徐競昭

(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000)

1 概述

黃陵礦區(qū)各礦開采煤層均為自燃和容易自燃煤層，并且均為油氣伴生礦井，油氣抽采引起礦井漏風(fēng)增加，使采空區(qū)自燃危險(xiǎn)增加，地層釋放的油氣對(duì)自燃監(jiān)測產(chǎn)生干擾，造成自燃早期預(yù)警和自燃防治困難[1]。對(duì)于瓦斯含量較高的礦井，當(dāng)發(fā)生自燃的時(shí)候，容易引發(fā)更嚴(yán)重的安全事故，嚴(yán)重威脅礦井的正常安全生產(chǎn)[2-3]。

黃陵二號(hào)煤礦當(dāng)前一段時(shí)期主要開采2號(hào)煤層，本煤層是近水平煤層，2號(hào)煤層的平均厚度5～6 m，埋深度300～600 m。黃陵二號(hào)煤礦408工作面實(shí)行雙巷掘進(jìn)，相鄰工作面順槽之間每隔300 m有1條聯(lián)絡(luò)巷。在2號(hào)煤層的開采實(shí)踐過程中，采動(dòng)壓力較為明顯，導(dǎo)致工作面的巷道或者順槽破碎的比較嚴(yán)重。同時(shí)，結(jié)合實(shí)測發(fā)現(xiàn)，聯(lián)絡(luò)巷、巷道立交點(diǎn)等位置，容易引起自燃；加上瓦斯抽采引起漏風(fēng)增加，增大了煤層自燃的危險(xiǎn)。采空區(qū)及巷道漏風(fēng)是煤層自燃的重要原因[4]。因通風(fēng)需要，黃陵2號(hào)煤礦工作面運(yùn)輸巷通常要跨過回風(fēng)大巷形成交叉巷道，巷道間壓差很大，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動(dòng)壓使兩交叉巷道之間的煤巖體破壞，產(chǎn)生漏風(fēng)裂隙。此外，工作面之間的煤柱容易壓裂，造成老空區(qū)密閉后也會(huì)產(chǎn)生漏風(fēng)裂隙，采空區(qū)漏風(fēng)供氧也會(huì)造成采空區(qū)遺煤不同程度的溫度升高，引起一氧化碳(CO)濃度升高，出現(xiàn)自燃跡象。

結(jié)合黃陵二號(hào)煤礦的漏風(fēng)實(shí)際情況，通過檢測井下巷道之間，采空區(qū)等部位的漏風(fēng)情況，分析有無自燃危險(xiǎn)，以便及時(shí)采取防滅火措施，并且對(duì)漏風(fēng)通道及時(shí)采取封堵措施，預(yù)防煤層自燃。

2 漏風(fēng)通道測試

在礦井氣體成份的分析儀器中，普遍采用的是SF6檢漏儀。由于這種儀器在使用時(shí)具有很高的靈敏度，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性良好、選擇性較高、操作原理簡單，很方便使用人員掌握。SF6的賦存狀態(tài)穩(wěn)定，是一種惰性氣體，其分子量大(146.07)，也是一種相對(duì)比較穩(wěn)定性的非燃燒氣體[5]。與此同時(shí)，SF6氣體的物理活性較大，它可以與井下巷道或順槽內(nèi)的風(fēng)流迅速混合，而且混合相對(duì)均勻，便于迅速檢測。SF6在井下氣流中的含量是極低的，是井下示蹤氣體的優(yōu)選目標(biāo)，SF6檢漏儀能非常方便且準(zhǔn)確地進(jìn)行漏風(fēng)通道的檢測。

本次測定通過SF6示蹤氣體測得漏風(fēng)通道的分布，采用瞬時(shí)釋放法進(jìn)行漏風(fēng)通道探測[8]。瞬時(shí)釋放法就是在可能存在的漏風(fēng)源處，通過儀器在一瞬間釋放SF6氣體，操作人員使用SF6檢漏儀，在事先分析得出的可能存在漏風(fēng)的巷道或順槽內(nèi)，對(duì)于SF6氣體含量進(jìn)行檢測。本次漏風(fēng)測定釋放位置確定為408撤架通道密閉處，監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置為410回風(fēng)巷2#聯(lián)絡(luò)巷位置，測定408采空區(qū)與410回風(fēng)巷之間的漏風(fēng)情況。釋放SF6氣體后20 min后在410回風(fēng)巷2#聯(lián)絡(luò)巷檢測到SF6氣體，第2次檢測到的時(shí)間為釋放后38、41 min后，釋放點(diǎn)檢測點(diǎn)存在漏風(fēng)，漏風(fēng)流速為10.12～20.75 m/min。受到層狀裂隙巖體的影響，氣體的實(shí)際滲流是曲線，且SF6在空氣中流速也要大于20.75 m/min。然而，在檢測點(diǎn)檢測到2次信號(hào)，2次檢測的濃度大致相同，說明釋放點(diǎn)與檢測點(diǎn)存在不同的漏風(fēng)通道。

