常 江

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司晉華宮礦安監(jiān)站，山西 大同 037000)

引 言

煤炭資源目前仍是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展過程中無法替代的一次能源。現(xiàn)有正開采的煤礦中存在很多高瓦斯厚煤層煤礦，具有自燃性且自燃周期短的特點(diǎn)。針對此類型煤礦，一般采用綜采放頂煤技術(shù)進(jìn)行開采和挖掘[1]。綜采放頂煤技術(shù)具備很多優(yōu)勢，如開采成本低、開采效率高、巷道掘進(jìn)量小、單產(chǎn)能力大、對煤層適應(yīng)能力強(qiáng)等，因此得到廣泛應(yīng)用。但由于煤礦為厚煤層，貯藏著大量瓦斯氣體，在開采過程中，由于一次性開采體量大，會導(dǎo)致瓦斯大量涌出，同時(shí)采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致綜采工作面防治瓦斯和防滅火的危險(xiǎn)度和難度大幅增加[2]。因此，非常有必要對高瓦斯易自燃煤層工作面防瓦斯防滅火技術(shù)進(jìn)行研究。

針對工作面基于綜采放頂煤技術(shù)開采產(chǎn)生的上述問題，本文對工作面回采不同階段的防瓦斯、防滅火技術(shù)展開了針對性深入研究，建立了一套可應(yīng)對回采不同階段的防瓦斯、防滅火技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全生產(chǎn)。

1 工作面瓦斯、火災(zāi)事故發(fā)生影響因素分析

1.1 火災(zāi)事故影響因素分析

煤礦綜采工作面火災(zāi)事故發(fā)生的原因包括外因和內(nèi)因兩個(gè)方面。

1)外因：包括人為因素和設(shè)備因素兩個(gè)方面。人為因素主要是指工作人員的違規(guī)操作造成的火災(zāi)；設(shè)備因素是指井下機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中因故障產(chǎn)生火花造成的火災(zāi)；

2)內(nèi)因：主要是指煤炭自燃現(xiàn)象。礦井煤層吸收一定量的氧氣會使井下溫度逐漸聚集并保持在很高水平，當(dāng)達(dá)到煤炭自燃點(diǎn)時(shí)，如若不及時(shí)治理，便會發(fā)生火災(zāi)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料發(fā)現(xiàn)，因外因造成的火災(zāi)比例較小，但仍需重視防止此類情況發(fā)生；而因內(nèi)因造成的火災(zāi)要占到90%以上，而且主要發(fā)生在采空區(qū)。

1.2 瓦斯事故影響因素分析

井下工作面瓦斯大量積累主要來源于以下幾個(gè)方面[3]：

1)瓦斯預(yù)先抽放時(shí)間短，雖然一定程度上降低了瓦斯的壓力和含量，但煤體瓦斯總體含量仍然高，仍會涌出大量瓦斯；

2)回撤期瓦斯涌出量大，與正常采煤期相比還要高，回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍黾?，特別是上隅角瓦斯?jié)舛让黠@增加。

2 防治瓦斯和防滅火主要技術(shù)和措施分析

高瓦斯易自燃厚煤層環(huán)境下，工作面瓦斯治理和防滅火之間存在一定的矛盾。瓦斯治理要求進(jìn)行瓦斯抽采以及加強(qiáng)通風(fēng)，而防治火災(zāi)要求減少采空區(qū)漏風(fēng)，防止井下溫度達(dá)到自燃點(diǎn)，因此必須統(tǒng)籌兼顧好瓦斯治理和防滅火措施。

2.1 回采初期防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

利用高抽巷進(jìn)行瓦斯抽采，調(diào)整高抽巷瓦斯抽采流量，可降低工作面回采過程中的瓦斯?jié)舛?，同時(shí)減少采空區(qū)漏風(fēng)。

在工作面通過地面固定式灌漿站集中灌漿。灌漿的主要工作流程框圖，如圖1所示。

圖1 灌漿主要工作流程框圖

灌漿流程為：將定量的黃泥進(jìn)行粉碎過篩，經(jīng)膠帶輸送機(jī)將其運(yùn)送到膠體制備機(jī)，然后通過濾漿機(jī)將其制成濃度范圍在1：4～1：2之間的黃泥漿，并運(yùn)送到緩沖池中，通過泥漿泵和注漿管道輸送至防滅火地點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)灌漿防滅火，可在工作面每隔50 m鋪設(shè)一組灌漿管。

2.2 回采中期防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

2.2.1 對工作面上下隅角進(jìn)行封堵

如圖2所示，為工作面上下隅角位置圖。上下隅角之間存在風(fēng)力壓差，容易造成采空區(qū)漏風(fēng)情況發(fā)生。因此，對于工作面的上下隅角必須進(jìn)行封堵。上下隅角采用隔段封堵方式，這樣可以縮小氧氣覆蓋的范圍，減小氧化帶范圍。

圖2 工作面上下隅角示意圖

封堵方式：采用袋子墻封堵方式，將袋子墻堆砌工作面上下隅角的端頭支架后部。袋子墻阻燃防爆、密封性能好、施工快、經(jīng)濟(jì)適用，而且當(dāng)頂板有壓力時(shí)，壓力越大密封性能越好。

