石啟杭 劉剛

摘要：夏闊坦礦1007工作面在回采期間，頂板垮落斷裂摩擦產(chǎn)生火花，引燃上隅角局部積聚瓦斯，為治理1007工作面瓦斯、火災(zāi)采取了一系列綜合治理措施，其中改進(jìn)工作面采空區(qū)注氮方式起到了關(guān)鍵性作用。文章詳細(xì)介紹了旁路式與埋管式注氮在“偏Y”型通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：旁路式注氮；埋管式注氮；采空區(qū)防火；“偏Y”型通風(fēng)；均壓通風(fēng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）35-0057-02

1 工作面概況

新疆庫(kù)車(chē)縣夏闊坦煤礦1007工作面，采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤工藝，工作面走向長(zhǎng)862m，系統(tǒng)改造前傾向長(zhǎng)150m，煤層平均厚度5.5m，平均傾角13°。沿傾斜方向上部為1005采空區(qū)（間隔10m煤柱），下部為1009掘進(jìn)工作面（間隔12m煤柱）。工作面頂板除局部含有200～400mm炭質(zhì)泥巖偽頂外，無(wú)直接頂，基本頂為細(xì)礫砂巖、砂質(zhì)泥巖，單層厚度超過(guò)6.5m，最厚12m，總厚度達(dá)40m，屬堅(jiān)硬難冒落頂板，煤層普氏硬度f(wàn)=3.5。2013年4月8日，工作面共推進(jìn)55m時(shí)，采空區(qū)存在大面積懸頂，造成瓦斯積聚，工作面頂板大面積冒落時(shí)，頂板冒落斷裂產(chǎn)生火花，點(diǎn)燃采空區(qū)局部積聚瓦斯。為此，公司聘請(qǐng)專(zhuān)家組共同探討針對(duì)1007工作面提出了多項(xiàng)綜合治理措施。其中原有的“U”型通風(fēng)工作面更改為了兩進(jìn)一回的“偏Y”型均壓通風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)經(jīng)過(guò)不斷摸索和改進(jìn)，使礦井注氮量和注氮防火效果得到了較大的提高，簡(jiǎn)化了原有的復(fù)雜操作程序（1007工作面系統(tǒng)改造后如圖1所示）。

圖1

2 注氮防滅火技術(shù)

氮?dú)夥阑鸬膶?shí)質(zhì)是利用氮?dú)獾亩栊?，將其注入采空區(qū)或破碎煤體，在自身的擴(kuò)散、彌散和外加能量場(chǎng)的共同作用下，沖滯于碎煤體周?chē)纬蓺?固相混合體，減少碎煤體周?chē)腛2含量，阻止或延長(zhǎng)煤的氧化性能。

注氮量是重要的注氮參數(shù)，夏闊坦煤礦1007工作面采空區(qū)火災(zāi)發(fā)生后，在地面工業(yè)廣場(chǎng)建立了新的注氮機(jī)房，安裝配備制氮能力為1600Nm?/h的TLN1600-99型注氮機(jī)，TLN1600-99型制氮裝置采用氮分子篩作為吸附劑，運(yùn)用變壓吸附原理，在常溫條件下從空氣中制取氮?dú)猓獨(dú)獾募兌入S流量可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，無(wú)環(huán)境污染，是一種高效的井上固定式注氮裝置。

礦井注氮主管路沿主井、運(yùn)煤平巷、運(yùn)輸下山至1007降低材料道及1009材料道，注氮管路主管、支管分別采用直徑315mm、250mm聚乙烯管進(jìn)行鋪設(shè)，管路光滑，直徑大，減少了氮?dú)庠诠苈分械牧黧w摩擦，增強(qiáng)了注氮效果和注氮量，分管采用直徑108mm鋼管分別向1007工作面降低材料道、1009工作面材料道進(jìn)行鋪設(shè)（如圖1所示）。

3 旁路式和埋管式聯(lián)合注氮在采空區(qū)防火應(yīng)用操作

1007綜放回采工作面下側(cè)鄰近1009掘進(jìn)工作面，由于夏闊坦礦煤所采下10煤頂板堅(jiān)硬，1007工作面下隅角冒落不嚴(yán)實(shí)，煤質(zhì)較硬鉆孔成型好，所以在這種情況下利用鄰近工作面，通過(guò)打鉆孔鋪設(shè)注氮管路來(lái)代替1007運(yùn)輸巷鋪設(shè)預(yù)埋注氮管路或運(yùn)輸巷托管注氮管路減少了管路的浪費(fèi)，避開(kāi)了繁瑣的托管操作和花管加工，更好地控制了注氮位置。

礦井所采下10煤頂板堅(jiān)硬，通過(guò)超前欲裂爆破頂板技術(shù)后，經(jīng)過(guò)束管監(jiān)測(cè)分析摸索，采空區(qū)“三帶”（散熱帶、氧化帶、窒息帶）基本劃分情況為：切頂線向采空區(qū)方向20m左右范圍為散熱帶，30～80m左右范圍為氧化帶，80m向后范圍為窒息帶。散熱帶范圍內(nèi)漏風(fēng)量較大，氧化所產(chǎn)生的熱量絕大部分被風(fēng)流帶走，因此無(wú)法積聚，從而不能發(fā)生自然發(fā)火；而氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量較小，同時(shí)又帶有足夠的氧氣供給浮煤，使氧化產(chǎn)生熱量聚集，氧化反應(yīng)不但加速，最終可能出現(xiàn)明火燃燒現(xiàn)象；氧化帶再往里延伸為窒息帶，冒落基本壓實(shí)，漏風(fēng)基本消失，供氧不足而處于窒息狀態(tài)（如圖2所示）。

