高楠楠

（同煤集團(tuán)四老溝礦,山西 大同 037028）

四老溝礦，設(shè)計能力為300萬噸/年，屬低瓦斯礦井。根據(jù)礦井煤層自然發(fā)火傾向性鑒定結(jié)果可知，四老溝礦首采的石炭二疊系3-5#煤層為自燃煤層，煤層自然發(fā)火期最短為85天。由于礦井采用綜采低位放頂煤的綜合機(jī)械化采煤工藝開采工作面，致使采空區(qū)留有大量的遺煤，存在遺煤自然發(fā)火隱患。四老溝礦3-5#層8106工作面設(shè)計長度904/1016 m，傾向長度200 m，平均煤層厚度為7.22 m，煤層傾角2°～9°。8106工作面因頂板較差、周期來壓頻繁和夾矸影響導(dǎo)致推進(jìn)緩慢，工作面采空區(qū)CO濃度呈上升趨勢，工作面采空區(qū)存在自然發(fā)火嚴(yán)重隱患，為控制采空區(qū)CO濃度上升趨勢，四老溝礦制定了專項治理方案和措施，使采空區(qū)CO濃度上升的隱患得到有效控制。

1 自然發(fā)火原因分析

通過連續(xù)觀察8106工作面回風(fēng)流氣體變化情況，比對采空區(qū)氣體化驗(yàn)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)8106工作面回風(fēng)流一氧化碳?xì)怏w濃度在2019年4月1日至5月2日期間逐漸上升，最大為29 ppm，采空區(qū)CO氣體濃度在這個期間內(nèi)同樣逐漸升高，最大為237 ppm（見表1、圖1）。根據(jù)煤層氣體產(chǎn)物與溫度的量化關(guān)系，可確定采空區(qū)遺煤已經(jīng)發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)，其溫度已經(jīng)達(dá)到了100℃左右，即將達(dá)到煤層自然發(fā)火的拐點(diǎn)，因此必須采取措施抑制煤層的劇烈氧化。

四老溝礦8106工作面2019年3月份推進(jìn)41 m，2019年4月份推進(jìn)33 m，工作面頂板較差、周期來壓頻繁及夾矸影響導(dǎo)致工作面推進(jìn)緩慢，同時采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)冒落不好，漏風(fēng)嚴(yán)重，可以確定這是造成這次采空區(qū)自然發(fā)火的主要原因。

表1 四老溝礦8106工作面防滅火情況表（部分）

圖1 8106工作面回風(fēng)流及采空區(qū)CO濃度變化統(tǒng)計

2 防滅火策略

根據(jù)以上分析，采空區(qū)目前已經(jīng)存在劇烈氧化的浮煤，而且高溫浮煤的位置位于采空區(qū)氧化帶較深處，根據(jù)8106工作面進(jìn)回風(fēng)側(cè)氣體情況及采空區(qū)30 m和60 m處束管監(jiān)測CO氣體濃度數(shù)據(jù)析可確定采空區(qū)的高溫點(diǎn)位于采空區(qū)40～60 m的氧化帶，因此必須迅速將采空區(qū)氧化帶的氧濃度降到7%以下，才能達(dá)到抑制采空區(qū)浮煤的繼續(xù)氧化的目的。所以，8106工作面采取的主要防火策略為：加強(qiáng)采空區(qū)的堵漏風(fēng)；加大采空區(qū)氧化帶進(jìn)風(fēng)側(cè)注氮流量。

3 防滅火措施

3.1 加強(qiáng)采空區(qū)堵漏風(fēng)

通過每天對采空區(qū)進(jìn)行堵漏減少采空區(qū)的漏風(fēng)，具體措施為：

（1）每天在工作面上、下隅角壘珍珠巖絲袋或粉煤灰絲袋，對工作面上、下隅角進(jìn)行堵漏風(fēng)。

（2）因8106工作面采空區(qū)的回風(fēng)側(cè)冒落不好，每天將采空區(qū)回風(fēng)側(cè)未冒落空間用珍珠巖絲袋充填，防止采空區(qū)回風(fēng)側(cè)的大量漏風(fēng)。

