孟晉偉

(挖金灣煤業(yè)有限責任公司，山西 大同 037000)

塔山礦主采煤層為大同煤田石炭系C3-5號特厚煤層，通過色譜吸氧鑒定法得出煤層平均吸氧量為0.6 cm3/g，自燃傾向性為Ⅱ類自燃，最短發(fā)火期為83 d，由于特厚煤層主要采用綜放開采工藝，具有采場空間大、易發(fā)生采空區(qū)漏風、頂煤回收率不高、采空區(qū)遺煤較多等特點[1-4]，因此對于工作面開采期間，特別是末采期間的防滅火工作造成巨大的壓力。本文以塔山礦8117綜放工作面為例，對其進行末采期間的綜合防滅火設計并應用。

1 工程概況

塔山礦8117工作面可采走向長度1 064 m，傾斜長度281 m，平均煤厚13.8 m，采高為3.8 m。開采工藝為一次采全厚低位放頂煤工藝，采放比為1∶2.63。開采煤層為石炭系C3-5號煤層，煤種為1/3焦煤，埋深434～479 m。工作面采用三巷布置，即進風巷、回風巷、頂板高抽巷，通風方式為“U+I”型，見圖1。

圖1 8117工作面布置示意

通過測定采空區(qū)氧氣濃度的大小，作為劃分煤自燃“三帶”的依據(jù)，按氧氣濃度一般劃分為：不燃帶的氧氣濃度：大于18%；自燃帶的氧氣濃度：5%～18%；窒息帶的氧氣濃度：小于5%，通過實測可得出工作面煤自燃“三帶”，見表1。

表1 采空區(qū)自燃“三帶”范圍

工作面末采期間分為三個階段，預計總工期為29 d，具體為：第一階段為從工作面鋪設掛網(wǎng)鋼絲繩(距停采線17 m)至聯(lián)網(wǎng)結束(距停采線9.6 m)，預計工期為4 d；第二階段為從頂板支護至完成機道維護，工作面具備撤退條件，預計工期為10 d；第三階段為從設備開始撤退至撤出工作面全部支架，具備工作面封閉條件，預計工期15 d，為確保8117工作面末采期間安全生產(chǎn)，需認真研究制定綜合防滅火方案設計。

2 方案設計

2.1 設置阻化隔離帶

工作面進入不放煤階段前30 m位置時，必須強化放煤工作，確保精放細放，減少此范圍的垮落遺煤，保證與后部采空區(qū)形成一道矸石隔離帶。利用MgCl2阻化噴霧系統(tǒng)，對采空區(qū)遺煤實施不間斷噴灑阻化，氯化鎂和水的質(zhì)量配比為1∶4，濃度20%，日噴灑量不低于250 kg，確保工作面后部裸露煤體噴灑到位，應噴盡噴。工作面日檢期間集中對頭尾端頭后采空區(qū)組織人工噴灑阻化劑(約215 kg)，以便形成一道長度20 m左右的阻化隔離帶，將采空區(qū)氧化帶浮煤進行阻化；支架停止推移后，應及時使用阻化劑對工作面兩端頭及后部裸露煤體進行全方位噴灑。MgCl2阻化劑防滅火技術具有工藝簡單、投資較少且阻化劑來源廣、阻化率高、價格低廉等特點，出于對礦井水資源及減少環(huán)境污染等方面的考慮，采用MgCl2阻化劑防滅火是適宜的。

2.2 封堵端頭減少漏風

為降低停采撤架期間的采空區(qū)漏風，工作面推進至不放煤階段位置時(距離停采線17 m)，在工作面兩端頭各施工1道粉煤灰封堵墻，此后端頭封堵以5 m一循環(huán)進行構筑，至停采線位置共施工5道封堵墻。構筑粉煤灰墻時應做到下寬上窄，防止構筑過程中墻體塌落，最后一道封堵墻使用紅磚構筑，見表2。對上、下端頭封堵墻、支架停止推移時后溜裸露煤體噴涂瑞克材料，要求噴涂嚴密，防止漏風。

表2 末采期間粉煤灰封堵墻構筑

2.3 采空區(qū)低溫注氮

進入停采支護階段前，在進風巷選取合適位置安裝低溫注氮系統(tǒng)，改造進風巷的注氮管路，對采空區(qū)實施不間斷注氮，同時回風巷利用3趟預埋管路進行多點注氮，總注氮量不低于500 m3/h。開始鋪網(wǎng)后，高抽巷抽放系統(tǒng)停運，對高抽巷進行注氮，注氮量不低于200 m3/h，并根據(jù)高抽巷瓦斯?jié)舛冗M行注氮量調(diào)整，使巷內(nèi)瓦斯?jié)舛炔怀^2%.