根據(jù)以上檢測結(jié)果得出：408采空區(qū)與410回風(fēng)巷之間存在漏風(fēng)，漏風(fēng)通道相對(duì)比較暢通。

3 漏風(fēng)點(diǎn)均壓和堵漏防火處理

1)均壓減少漏風(fēng)。目前黃陵2號(hào)煤礦有2個(gè)采煤工作面正在生產(chǎn)。采煤工作面風(fēng)量一般為2 500 m3/min左右。由于工作面推進(jìn)度減慢，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量減少，故在滿足排瓦斯等工作需要的前提下，工作面風(fēng)量可以適當(dāng)降低。建議風(fēng)量降低到2 000 m3/min以下，以減少采空區(qū)漏風(fēng)，預(yù)防煤層自燃。工作面封閉后，工作面一側(cè)位于進(jìn)風(fēng)大巷，另一側(cè)位于回風(fēng)大巷導(dǎo)致采空區(qū)兩側(cè)壓差較大，漏風(fēng)量也比較大。通過增加密閉，使通往采空區(qū)的兩個(gè)密閉均處于進(jìn)風(fēng)側(cè)，密閉兩端壓差減小，可有效降低采空區(qū)漏風(fēng)，預(yù)防煤層自燃。

2)封堵鄰近巷道向采空區(qū)漏風(fēng)通道。采空區(qū)漏風(fēng)供氧是引起自燃的重要原因。目前采空區(qū)漏風(fēng)有2個(gè)原因，一是通過工作面漏風(fēng)，主要是通過進(jìn)風(fēng)隅角進(jìn)，回風(fēng)隅角漏出；二是通過聯(lián)巷密閉向采空區(qū)漏風(fēng)?？刹扇÷?lián)絡(luò)巷密閉及其周邊水泥噴漿，封堵漏風(fēng)通道；對(duì)于斷裂帶煤幫裂隙漏風(fēng)通道，向巷幫打鉆，注入水泥漿或馬麗散對(duì)裂隙進(jìn)行充填封堵；將采空區(qū)相鄰的盲巷封閉，減少鄰近巷道向采空區(qū)漏風(fēng)。

3)封堵工作面向采空區(qū)漏風(fēng)通道。工作面采空區(qū)“兩道”“兩線”位置頂板冒落不嚴(yán)，并且壓差較大，漏風(fēng)量十分大?，F(xiàn)場觀測表明，距離工作面170 m處的進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)，氧氣濃度仍可高達(dá)17%，說明存在較嚴(yán)重的漏風(fēng)。為減少采空區(qū)漏風(fēng)，建議在工作面每推進(jìn)50 m，在工作面進(jìn)、回風(fēng)隅角處各施工一道封堵墻，充填隅角漏風(fēng)通道。封堵墻沿工作面推進(jìn)方向下部寬3 m，頂部寬1 m，沿工作面擺布方向長度以外側(cè)接觸煤壁，內(nèi)側(cè)靠近支架。封堵墻材料為黃土袋。

4)采空區(qū)注氮。工作面采空區(qū)推進(jìn)度小于3 m/d時(shí)必須注氮。采用采空區(qū)開放式注氮，注氮口位置為工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)，距離工作面15～50 m處。設(shè)計(jì)在封堵墻后預(yù)埋注氮管，當(dāng)工作面推進(jìn)到注氮管進(jìn)入采空區(qū)10 m以上時(shí)，即開始注氮，直至施工下一個(gè)封堵墻，并開始下一個(gè)位置注氮。

5)噴灑阻化劑。工作面2個(gè)順槽處，采空區(qū)遺煤比較多，并采漏風(fēng)相對(duì)較大，是自燃危險(xiǎn)性大量的區(qū)域，向該區(qū)域噴灑阻化劑。尤其是進(jìn)風(fēng)側(cè)隅角處，噴灑氣霧氣霧阻化劑，可以隨風(fēng)飄散到采空區(qū)深部，豫防煤層自燃。