2.2.2 注入凝膠形成隔離帶

在工作面支架后注凝膠：凝膠可以封堵煤層縫隙，阻斷空氣流動(dòng)，同時(shí)凝膠可吸收采空區(qū)遺煤表面產(chǎn)生的熱量，抑制煤層溫度的升高。注凝膠工藝流程示意圖，如圖3所示。

圖3 注凝膠工藝流程

2.2.3 注氮惰化采空區(qū)

現(xiàn)場采用移動(dòng)式膜分離制氮設(shè)備進(jìn)行氮?dú)馍a(chǎn)，同時(shí)通過Ф108無縫鋼管將氮?dú)膺\(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?。在綜采工作面，沿傾斜方向每隔15 m～20 m鋪設(shè)1趟注氮花管，貫通整個(gè)綜采面?；夭善陂g，注氮周期為間隔4 h一次。如果要進(jìn)行停產(chǎn)檢修，那么需要24 h不間斷注氮。

2.2.4 噴灑阻化劑系統(tǒng)。

采用移動(dòng)式噴射泵來噴灑阻化劑。將阻化劑通過Φ13高壓膠管運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?，并需要每天用其噴灑端頭。

2.2.5 灌注三相泡沫

灌注三相泡沫時(shí)可不需要安裝新的運(yùn)輸系統(tǒng)，可采用原有灌漿運(yùn)輸系統(tǒng)將其直接運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?，到達(dá)工作面后，需在注漿管路上安裝發(fā)泡器，并與注氮管路連接，使氮?dú)馀c漿液充分發(fā)泡后灌注至采空區(qū)。

2.2.6 建立監(jiān)測監(jiān)控和預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)

在膠帶順槽、膠帶順槽與煤壁之間、回風(fēng)隅角等關(guān)鍵部位分別安裝CO傳感器、CH4傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器，利用監(jiān)測系統(tǒng)來傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，使其傳到調(diào)度指揮中心，進(jìn)行預(yù)警。

2.3 回采末期和回撤期間防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

1)加強(qiáng)灑水。這個(gè)階段需要進(jìn)一步通過加強(qiáng)灑水來對順槽端部的遺煤進(jìn)行潤濕，抑制煤體的氧化速率。

2)增強(qiáng)監(jiān)控功能。在回采末期和支架回撤期間，通過各類傳感器要實(shí)時(shí)對工作面采空區(qū)的空氣參數(shù)變化進(jìn)行監(jiān)測。

3)風(fēng)量調(diào)節(jié)?；夭山Y(jié)束之后，將風(fēng)量調(diào)節(jié)到800 m3/min左右，并維持不變，支架回撤成為掩護(hù)架之后，作業(yè)面應(yīng)當(dāng)采取軌道順槽局部供風(fēng)。

4)注凝膠。在支架回撤之后，作業(yè)面頂板塌落會有碎煤掉落并成為遺煤，應(yīng)立刻注入凝膠。

2.4 回采后封閉期防瓦斯、防滅火技術(shù)分析

對于回采后封閉期，為防止采空區(qū)發(fā)生自燃性火災(zāi)：

1)可采用移動(dòng)式液態(tài)CO2防滅火裝置直接灌注到易發(fā)生火災(zāi)地點(diǎn)。CO2防滅火措施可采用兩種注入方式：地面液態(tài)CO2壓注滅火方式和井下移動(dòng)式壓注滅火方式[3]。

2)對工作面氣體進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測。采空區(qū)封閉之后，要定時(shí)采集束管及密閉內(nèi)外的樣品進(jìn)行檢測，對采空區(qū)內(nèi)部氣體的狀態(tài)變化做到心中有數(shù)。

3)對采空區(qū)溫度進(jìn)行監(jiān)測。利用感溫光纜或者相關(guān)溫度檢測設(shè)備對采空區(qū)的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過溫度的變化情況采取針對性的措施。

3 實(shí)際防治效果總結(jié)與分析

上述各項(xiàng)防治技術(shù)和措施均已應(yīng)用到綜采工作面。經(jīng)過一定時(shí)間的防治之后，在綜采過程中，通過對采空區(qū)氣體采樣分析發(fā)現(xiàn)，袋子墻內(nèi)、上隅角采空區(qū)、采空區(qū)CO濃度均有顯著下降，有效阻止了采空區(qū)遺煤進(jìn)一步氧化升溫，同時(shí)在防治期間采空區(qū)煤炭并沒有發(fā)生自燃情況，表明所提出的技術(shù)和措施科學(xué)有效，具有較好的防滅火效果，為以后其他煤層綜采防滅火、防瓦斯提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語

本文針對高瓦斯易自燃厚煤層煤礦采用綜采放頂煤工藝后存在的諸多缺點(diǎn)與不足，根據(jù)綜采面不同回采階段的特點(diǎn)，即回采初期、回采中期、回采末期和回撤期、回采后封閉期，對防瓦斯、防滅火技術(shù)進(jìn)行了深入探討，并給出具體的、科學(xué)的、合理的、有效的防瓦斯、防滅火技術(shù)。目前，防滅火技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到煤礦安全生產(chǎn)過程中，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行與應(yīng)用，減小了煤礦火災(zāi)的發(fā)生率，其而且成本低廉、防火效果明顯，值得廣泛應(yīng)用。