趙厚春 秦 鵬 徐 超

（山東省天安礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 曲阜 273100）

1 概述

星村煤礦采用立井多水平開拓方式，典型的深井開采，主采3 煤層采用條帶走向長壁后退式采煤方式，綜采低位放頂煤采煤回采工藝，自然垮落法管理頂板。

3306 工作面位于-1196 m 水平、三采區(qū)東翼，采用“U”型全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，上順槽進(jìn)風(fēng)、下順槽回風(fēng)，終采線外通過運(yùn)煤巷連接兩順槽；原始巖溫超過31℃；煤塵爆炸指數(shù)38.7%，有煤塵爆炸性，二級重大危險源；Ⅱ類自燃煤層，最短自然發(fā)火期為65 d，三級重大危險源，火災(zāi)重大安全風(fēng)險。

3306 工 作 面2019 年1 月31 日 至2 月13 日 春節(jié)期間停工13 d，采取注氮與監(jiān)測分析的預(yù)防性密閉防火管理技術(shù)。

2 3306 綜放面封閉、恢復(fù)通風(fēng)技術(shù)

2.1 資源評估

該礦具有快速封閉的設(shè)備設(shè)施（上、下順槽預(yù)先構(gòu)筑防火門）、液態(tài)氮?dú)鈿饣⒌罍缁鹣到y(tǒng)、均壓降低漏風(fēng)壓差的條件、安全監(jiān)控系統(tǒng)、束管監(jiān)測系統(tǒng)、與專業(yè)救援隊(duì)伍簽訂的協(xié)議、兼職救護(hù)隊(duì)和專門防滅火隊(duì)伍等，可實(shí)現(xiàn)快速密閉防火和啟封。

2.1.1 快速封閉資源現(xiàn)狀

綜放工作面通風(fēng)系統(tǒng)形成后，即按設(shè)計在上、下順槽開門口附近構(gòu)筑了防火門墻，儲備了足夠數(shù)量的封閉防火門的材料。防火門墻選在距全風(fēng)壓不大于5 m 的位置，避免封閉后產(chǎn)生盲巷，也可作為工作面結(jié)束后密閉的墻體。

裝備2ZBQ-16/10 氣動泵及其附屬設(shè)施，對巷道周邊及墻面噴涂LFM 輕型噴漿材料，提高封閉質(zhì)量。與封閉區(qū)連通的軌道、運(yùn)輸設(shè)施等拆除或落地掩埋，防止導(dǎo)入雜散電流。

2.1.2 氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)

裝備MYQ-1 型惰氣防滅火系統(tǒng)，汽化器汽化氮?dú)饽芰?400 m3/h，外接容積31.7 m3的低溫液體儲罐，外購液態(tài)氮的純度大于99.99%；注氮管路為專用管路，工作面生產(chǎn)前即在兩順槽安裝完畢，并隨工作面回采調(diào)整管路出口，保證了注氮強(qiáng)度、純度和合理的氮?dú)獬隹凇?/p>

2.1.3 均壓防火技術(shù)

采用礦井總風(fēng)量調(diào)節(jié)和局部風(fēng)量調(diào)節(jié)，主要通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式為電動機(jī)變頻調(diào)節(jié)，操作簡單。進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)門可增阻調(diào)節(jié)，運(yùn)煤巷之間的風(fēng)門打開后實(shí)現(xiàn)封閉區(qū)均壓。

2.1.4 可靠的監(jiān)測手段

裝備KJ66X 安全監(jiān)控系統(tǒng)和JSG-7 型束管監(jiān)測系統(tǒng)，在工作面密閉墻外設(shè)置甲烷、溫度、氧氣、一氧化碳等傳感器實(shí)時監(jiān)測氣體變化，兩順槽各設(shè)置4 路單支束管，采樣分析。

2.1.5 啟封密閉隊(duì)伍

密閉啟封由簽訂協(xié)議的專業(yè)救援隊(duì)伍負(fù)責(zé)，礦兼職救護(hù)隊(duì)和專門防滅火隊(duì)伍協(xié)助。

2.2 風(fēng)險辨識

（1）工作面為先俯采后仰采，低洼處設(shè)有臨時水倉。該工作面除生產(chǎn)和防火注漿水外自然涌水量極少，沒有水災(zāi)風(fēng)險。

（2）火災(zāi)風(fēng)險分采空區(qū)、工作面、順槽3 部分。采空區(qū)存在火災(zāi)重大安全風(fēng)險，工作面存在火災(zāi)較大安全風(fēng)險，順槽存在火災(zāi)一般安全風(fēng)險，預(yù)防的重點(diǎn)在工作面采空區(qū)。