在封堵過程中，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)了采用珍珠巖粉堵漏風(fēng)效果最好，珍珠巖粉為輕型堵漏材料，每立方米僅重170 kg，在施工時1個工人可以手提兩袋進(jìn)行壘墻，減輕工人勞動強(qiáng)度。珍珠巖粉成本較低，每立方米不到200元，從運(yùn)費(fèi)和施工費(fèi)綜合計算，實(shí)際上比粉煤灰還便宜。由于容易施工，可以大大縮短在采空區(qū)的壘墻時間，有利于施工安全。

3.2 調(diào)整通風(fēng)方式及風(fēng)量

通過調(diào)整工作面的通風(fēng)方式及進(jìn)、回風(fēng)順槽的風(fēng)量來減少采空區(qū)的漏風(fēng)，具體采取的措施為：

（1）減小8106工作面的風(fēng)量，將8106工作面風(fēng)量調(diào)整至正常風(fēng)量的50%。

（2）目前工作面的一進(jìn)兩回的通風(fēng)方式造成了工作面采空區(qū)的大量漏風(fēng)，由于采空區(qū)瓦斯涌出量不大，因此可以封閉瓦斯排風(fēng)巷，工作面實(shí)施一進(jìn)一回的U型通風(fēng)。

（3）通過減少工作面的進(jìn)、回風(fēng)壓差來減少工作面采空區(qū)的漏風(fēng)。工作面實(shí)施開區(qū)均壓通風(fēng)。在8106工作面回風(fēng)順槽附近的進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷設(shè)置1臺2×30 kW的局扇，將局扇風(fēng)筒拉到工作面上隅角前2～5 m處，用局扇向8106工作面回風(fēng)順槽供風(fēng)，保證風(fēng)量為200 m3/min，進(jìn)風(fēng)順槽風(fēng)量保持在700 m3/min左右，回風(fēng)順槽風(fēng)量可達(dá)到900 m3/min，這樣可減少工作面的進(jìn)風(fēng)量，從而減少采空區(qū)的漏風(fēng)（見圖2）。采用這種通風(fēng)方式還可以解決工作面下隅角缺氧，為工人創(chuàng)造一個好的作業(yè)環(huán)境。

圖2 8106工作面開區(qū)均壓通風(fēng)系統(tǒng)

3.3 注氮防火

（1）注氮技術(shù)參數(shù)

a、氮?dú)饧兌燃岸杌笜?biāo)

根據(jù)煤礦安全規(guī)程，采空區(qū)防火注氮的氮?dú)饧兌榷椤?7%，采空區(qū)氧化帶防火惰化指標(biāo)為O2濃度為≤7%。

b、注氮流量

采空區(qū)合理的防滅火注氮流量根據(jù)理論計算和礦井工作面防滅火注氮實(shí)踐考察而確定。根據(jù)氧含量計算防火注氮流量：

式中：Q0為采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量，工作面風(fēng)量為800 m3/min，取Q0為8 m3/min；C1為采空區(qū)內(nèi)氧化帶平均氧含量，取為15%；C2為采空區(qū)氧化帶防火惰化指標(biāo)，取為7%；Cn為注氮防火時氮?dú)饧兌?，取?8%；k為輸?shù)苈窊p失系數(shù)，為1.1～1.2，取為1.1r為煤層自然發(fā)火期，1～3個月為1.1故取為1.1；e為防滅火用途，防火取1，抑制高溫浮煤自燃取為3。

根據(jù)氧含量計算四老溝礦防火注氮流量為2787 m3/h，抑制采空區(qū)高溫浮煤自燃所需注氮流量取為2800 m3/h。

（2）氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)

