輪車也存在發(fā)生火災(zāi)的可能性。

通過對43202工作面分析及其周邊區(qū)域自然發(fā)火因素分析，可以認(rèn)為43202工作面采空區(qū)在回采期間發(fā)生自燃的可能性較低，危險(xiǎn)程度可控，因此，防止內(nèi)因火災(zāi)工作應(yīng)重點(diǎn)著眼于預(yù)防開采時(shí)對上層煤的擾動造成上覆采空區(qū)自然發(fā)火問題；43202工作面為綜合機(jī)械化采煤工作面，存在以機(jī)電火災(zāi)為主的外因火災(zāi)因素。

3 自然發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng)

建立以礦井束管監(jiān)測系統(tǒng)為主、人工取樣監(jiān)測為輔，結(jié)合安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、便攜式儀器儀表監(jiān)測的自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報(bào)措施。

3.1 工作面氣體監(jiān)測

工作面回采過程中，工作面氣體的監(jiān)測主要采用安設(shè)CO、O2、CH4、煙霧和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)。

(1)43202回風(fēng)巷距工作面小于10 m范圍內(nèi)，安裝CH4傳感器T1、溫度傳感器T2、CO傳感器T3、粉塵傳感器T4，傳感器應(yīng)垂直懸掛，距頂板(梁)不得大于300 mm，距巷道側(cè)壁不小于200 mm，傳感器應(yīng)設(shè)置在能準(zhǔn)確、可靠反映監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際情況的地方。

(2)在43202綜采工作面機(jī)尾上隅角距老空區(qū)切頂線不大于800 mm，距頂不大于300 mm，距煤壁大于等于200 mm且小于等于500 mm處，安裝設(shè)置CH4傳感器T5，O2傳感器T6，CO傳感器T7。

(3)在43202回風(fēng)巷配電點(diǎn)上風(fēng)側(cè)3～5 m設(shè)置CH4傳感器T8，溫度傳感器T9。

(4)在43202回風(fēng)口10～15 m范圍內(nèi)安裝設(shè)置CH4傳感器T10，溫度傳感器T11。

(5)在43202運(yùn)輸巷轉(zhuǎn)載機(jī)巷道機(jī)尾下風(fēng)側(cè)10～15 m設(shè)置CO傳感器T12，煙霧傳感器T13；工作面采煤機(jī)機(jī)身安裝CH4傳感器T14。

(6)各類傳感器必須符合下列要求：T1、T5、T14：報(bào)警點(diǎn)≥1.0%，斷電點(diǎn)≥1.5%，復(fù)電點(diǎn)<1.0%；T10：報(bào)警點(diǎn)≥1.0%，斷電點(diǎn)≥1.0%，復(fù)電點(diǎn)<1.0%；T3、T7、T13：報(bào)警值≥0.0024%；T6：報(bào)警點(diǎn)<18%；T2、T9、T11：報(bào)警點(diǎn)≥30℃；T14：煙霧傳感器遇煙霧報(bào)警。

3.2 采空區(qū)氣體監(jiān)測

3.2.1 上層采空區(qū)氣體監(jiān)測

工作面回采過程中，在兩巷道探放水孔或者施工鉆孔，安設(shè)多功能氣樣采集裝置，實(shí)現(xiàn)對42煤層采空區(qū)“兩道”區(qū)域進(jìn)行負(fù)壓采氣測溫，安設(shè)位置及數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場情況綜合確定，安設(shè)間距不低于100 m，取樣周期為每周一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域有氣體異常時(shí)，加密取樣周期，加大監(jiān)測力度。氣樣采集裝置安設(shè)工藝如圖3所示。

1—溫度傳感器；2—采氣孔；3—過水弧孔；4—注(放)水弧孔；5—取氣管；6—測溫導(dǎo)線；7—取氣管接頭；8—高壓膠管接頭；9—支撐保護(hù)桿體；10—高壓膠管；11—取氣(測壓)連接口；12—測溫連接口；13—注(放)水連接口；14—封口膠囊圖2 多功能氣樣采集裝置原理