（3）生產(chǎn)期間采空區(qū)及工作面瓦斯檢測，甲烷濃度低于0.10%，存在瓦斯一般安全風(fēng)險。采空區(qū)封閉后氧氣濃度低于10%，啟封恢復(fù)通風(fēng)排放瓦斯，進(jìn)入檢查時存在瓦斯較大安全風(fēng)險。

（4）工作面三機(jī)及供電設(shè)備，封閉區(qū)注氮后相對濕度降低，支架液壓系統(tǒng)關(guān)閉，電氣設(shè)備從變電所停電掛牌，機(jī)電存在一般風(fēng)險。單軌吊機(jī)車停在封閉區(qū)外，煤流系統(tǒng)停止運(yùn)行，運(yùn)輸辨識為低風(fēng)險。

（5）停工后沒有采動影響，頂板和沖擊地壓辨識為一般風(fēng)險。

（6）在拆除密閉時，使用的工具存在物體打擊安全風(fēng)險，使用登高叉梯存在高處墜落風(fēng)險，拆除墻體存在粉塵職業(yè)病危害等風(fēng)險，辨識為低風(fēng)險。

2.3 實(shí)施

（1）1 月31 日夜班開始維護(hù)工作面、電氣設(shè)備，端頭施工隔離墻，留設(shè)注氮出口，運(yùn)順防火墻處皮帶落地，兩順槽防火墻處拆除單軌吊梁，工作面停電，調(diào)整監(jiān)控設(shè)備等。

（2） 1 月31 日早班礦組織驗(yàn)收，人員撤離后在上下順槽入口拉設(shè)警戒，嚴(yán)禁人員進(jìn)入，兩順槽同時用防火門板、風(fēng)筒布施工密閉，主要通風(fēng)機(jī)降低運(yùn)行頻率。

（3）風(fēng)量不足時，打開運(yùn)煤巷風(fēng)門（停止風(fēng)門狀態(tài)傳感器運(yùn)行），噴涂完畢后在兩順槽開門點(diǎn)設(shè)置柵欄及警示標(biāo)志。

（4）關(guān)閉3306 軌道順槽聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)門，風(fēng)量不低于最低風(fēng)速和稀釋有毒有害氣體計算的需風(fēng)量為宜。

（5）工作面最大限度地注氮?dú)狻?/p>

（6）根據(jù)監(jiān)測分析結(jié)果，調(diào)整注氮出口、頻次和注氮量。

（7）封閉區(qū)監(jiān)測到的甲烷濃度最大值0.19%，氧氣濃度低于10%，一氧化碳濃度降低，無自然發(fā)火征兆。

（8）啟封前一天停止注氮。

3306 工作面封閉期間束管、注氮管路、密閉墻及主要調(diào)節(jié)設(shè)施布置示意圖如圖1。

圖1 3306 工作面封閉期間布置示意圖

2.4 啟封

（1）2 月11 日早班成立指揮部，地面總指揮為總工程師，現(xiàn)場指揮為通防副總工。站崗警戒，停電掛牌，瓦斯檢查，參加人員準(zhǔn)備完畢，匯報調(diào)度室、指揮部。

（2）主要通風(fēng)機(jī)提高頻率，打開上順槽聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)門增加系統(tǒng)風(fēng)量，恢復(fù)密閉墻外供水，并對附近巷道灑水滅塵。

（3）采用全風(fēng)壓限量排放法，礦山救護(hù)隊(duì)先啟封下順槽密閉，匯風(fēng)流瓦斯不超限的情況擴(kuò)大到人員進(jìn)入的空間；然后撤出，在運(yùn)煤巷上風(fēng)側(cè)設(shè)置警戒，并設(shè)專人檢查瓦斯。

（4）采取同樣的方法拆除上順槽，先開一小口，檢查上順槽密閉內(nèi)及下順匯風(fēng)口甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧氣等氣體無異常后繼續(xù)拆除，同時逐步關(guān)閉運(yùn)煤巷風(fēng)門。

（5）恢復(fù)通風(fēng)且穩(wěn)定30 min 以上，檢查回風(fēng)流氣體符合規(guī)程要求后，進(jìn)入檢查，進(jìn)風(fēng)溫度23～25 ℃，回風(fēng)溫度26～30 ℃，工作面轉(zhuǎn)載機(jī)處氧氣大于19%，回風(fēng)隅角氣體無瓦斯積聚但空氣干燥。