注氮管路預埋方案：工作面采至距停采線120 m時，開始規(guī)劃工作面停采后進、回風巷注氮管路，見表3。確保工作面采至停采線時，進風巷注氮管路出口位置分別位于支架切頂線以里采空區(qū)20 m、30 m、50 m、80 m及120 m處，回風巷注氮管路出口位置分別位于支架切頂線以里采空區(qū)30 m、50 m、80 m處，既能滿足工作面推進時正常的注氮需要，同時保證工作面停采后對采空區(qū)氧化帶的有效惰化。

表3 采空區(qū)預埋注漿管路要求

2.4 施工措施孔

鑒于以往相鄰工作面停采期間曾發(fā)生過支架上方及后方頂煤自燃事故，為提升防火安全系數(shù)，防患于未然，增加措施孔，即在支架停止推移后，使用ZLJ-700型鉆機，每隔10個支架在機道頂板向支架后上方施工1個用于測溫、低流量注氮、注阻化劑或注水的鉆孔。第一個孔施工于5號、6號架架間，工作面共計施工16個鉆孔。鉆孔孔徑為D73 mm，角度斜向上43°，長度14 m，水泥封孔長度0.5 m。開孔位置為機道頂板架間處，鉆機位置在前刮板輸送架中心線，墊高后鉆機高度1.2 m，終孔位置為支架切頂線向后5 m，終孔高度全部施工至煤層頂板，見圖2。鉆孔施工完成后，空心鉆桿不再拔出，安排瓦斯員每班對鉆桿內(nèi)CO、O2、T等參數(shù)進行測定，觀測頂煤自燃發(fā)火狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有溫度升高或出現(xiàn)CO氣體等自燃發(fā)火跡象時，立即通過鉆桿對異常區(qū)域?qū)嵤┳⒌⒆⑺却胧┻M行處理。

圖2 措施孔施工示意

2.4.1 低流量注氮系統(tǒng)

進風巷安全出口處斷開末端位于采空區(qū)120 m的注氮管，與沿工作面煤壁敷設的108 mm注氮管對接，沿著煤壁每隔20 m接入1個異徑三通(108 mm變42 mm)，D42 mm膠管一端與變徑三通連接，另一端與外漏鉆桿接頭對接，構成低流量注氮系統(tǒng)。膠管也可用于注水系統(tǒng)。工作面傾斜長度281 m，可接入14個三通，1個四通，對接全部16個鉆孔。每個措施孔注氮量維持在100 m3/h，注氮量可擠出煤體裂隙中空氣即可。

2.4.2 注水系統(tǒng)

沿工作面煤壁另敷設1趟108 mm鋼絲纏繞管，沿著煤壁每隔20 m接入1個異徑三通(108 mm變42 mm)，如需對措施孔進行注水，直接將膠管與注水變徑三通對接。注水泵使用工作面原乳化液泵，通過變徑將乳化液泵與煤壁108 mm注水管對接。按照同類工作面施工經(jīng)驗，每個大注水鉆孔15 m3/h的注水流量進行分配，每個鉆孔注水量1 m3/h，并根據(jù)現(xiàn)場注水情況進行個別調(diào)節(jié)，漏水嚴重的鉆孔，降低其注水量，注水壓力不超過8 MPa。

2.5 加強氣體監(jiān)測

8117工作面通過采空區(qū)預設取樣束管，結合氣相色譜儀，對采空區(qū)氣體成份進行監(jiān)測分析。本次主要對氧化帶氣體濃度進行分析，具體在進回風巷向采空區(qū)內(nèi)埋設束管，進風巷3束、回風巷3束。使用2寸鋼管作保護套進行吊掛，束管取樣頭分別進入采空區(qū)內(nèi)50 m、30 m、20 m，對進入監(jiān)控范圍的采空區(qū)進行不間斷監(jiān)測。從工作面停采鋪網(wǎng)開始，每日利用束管自動取樣化驗8117工作面采空區(qū)氣體，同時安排救護隊員對工作面氣體取樣化驗，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取針對性措施進行處理，見表4。

表4 8117工作面末采階段束管埋設及人工檢查取樣位置和要求

3 現(xiàn)場應用效果

塔山礦8117工作面整個末采過程實際用時30 d，嚴格按照以上綜合防滅火方案進行施工后，工作面在末采期間CO濃度最大值為9×10-6，最小值為5×10-6，平均濃度為7×10-6，未檢測出有C2H4、C2H2等其他自燃發(fā)火標志性氣體。結合本盤區(qū)已開采的16個工作面末采期間氣體濃度歷史數(shù)據(jù)(最大為70×10-6，最小為13×10-6，加權平均為23×10-6)分析比較，最大濃度下降了61×10-6，最小濃度下降了8×10-6，平均濃度下降了16×10-6，取得了良好的技術效果，有力地保證了工作面末采期間的安全生產(chǎn)。

4 結 語

1) 特厚煤層綜放工作面末采期間綜合防滅火設計可以有效防范工作面自燃發(fā)火風險，消除隱患、遏制火災事故，有力保障了8117綜放工作面末采期間各項工作安全有序開展。

2) 本次綜合防滅火設計思路核心是從煤炭自燃發(fā)火的三要素入手，阻斷煤炭自燃發(fā)火條件，即減少采空區(qū)遺煤、減少采空區(qū)漏風、低溫注氮惰化采空區(qū)，從而抑制煤炭自燃。

3) 本次綜合防滅火設計還增加了施工措施孔，提升了防火安全系數(shù)，措施孔可用于煤體深部測溫、低溫低流量注氮、注阻化劑或注水，從而做到有備無患，是防滅火設計的有益補充。