宋佳林

（1.中煤科工集團(tuán) 沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

1 工作面概況

斜溝煤礦23109 工作面位于21 采區(qū)北翼中部，西側(cè)為實(shí)煤區(qū)，東側(cè)為23111 工作面及其采空區(qū)，東側(cè)北部為原馬圐圙煤礦13 號(hào)煤采空區(qū)（已關(guān)閉）和原斜溝礦舊礦13 號(hào)煤采空區(qū)（已關(guān)閉），切割北側(cè)上覆有麻墕塔溝8 號(hào)煤小窯巷道（均實(shí)測(cè)）。

23109 材料巷在13 號(hào)煤層中沿煤層底板掘進(jìn)，工作面掘進(jìn)方位0，巷寬5.2 m，巷高3.6 m，全長(zhǎng)3 429 m，施工方式為機(jī)掘一次成巷，矩形斷面，支護(hù)方式為錨桿、錨索、錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)。

2 自然發(fā)火情況

23109 材料巷東北部有原馬圐圙煤礦13 號(hào)煤采空區(qū)（2007 年7 月22 日淹井后關(guān)閉）和原斜溝礦舊礦13 號(hào)煤采空區(qū)（已關(guān)閉），以往均發(fā)生過(guò)疑似自然發(fā)火現(xiàn)象。煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司提供的《斜溝礦煤自燃傾向性鑒定報(bào)告》和《斜溝礦自然發(fā)火期測(cè)試分析報(bào)告》鑒定結(jié)果見表1。

表1 8 號(hào)、13 號(hào)煤層自燃傾向性、最短自然發(fā)火期鑒定結(jié)果Table 1 Identification results of spontaneous combustion tendency and shortest spontaneous combustion period of No.8 and No.13 coal seams

3 自然發(fā)火區(qū)探測(cè)方案

該設(shè)計(jì)擬采用施工超前鉆孔探測(cè)的方法探測(cè)疑似的火區(qū)，通過(guò)對(duì)鉆孔內(nèi)的氣體成分進(jìn)行化驗(yàn)分析（檢驗(yàn)有無(wú)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體），確定探查區(qū)域是否存在火區(qū)。

（1）巷道掘進(jìn)期間，利用鉆探超前探測(cè)，防止巷道掘進(jìn)過(guò)程中誤透、誤冒火區(qū)。

（2）鉆探超前探測(cè)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火標(biāo)志氣體和自然發(fā)火征兆時(shí)，另行編制設(shè)計(jì)確定火區(qū)范圍，留設(shè)足夠?qū)挘ê瘢┒鹊母綦x火區(qū)煤（巖）柱有效隔離火區(qū)。

（3）回采前，采用向自燃區(qū)域注氮、注黃泥漿和阻化劑的綜合防滅火措施消除自燃區(qū)域，確保安全回采。

根據(jù)中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司提供的《斜溝礦13 號(hào)煤自然發(fā)火標(biāo)志氣體指標(biāo)測(cè)定報(bào)告》結(jié)論。

在30～100 ℃，可以選擇CO 作為該溫度段內(nèi)的標(biāo)志氣體。當(dāng)通風(fēng)量變化不大的情況下，CO濃度上升到日常量一倍時(shí)，說(shuō)明自燃煤炭的溫度已經(jīng)達(dá)到90 ℃以上。特別注意是只要發(fā)現(xiàn)井下CO 持續(xù)存在且濃度是不斷增加的，就是煤炭自燃的征兆。

在100～200 ℃，烯烴隨溫度升高量逐漸增大，由于C2H4的靈敏度較高，準(zhǔn)確性較好，一般來(lái)說(shuō)只要檢測(cè)到C2H4，便可以判斷煤溫達(dá)到100 ℃以上，自然發(fā)火進(jìn)入了加速氧化階段。由于C2H4產(chǎn)生量小，此溫度段建議采用CO 和C2H4作為指標(biāo)氣體。

工作面采用“長(zhǎng)探+短探”的探測(cè)模式，在23109 材料巷小窯老空區(qū)警戒線內(nèi)先使用千米定向鉆機(jī)施工超前探測(cè)鉆孔，向東控制幫距60 m，然后按照工作面“有掘必探”設(shè)計(jì)說(shuō)明書施工短探鉆孔；警戒線外按照工作面“有掘必探”設(shè)計(jì)說(shuō)明書施工正常超前探測(cè)鉆孔。

（1）鉆機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)。

短探采用ZDY-1300 礦用液壓鉆機(jī)，鉆頭直徑φ75 mm，鉆桿直徑50 mm，鉆桿長(zhǎng)度1.5 m。長(zhǎng)探采用ZYL-23000 千米定向鉆機(jī)。

（2）超前距、幫距的確定。

根據(jù)《23109 材料巷“有掘必探”及探測(cè)原馬圐圙煤礦13 號(hào)煤采空區(qū)和原斜溝礦舊礦13 號(hào)煤采空區(qū)專項(xiàng)設(shè)計(jì)》，結(jié)合23109 材料巷實(shí)際情況，23109 材料巷短探超前距取40 m，長(zhǎng)探取超前距取100 m。