（6）檢查完畢無異常匯報總指揮，恢復(fù)通風(fēng)工作面結(jié)束，撤除警戒。通防工區(qū)、綜采工區(qū)進(jìn)入檢查，逐步恢復(fù)各系統(tǒng)，瓦斯檢查員全面巡查一遍，發(fā)現(xiàn)異常及時匯報。

（7）監(jiān)控中心恢復(fù)監(jiān)控系統(tǒng)，通防工區(qū)調(diào)整工作面風(fēng)量恢復(fù)到封閉前的狀態(tài)。

（8）對采空區(qū)注防火劑，超前煤體二次預(yù)處理。

3 3306 綜放面風(fēng)險控制效果分析

3.1 封閉期間氣體分析

（1）從工作面上、下順槽檢測點(diǎn)氧氣和一氧化碳濃度變化趨勢可以看出（圖2、圖3）：封閉后采空區(qū)及順槽頂板煤體內(nèi)一氧化碳?xì)怏w涌出濃度增加，隨著注氮量、封閉空間壓力增加，氧氣、一氧化碳濃度呈下降趨勢，火災(zāi)風(fēng)險降低；氧氣濃度低于7%時能夠起到防火惰化作用。

圖2 3306 工作面封閉期間氧氣濃度變化曲線

圖3 3306 工作面封閉期間一氧化碳濃度氣體變化曲線

（2）從2 月7 日進(jìn)風(fēng)到回風(fēng)各檢測點(diǎn)氧氣濃度變化可以看出（圖4）：氧氣濃度從進(jìn)風(fēng)側(cè)密閉內(nèi)開始逐漸升高，下順槽密閉內(nèi)外氧氣濃度較高，上順槽密閉內(nèi)氧氣濃度最低。主要原因：封閉前沿進(jìn)風(fēng)巷道溫度逐漸增加，工作面俯采，封閉后空氣處于停滯狀態(tài)，氮?dú)獬隹跍囟容^低，出現(xiàn)類似于火災(zāi)時風(fēng)流逆退的現(xiàn)象，靠近底板氣體進(jìn)入、頂板返回，但由于動力不足而運(yùn)順始終變化不大。

3.2 上、下順槽頂煤鉆孔氣體變化分析

通過封閉前、啟封后頂煤鉆孔取樣分析（地點(diǎn)從進(jìn)風(fēng)到回風(fēng)依次編號）（圖5），在順槽氧氣濃度降低時一氧化碳濃度整體呈下降趨勢，頂煤火災(zāi)風(fēng)險無變化。

圖4 3306 工作面封閉期間氧氣濃度變化趨勢

圖5 3306 上下順槽頂煤鉆孔一氧化碳濃度變化對比

4 結(jié) 論

（1）從檢測數(shù)據(jù)分析，在低氧狀態(tài)下惰化了煤體氧化，一氧化碳濃度值下降，在低氧環(huán)境下火災(zāi)風(fēng)險降低。說明綜放工作面采取封閉注氮防火管理技術(shù)可行、安全可靠、實(shí)施簡單、經(jīng)濟(jì)合理。

（2）KJ66X 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、JSG-7 束管監(jiān)測系統(tǒng)對工作面實(shí)時監(jiān)測，結(jié)合現(xiàn)場檢查和采取人工取樣地面氣體分析，綜合分析研判火災(zāi)風(fēng)險，適時調(diào)整注氮出口、時間和流量，在預(yù)防火災(zāi)隱患的同時降低防火成本，做到有的放矢。

（3）綜放工作面封閉注氮后空氣干燥，對三機(jī)設(shè)備基本無影響，對支護(hù)金屬網(wǎng)銹蝕變化影響較小。綜放工作面涌水量、瓦斯涌出量等危險辨識準(zhǔn)確，巷道低洼處積水深度小于0.5 m，封閉區(qū)甲烷濃度小于0.2%，氧氣濃度在10%以下。

（4）人工取樣系統(tǒng)以往采用布置束管，人工多次握壓取樣氣球膽，沖洗礦用采樣氣球膽才能完成。若束管距離較長再用取樣氣球膽抽氣壓力明顯不足，現(xiàn)場適當(dāng)改造QBK 氣動隔膜泵代替，解決了采樣負(fù)壓不足和時間較長的問題。

（5）采取主要通風(fēng)機(jī)降頻、均壓防火技術(shù)，減少了均壓巷道過風(fēng)量，降低了工作面兩端的壓差、漏風(fēng)量。

（6）封閉注氮防火管理技術(shù)的實(shí)施過程，對綜放工作面火災(zāi)風(fēng)險管控、隱患治理、火災(zāi)處置具有借鑒意義。