6)采空區(qū)加強(qiáng)監(jiān)測。在工作面回風(fēng)隅角處，及回風(fēng)側(cè)架后設(shè)觀測點(diǎn)，每天定點(diǎn)、定時(shí)觀測一氧化碳(CO)等自燃指標(biāo)氣體變化情況。采空區(qū)埋管觀測繼續(xù)進(jìn)行，出現(xiàn)CO升高等現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)判斷采空區(qū)自燃的情況，以便做到防患未然。

4 漏風(fēng)引起的火災(zāi)處理技術(shù)方案

4.1 大面積煤層火災(zāi)快速滅火技術(shù)方案

在厚煤層的開采中，受開采厚度的限制和采礦技術(shù)的限制，使采空區(qū)內(nèi)丟棄的煤炭資源較多，采空區(qū)的遺煤非常容易發(fā)生大面積的自燃火災(zāi)。順槽煤柱在采動(dòng)壓力的作用下，煤柱的支撐能力降低，沿空側(cè)的部分煤體會(huì)比較破碎，從而與采空區(qū)冒落的矸石導(dǎo)通，形成漏風(fēng)通道，造成煤炭的自燃[6]。如果采空區(qū)自燃引起的火災(zāi)火勢不能控制的時(shí)候，應(yīng)該選擇快速封閉當(dāng)前工作面的辦法，避免火區(qū)的影響和擴(kuò)散范圍進(jìn)一步增大。對(duì)于高瓦斯礦井，一旦發(fā)生自燃，應(yīng)立即封閉工作面。工作面封閉時(shí)，應(yīng)在工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)預(yù)留防滅火措施管，工作面回風(fēng)側(cè)預(yù)留氣體觀測口并預(yù)埋Φ10 mm的束管，以備進(jìn)一步灌注防滅火材料滅火和火區(qū)監(jiān)測。

向封閉區(qū)內(nèi)灌注液態(tài)二氧化碳，迅速降低閉區(qū)氧濃度和溫度，抑制火災(zāi)發(fā)展，并可預(yù)防爆炸；通過預(yù)留的防滅火措施管向火區(qū)注高密度惰化阻化泡沫，注惰泡范圍在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)，距離工作面10～30 m，注惰泡量要能夠淹沒整個(gè)封閉區(qū)空間。每隔72 h要向封閉區(qū)補(bǔ)注泡沫，以便抑制火災(zāi)發(fā)展，防止爆炸發(fā)生。

4.2 相鄰采空區(qū)大面積火災(zāi)的處理措施

當(dāng)相鄰采空區(qū)自燃時(shí)，首先應(yīng)加強(qiáng)鄰近巷道的支護(hù)，并對(duì)其進(jìn)行噴漿處理，以減少漏風(fēng)；加強(qiáng)對(duì)火區(qū)氣體、溫度的監(jiān)測；向鄰近采空區(qū)打鉆并下束管，每班監(jiān)測鄰近采空區(qū)氣體變化情況；通過預(yù)留的防滅火措施管向火區(qū)注高密度惰化阻化泡沫，注惰泡范圍在采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)，距離工作面10～30 m，注惰泡量要能夠淹沒整個(gè)封閉區(qū)空間。每隔72 h要向封閉區(qū)補(bǔ)注泡沫，以便抑制火災(zāi)發(fā)展。向鄰近采空區(qū)火區(qū)注膠體直至滅火，注膠范圍由火區(qū)位置而定。

5 結(jié)語

本文針對(duì)黃陵二號(hào)煤礦的巷道漏風(fēng)開采實(shí)踐難題，采用電子捕獲氣相色譜法和SF6檢漏儀檢測，得出黃陵二號(hào)煤礦408工作面采空區(qū)與410工作面回風(fēng)巷之間存在漏風(fēng)，且漏風(fēng)通道相對(duì)比較暢通。利用漏風(fēng)探測結(jié)果，對(duì)漏風(fēng)較大的有自燃危險(xiǎn)的區(qū)域采取了均壓通風(fēng)、封堵漏風(fēng)、注氮降溫等處理措施，根據(jù)各項(xiàng)措施實(shí)施條件，詳細(xì)給出了施工技術(shù)方案。同時(shí)，為了有效地避免采取區(qū)遺煤自燃而引發(fā)的火災(zāi)安全事故，給出了大面積煤層火災(zāi)和相鄰采空區(qū)大面積火災(zāi)，防滅火的技術(shù)方案和安全處理措施。研究成果保障了408工作面的安全高效回采，同時(shí)為410等同類開采條件的工作面提供指導(dǎo)意義，經(jīng)濟(jì)效益顯著，在黃陵礦區(qū)的推廣前景廣闊。