短探每次鉆探深度90～93 m，超前距40 m，幫距20 m。在掘進(jìn)中心水平方向上扇形布置3 個(gè)鉆孔，頂板方向布置1 個(gè)鉆孔。若鉆探施工無(wú)異常，確保允許掘進(jìn)范圍內(nèi)無(wú)火災(zāi)隱患，允許向前掘進(jìn)50 m，到位后進(jìn)行下一次鉆探，依次循環(huán)。

23109 材料巷小窯老空區(qū)警戒線內(nèi)（材料巷開口2 400 m 處）開始，共2 次長(zhǎng)探，每次施工7 組21 個(gè)鉆孔，鉆孔深度600 m（水平長(zhǎng)度），超前距100 m，幫距向東控制60 m。

（3）短探鉆孔布置及參數(shù)。

若物探探測(cè)無(wú)異常，短探時(shí)巷道掘進(jìn)執(zhí)行下列“有掘必探”超前探測(cè)鉆孔設(shè)計(jì)，鉆孔設(shè)計(jì)表見表2。

表2 23109 材料巷短探鉆孔設(shè)計(jì)表Table 2 No.23109 material roadway short exploration drilling design table

（4）長(zhǎng)探鉆孔布置及參數(shù)見表3。

表3 23109 材料巷長(zhǎng)探鉆孔設(shè)計(jì)表Table 3 No.23109 material roadway long exploration drilling design table

4 綜合防滅火措施

如果發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火標(biāo)志氣體和自燃征兆時(shí)，另行編制專項(xiàng)設(shè)計(jì)確定火區(qū)范圍。留設(shè)足夠?qū)挘ê瘢┒鹊母綦x火區(qū)煤（巖）柱有效隔離火區(qū)（40 m），若在隔壁煤柱區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體或自燃征兆，則向鉆孔內(nèi)噴灑阻化劑水；若在老窯采空區(qū)區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體或自燃征兆，則通過(guò)鉆孔向老窯采空區(qū)內(nèi)注入氮?dú)?，如果注氮效果不理想，持續(xù)出現(xiàn)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體，則采取氮?dú)馀c黃泥漿聯(lián)合注入。

4.1 灌注阻化劑防滅火

擬采用MD25-80×10（P）型臥式多級(jí)離心泵（10 級(jí)）1 臺(tái)，離心泵主要參數(shù)如下。

選用氯化鎂（MgCL2·6H2O）作阻化劑，在泵站液箱內(nèi)配制成12%～15%的溶液，攪拌均勻，氯化鎂每次使用量為200～250 kg。設(shè)備就近安置鉆場(chǎng)附近的調(diào)車硐室內(nèi)，當(dāng)鉆孔內(nèi)出現(xiàn)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體或自燃征兆時(shí)，向鉆孔內(nèi)部灌注阻化劑水。

4.2 注氮防滅火

設(shè)計(jì)擬采用鉆孔注氮和插管注氮相結(jié)合的方式進(jìn)行注氮防滅火。

掘進(jìn)過(guò)程中，在23109 材料巷向疑似自然發(fā)火區(qū)域施工鉆孔（全套管），通過(guò)鉆孔將氮?dú)庾⑷牖饏^(qū)。若在工作面開切眼或巷道高冒區(qū)發(fā)現(xiàn)疑似火區(qū)，則采用向火源直接插管的注氮方式。

23109 材料巷輸?shù)苈凡捎弥睆?08 無(wú)縫鋼管，制氮設(shè)備位于21 采區(qū)集中注氮硐室。目前，21 采區(qū)集中注氮硐室共有6 套DT-1000/6 型制氮設(shè)備（三用三備）。制氮設(shè)備壓縮空氣來(lái)自于地面空壓機(jī)站，每套制氮裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下。

4.3 移動(dòng)式黃泥灌漿防滅火

移動(dòng)式黃泥灌漿泵站就近安置鉆場(chǎng)附近的調(diào)車硐室內(nèi)。將制漿原料黃土運(yùn)送至井下，然后將原料裝入灌漿裝置，利用壓力水進(jìn)行制漿，然后通過(guò)泥漿泵加壓進(jìn)入灌漿管路至鉆孔內(nèi)部，向疑似火區(qū)進(jìn)行灌漿。移動(dòng)式滅火注漿裝置主要參數(shù)如下。

5 結(jié) 論

針對(duì)8 號(hào)、13 號(hào)煤層易自燃特性，設(shè)計(jì)提出了自然發(fā)火區(qū)探測(cè)方案，建立了一套較完善的防滅火綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)發(fā)火點(diǎn)的自燃進(jìn)程變化,為煤礦自燃火災(zāi)事故的防治工作提供科學(xué)依據(jù)。并通過(guò)采用以灌注阻化劑防滅火、注氮防滅火、移動(dòng)式黃泥灌漿防滅火等防滅火措施,有效地防治了采空區(qū)煤炭自燃,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的安全生產(chǎn)目標(biāo)。