圖2

在1009掘進(jìn)工作面向1007運(yùn)輸?shù)婪较?，每?0m位置施工一個(gè)注氮鉆孔（如圖1所示），鉆機(jī)選用礦內(nèi)MKD-5S型鉆機(jī)，鉆頭選用直徑為113mm的鉆頭進(jìn)行開(kāi)孔，套管為4寸鋼管，封孔長(zhǎng)度為6m，封孔材料選用聚安脂封孔。套管每根長(zhǎng)度1.5m，車(chē)內(nèi)外絲進(jìn)行連接，最后一節(jié)套管帶有法蘭盤(pán)，便于與注氮管路連接，未注氮前注氮孔用法蘭悶盤(pán)事先進(jìn)行封堵，防止風(fēng)流從注氮口內(nèi)流動(dòng)，鉆孔打好之后對(duì)鉆孔兩頭進(jìn)行標(biāo)號(hào)（即1009材料道及1007運(yùn)輸?shù)肋M(jìn)行鉆孔標(biāo)號(hào)），便于今后改孔注氮的操作。在1009材料道內(nèi)鋪設(shè)直徑108mm注氮鋼管，每個(gè)鉆附近留有三通管，便于連接注氮孔。在1007工作面后30m及60m位置對(duì)應(yīng)的注氮孔進(jìn)行管路連接，使氮?dú)庾⑷氩煽諈^(qū)氧化帶。

由于1007工作面采用均壓“偏Y”型通風(fēng)，還有一條進(jìn)風(fēng)巷位于工作面上部即1007降低材料道。在鄰近巷道采用旁路式注氮的同時(shí)，在1007將低材料道內(nèi)鋪設(shè)一趟4寸注氮管路進(jìn)行埋管注氮。埋管距離控制在30～60m之間，埋管方法采用邁步式，在降低材料道內(nèi)上隅角切頂線向外預(yù)先鋪好60m直徑108mmd的管路，切頂線向外30m處再鋪設(shè)一趟60m直徑108mm的管路。在工作面向外推進(jìn)30m時(shí)，第一趟預(yù)先鋪設(shè)的直徑108mm的管路已經(jīng)進(jìn)入采空區(qū)30m，將這趟直徑108mm的管路與注氮管路連接，向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注氮，然后再在切頂線向外30m處鋪設(shè)直徑108mm的管路60m，工作面再次推進(jìn)30m時(shí)，注氮管路與第一趟鋪設(shè)的直徑108mm的管路連接處斷開(kāi)，將注氮管路與第二次鋪設(shè)的60m管路進(jìn)行連接注氮，依此順序進(jìn)行施工，始終保持上隅角切頂線向后30～60m之間的氧化帶進(jìn)行注氮。

4 注氮防火措施

（1）地面制氮設(shè)備三班專(zhuān)人負(fù)責(zé)檢查、維護(hù)、檢修、操作等。

（2）組織人員每天對(duì)井下注氮管路總管、支管、分管巡查、維護(hù)，發(fā)現(xiàn)漏氣等問(wèn)題立即匯報(bào)并進(jìn)行處理。

（3）測(cè)量組將每天工作面推進(jìn)進(jìn)度通知通風(fēng)工區(qū)和綜采工區(qū)，保證兩道注氮管路的注氮地點(diǎn)及時(shí)變更，使氮?dú)庾⒃诓煽諈^(qū)氧化帶。

（4）1007工作面上隅角注氮及1009掘進(jìn)巷道內(nèi)進(jìn)行施工改變管路，需要停止注氮機(jī)時(shí)，施工人員要立即給調(diào)度室匯報(bào)，經(jīng)調(diào)度室同意后方可進(jìn)行施工。

（5）總管和分管安裝注氮流量表，通風(fēng)工區(qū)每天組織人員對(duì)總管注氮流量、分管注氮流量注氮純度進(jìn)行記錄，并將每天回報(bào)調(diào)度室，保證每天注氮總量不低于30000m，注氮純度不低于97%。

5 經(jīng)驗(yàn)效果

1007工作面采用旁路式和埋管式聯(lián)合對(duì)采空區(qū)注氮，避開(kāi)了托管注氮的繁瑣步驟，精確地控制了注氮深度，使工人操作起來(lái)簡(jiǎn)便，節(jié)省了大量的人力、物力，優(yōu)化了注氮效果，通過(guò)此次注氮及結(jié)合其他防火措施使得1007工作面得以順利回采，避免了煤炭自燃和瓦斯燃燒的災(zāi)害，保證了礦井的安全生產(chǎn)，創(chuàng)造了上千萬(wàn)的可觀利潤(rùn)。整個(gè)注氮施工方案正確，措施得力，為夏闊坦礦回采工作面注氮防滅火積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：石啟杭（1968—），男，徐礦集團(tuán)新疆庫(kù)車(chē)縣夏闊坦礦業(yè)有限責(zé)任公司副總工程師。