(2)溫度監(jiān)測。紅外成像探測主要用于井下煤巷、井下煤柱、煤層破碎頂板等自燃隱患處的溫度探測，其原理是基于自然界中一切溫度高于絕對零度的物體，每時(shí)每刻都輻射出紅外線，同時(shí)這種紅外線輻射都載有物體的特征信息，這就為利用紅外技術(shù)判別各種被測目標(biāo)的溫度高低和熱分布場提供了客觀的基礎(chǔ)，其探測深度可超過10 m。

在43202工作面回采過程中，利用T335型紅外熱成像儀對沿空留巷柔模砼墻、工作面頂板壓力集中區(qū)域進(jìn)行紅外掃描，掃描頻次為每兩月1次。T335型紅外熱成像儀照片如圖4所示。

1-封口膠囊；2-支撐保護(hù)桿體；3-測溫導(dǎo)線；4-注(放)水連接口；5-測溫連接口；6-溫度傳感器；7-過濾器；8-取氣氣囊圖3 多功能氣樣采集裝置安設(shè)工藝示意圖

圖4 T335型紅外熱成像儀

3.2.2 本采空區(qū)氣體監(jiān)測

(1)鄰近采空區(qū)監(jiān)測。

①氣體監(jiān)測。通過42202工作面后部采空區(qū)沿空側(cè)巷柔模砼墻觀測孔，采集43202采空區(qū)氣樣進(jìn)行分析；通過42201采空區(qū)密閉墻觀測孔，采集43201采空區(qū)氣樣進(jìn)行分析。

具體做法為：采用球膽或聚氯乙烯袋采集氣樣，使用前應(yīng)進(jìn)行氣密性檢查。檢查時(shí)，先將球膽或聚氯乙烯袋充滿空氣，用彈簧夾將氣嘴夾緊，然后將整個(gè)球膽或聚氯乙烯袋全部浸入水中，檢查是否有小氣泡滲出。當(dāng)確認(rèn)不漏氣時(shí)，才可使用。井下采樣前讓真空泵預(yù)抽3～5 min，排盡束管內(nèi)原有氣體，再對采樣袋進(jìn)行沖洗。沖洗時(shí)，先將采樣袋原有氣體全部擠出，然后用被采樣的氣體充滿采樣袋，再壓擠、排盡，反復(fù)3次，才開始采樣。取樣周期為每周一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域O2濃度大于5%且CO有穩(wěn)定上升趨勢時(shí)，加密取樣周期，加大監(jiān)測力度。

②溫度監(jiān)測。TES1319型桿式測溫裝置由測溫桿體、引線、數(shù)字溫度表等組成，其中測溫桿體長2.5 m，引線長2 m，測溫深度在2.5 m范圍內(nèi)可自由調(diào)節(jié)。TES1319 型桿式測溫裝置如圖5所示。

教師教育信仰在現(xiàn)實(shí)中的誤識及重建………………………………………………………………………………徐月欣（1.42）

圖5 TES1319 型桿式測溫裝置

在43202后部采空區(qū)沿空側(cè)巷柔模砼墻觀測孔和42201采空區(qū)密閉墻觀測孔，借助TES1319 型桿式測溫裝置，對43202后部采空區(qū)、43201采空區(qū)溫度進(jìn)行觀測，預(yù)測預(yù)報(bào)后部采空區(qū)遺煤自然發(fā)火危險(xiǎn)性。

(2)本采空區(qū)監(jiān)測。

在43202工作面回風(fēng)側(cè)采空區(qū)至少布置3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，相鄰監(jiān)測點(diǎn)間隔50 m，沿工作面回風(fēng)巷道底板靠外幫向采空區(qū)預(yù)埋三芯束管，外套2寸的無縫鋼管保護(hù)，每芯束管連接一個(gè)裝有保護(hù)套管的測點(diǎn)采樣器，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

1—束管；2—1寸或2寸鋼管；3—密封材料(例如樹脂)；4—采樣器護(hù)套；5—透氣孔；6—濾塵海棉或采樣器；7—管箍圖6 測點(diǎn)采樣器的結(jié)構(gòu)示意圖