礦井的氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)由制氮機(jī)、輸?shù)苈泛筒煽諈^(qū)埋管組成。目前礦井共有井下制氮機(jī)1臺，流量為1000 m3/h，實(shí)際產(chǎn)氮?dú)饬髁繛?50 m3/h；在地面有流量為2300 m3/h地面制氮機(jī)2臺，實(shí)際供氮能力為2088 m3/h。地面制氮機(jī)和井下制氮機(jī)全運(yùn)轉(zhuǎn)，可向采空區(qū)注入2800 m3/h流量氮?dú)?，可以滿足工作面采空區(qū)抑制高溫浮煤自燃的需要。

（3）輸?shù)苈芳白⒌攸c(diǎn)

a、輸?shù)苈?/p>

①礦井的地面輸?shù)苈分鞴苓x取為Φ219 mm的無鏠鋼管1趟。

②井下制氮機(jī)的輸?shù)苈愤x直徑為Φ108 mm無鏠鋼管1趟。

b、注氮地點(diǎn)

氮?dú)庥刹煽諈^(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)氧化帶注入，可以由進(jìn)風(fēng)向回風(fēng)擴(kuò)散，隋化整個氧化帶，不留死角，起到好的防火效果。目前礦井在采空區(qū)60 m處有注氮埋管1趟，如果將2800 m3/h的氮?dú)馊繌拇颂幾⑷?，則形成瓶徑效應(yīng)，阻力太大，不能將全部氮?dú)庥行ё⑷氩煽諈^(qū)，因此還必須增加采空區(qū)的注氮?dú)獾攸c(diǎn)，采取的方法為：工作面每推進(jìn)20 m，都必須在下隅角埋設(shè)Φ108 mm鋼管一趟，同時注氮的埋管為下隅角以里20 m、40 m、60 m處3趟管路同時注氮?dú)?，一直注?0 m時則斷掉此注氮埋管。

3.4 阻化劑防火

為實(shí)現(xiàn)對采空區(qū)遺煤進(jìn)行降溫阻化，在進(jìn)行汽霧阻化措施的基礎(chǔ)上，對頂抽巷后方遺煤實(shí)施阻化劑溶液灌注。8106頂抽巷通向采空區(qū)方向?yàn)橄律较锏溃ㄟ^鉆孔灌注使之自流進(jìn)入采空區(qū)。

在回風(fēng)順槽里程340 m處施工鉆孔并套管，鉆孔直徑為Φ50 mm，打通8106頂抽巷煤壁后將管路與鉆孔之間間隙封嚴(yán)實(shí)，于鉆孔處回風(fēng)順槽中設(shè)置阻化劑液箱和泵站，每天檢修班對頂抽巷灌注阻化劑溶液，生產(chǎn)班對頂抽巷灌水。工作面頂抽巷每天阻化劑灌注劑量不低于650 kg（見圖3）。

圖3 8106工作面瓦斯排放巷阻化劑灌注系統(tǒng)

4 防滅火的效果

8106工作面在2019年5月1日開始實(shí)施上述措施，2019年5月16～20日連續(xù)5天對8106工作面采空區(qū)和回風(fēng)流氣體采樣化驗(yàn)，采空區(qū)20～100 m處氧氣濃度已降至5%以下，采空區(qū)一氧化碳濃度穩(wěn)定在30 ppm以下，回風(fēng)流一氧化碳濃度穩(wěn)定在10 ppm以下，表明采空區(qū)一氧化碳上升的隱患得到有效控制。

5 結(jié)語

通過綜合采取采空區(qū)堵漏風(fēng)、改變工作面通風(fēng)方式及風(fēng)量、科學(xué)加大采空區(qū)注氮量、瓦斯排放巷鉆孔注阻化劑等措施后，8106工作面采空區(qū)遺煤氧化自燃的隱患得到了有效控制，解決了工作面推進(jìn)緩慢期間采空區(qū)遺煤自然發(fā)火問題，保障了正常生產(chǎn)，避免了因采空區(qū)自然發(fā)火而使工作面設(shè)備被封閉的損失，取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并為大同礦區(qū)石炭二疊系綜放工作面的安全生產(chǎn)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，所以推廣應(yīng)用前景非常廣闊。