隨著工作面的推進(jìn)，1#、2#、3#束管采樣器依次進(jìn)入采空區(qū)，在工作面推過3#束管采樣器約50 m時(shí)，把1#束管采樣器截開，重新布點(diǎn)，依次循環(huán)，直至整個(gè)工作面回采結(jié)束。如埋入采空區(qū)內(nèi)采樣點(diǎn)外O2濃度小于5%時(shí)，CO濃度穩(wěn)定后，該采樣點(diǎn)可以提前停止采樣；如果O2濃度大于5%且CO有上升趨勢，則根據(jù)實(shí)際情況，加大兩取樣點(diǎn)間距。監(jiān)測點(diǎn)隨著工作面的推進(jìn)，逐步進(jìn)入散熱帶、氧化升溫帶和窒息帶，根據(jù)束管監(jiān)測分析結(jié)果，可以判斷采空區(qū)內(nèi)遺煤低溫氧化程度和自燃發(fā)展趨勢，并可初步掌握采空區(qū)自燃“三帶”的范圍。

4 防滅火措施

4.1 注惰氣防火

4.1.1 上層采空區(qū)

工作面正常生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)采空區(qū)氣體異常時(shí)，利用43202工作面兩巷道的探放水鉆孔向42煤層采空區(qū)壓注氮?dú)狻?/p>

4.1.2 本層采空區(qū)

工作面正常生產(chǎn)時(shí)，采取全斷面埋管方式進(jìn)行帷幕注氮?dú)猓唧w為沿工作面后部全斷面鋪設(shè)?50 mm PVC全花眼注氮管，并與進(jìn)風(fēng)巷道預(yù)先鋪設(shè)的注氮管路連接，工作面推進(jìn)100 m后，開始注氮，同時(shí)埋入第二條注氮管路，當(dāng)推過第二條注氮管路100 m后，停止第一條管路的注氮，開啟第二條注氮管路，以此類推，直到工作面采完為止。注氮管路埋設(shè)及釋放口位置如圖7所示。

氮?dú)忉尫趴谥g的距離，應(yīng)根據(jù)采空區(qū)“三帶”寬度、注氮方式和注氮強(qiáng)度、氮?dú)庥行U(kuò)散半徑、工作面通風(fēng)量、自然發(fā)火期、工作面推進(jìn)度以及采空區(qū)冒落情況等因素綜合確定。

圖7 注氮管路埋設(shè)及釋放口位置

4.2 注漿防火

預(yù)防性注漿能有效封堵漏風(fēng)通道(包括上下煤層層間的漏風(fēng)通道)、惰化遺煤，且時(shí)效較長，有效地減小上覆采空區(qū)對本煤層正常回采的影響，有助于下層煤的安全開采。

在榆家梁煤礦工業(yè)廣場安裝了MDZ-60/120地面注漿防滅火系統(tǒng)，制漿能力可達(dá)60～120 m3/h，采用含砂黃土作為主料，土水比為1∶3，可適量添加粉煤灰和懸浮劑，水量備用系數(shù)1.1，泥漿制成率0.88，滿足漿液灌輸要求。

4.2.1 上層采空區(qū)注漿

工作面正常生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)頂板高程，利用工作面兩巷道的探放水鉆孔向42煤層采空區(qū)注漿。

4.2.2 本層采空區(qū)注漿

工作面回采過程中，利用巷道預(yù)埋管路采用踏步式注漿工藝向采空區(qū)壓注漿液，進(jìn)行預(yù)防性注漿；根據(jù)底板高程，當(dāng)工作面推過低洼處時(shí)，向該區(qū)域大流量壓注漿液，起到封堵漏風(fēng)的作用。

4.3 注膠(膏)體防火

因膠(膏)體材料具有滲透和堵漏性、阻化性、熱穩(wěn)定性、充填性能及滅火安全性，利用灌漿注膠(膏)系統(tǒng)，通過巷道預(yù)埋管路，向43202采空區(qū)兩巷道進(jìn)行區(qū)域注膏體，注膏步距定位300 m，進(jìn)一步封堵兩巷道向深部采空區(qū)的漏風(fēng)通道。

4.4 采空區(qū)堵漏防滅火

(1)工作面開采前，安排專人全面排查工作面地表的塌陷漏風(fēng)情況，并及時(shí)回填，減少地表漏風(fēng)。

(2)工作面回采過程中產(chǎn)生連通地表的裂隙是導(dǎo)致井上下漏風(fēng)的主要原因。工作面在回采期間，安排專人每天對地表進(jìn)行巡查，保證不滯后工作面100 m，發(fā)現(xiàn)裂隙馬上回填，并要保證回填質(zhì)量，減少地表漏風(fēng)。

(3)地表巡檢時(shí)，對地表裂隙進(jìn)行插管取樣分析。插管取樣位置選定在工作面兩巷道對應(yīng)地表向工作面中部50 m范圍內(nèi)。采氣管盡可能地深入地表裂隙，采氣管端部花管長度不得低于400～500 mm，采氣距離不得滯后工作面300 m。

(4)對鄰近采空區(qū)密閉及周圍巷道圍巖進(jìn)行全面噴漿堵漏，防止漏風(fēng)，同時(shí)還要監(jiān)測密閉漏風(fēng)情況，定期進(jìn)行壓差測定工作。

(5)在工作面進(jìn)、回風(fēng)隅角吊掛擋風(fēng)板，將機(jī)尾支架及時(shí)拉到位。

(6)對工作面上下端頭進(jìn)行封堵，其方法為：在工作面上下端頭支架與巷道壁之間砌沙袋閉墻，錯(cuò)縫碼放，閉墻寬度不得小于2 m，并且必須與巷道上幫和頂板接實(shí)接嚴(yán)。同時(shí)，考慮頂板冒落距離和氧化帶寬度以及聯(lián)巷間距，封堵墻距離選擇50～80 m。

4.5 其他防滅火措施

(1)穩(wěn)定、合理的配風(fēng)量?；夭晒ぷ髅娴娘L(fēng)量必須按設(shè)計(jì)供給，并保持穩(wěn)定，不能時(shí)大時(shí)小，造成采空區(qū)氧化帶寬度的不穩(wěn)定和氧化速度加快，穩(wěn)定的風(fēng)量有利于回采工作面上隅角瓦斯、CO等有毒有害氣體溢出量保持穩(wěn)定。

(2)提高工作面回采率。盡可能提高工作面的回采率，工作面、通風(fēng)不良地點(diǎn)、停采線及開采線的浮煤必須清理干凈。

5 應(yīng)急處置措施

當(dāng)檢測到CO濃度異常并持續(xù)上升時(shí)，首先應(yīng)分析判斷浮煤自燃異常區(qū)域的位置；其次分析判斷采空區(qū)浮煤自燃發(fā)展程度，指導(dǎo)下一步控制技術(shù)措施。

(1)本層采空區(qū)。利用井下移動液態(tài)CO2罐體，連接工作面運(yùn)輸巷預(yù)先敷設(shè)的措施管路，向采空區(qū)壓注液態(tài)CO2，降低采空區(qū)內(nèi)O2濃度，減緩煤自然氧化反應(yīng)速度。

利用地面黃泥灌漿防滅火系統(tǒng)向采空區(qū)連續(xù)灌注黃泥漿，覆蓋和包裹煤體，降低煤體溫度。

(2)上層采空區(qū)。通過工作面巷道向42煤層采空區(qū)施工密集鉆孔，根據(jù)底板高程，向上分層采空區(qū)連續(xù)壓注三相泡沫滅火材料。

采用氣動潛孔錘施工工藝，跟管鉆進(jìn)直接成孔，向42煤層采空區(qū)施工地表鉆孔，大流量壓注黃泥漿液。

6 結(jié)語

采用沿空留巷新工藝回采的工作面，采空區(qū)漏風(fēng)量增大，制定和采取必要的防滅火方案及措施非常重要；同時(shí)在回采過程中通過井上下堵漏，減少回采過程中本采空區(qū)和相鄰采空區(qū)的漏風(fēng)，能保證工作面風(fēng)量和用風(fēng)地點(diǎn)氣體濃度；減少采空區(qū)遺煤，對易自燃煤層的開采過程中的防滅火工作提供技術(shù)支持，確保了礦井安全高效生產(chǎn)。