薛洪得/烏魯木齊環(huán)鵬有限公司礦業(yè)分公司二井田煤礦

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綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火防治

薛洪得/烏魯木齊環(huán)鵬有限公司礦業(yè)分公司二井田煤礦

【摘 要】二井田煤礦1403綜放工作面所在4煤層具有自燃傾向性，工作面及上隅角發(fā)生瓦斯超限問題，為避免形成自然發(fā)火事故，運用注氮及噴灑阻化劑措施防滅火，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了1403綜放工作面的安全回采。

【關(guān)鍵詞】綜放工作面；采空區(qū)；自然發(fā)火；防滅火

1.概況

二井田煤礦現(xiàn)主要開采煤層為4煤，煤層有自燃傾向性，自然傾向性等級為Ⅱ類自然發(fā)火期為5～ 6個月?，F(xiàn)正在回采的1403工作面采用綜采放頂煤開采方式，煤層平均厚度為10.5m，平均傾斜長度90m，平均走向長度1130 m，容重為1.4 t/m3。

1403綜放工作面所在采區(qū)采用抽出式通風(fēng)方法，工作面采用“U”型通風(fēng)方式。礦井開采方式、放煤工藝以及煤層賦存條件的影響，放煤后采空區(qū)的遺煤量較大，且煤層本身具有自燃傾向性，使處于氧化自燃帶的遺煤氧化后產(chǎn)生CO；同時礦井采用負(fù)壓通風(fēng)，采空區(qū)漏風(fēng)造成CO涌出，使工作面CO與瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，對工作面的安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響[1,2]。

2.工作面煤層自然發(fā)火情況分析

1403綜放工作面采2.5m，采放比為1：3，采用單輪順序放頂煤。放煤未見矸石停放，致使采空區(qū)過多殘煤，同時煤體具有自然傾向性，為煤體自燃提供了可燃物。工作面兩端頭大多采用不放煤來提高端頭巷道圍巖的穩(wěn)定性，在采空區(qū)邊緣殘留較多殘煤，此時更容易產(chǎn)生熱量積聚，熱量不容易擴散發(fā)生自燃現(xiàn)象。

該煤層自燃期自燃發(fā)火期較短，5 ～ 6個月，當(dāng)工作面發(fā)生漏風(fēng)時，新鮮風(fēng)流為煤體自燃提供了氧氣條件。

3.防滅火方案的確定

根據(jù)1403綜放工作面實際情況，采用向采空區(qū)注入氮氣方法來防治采空區(qū)自然發(fā)火為主，同時采取減少工作面漏風(fēng)的措施保證工作面的安全回采[3,4]。

氮氣為惰性氣體，向采空區(qū)內(nèi)注入的氮氣后降低了氧氣濃度，溫度較低的氮氣吸收了煤體自然發(fā)熱的熱量，減緩了煤體升溫的速度。同時修建各種密封設(shè)施防治漏風(fēng)，減少漏風(fēng)量，增加工作面采空區(qū)空氣的滯留時間，減少采空區(qū)氧氣含量，尤其是容易產(chǎn)生瓦斯積聚的工作面上隅角的管理。

3.1參數(shù)的確定

注氮量按噸煤注氮量計算：

式中 QN——注氮流量 m3/min；

A—年產(chǎn)量，t；

K—工作面回采率，取97%。

采用制氮機產(chǎn)氮量為300m3/h，為5m3/min，制氮機的壓力為6 MPa，管路輸出端的壓力為6 MPa，制氮機滿足要求。

輸?shù)苈钒惭b線路為，制氮機房、主平硐、運輸石門、采區(qū)進風(fēng)巷，進風(fēng)巷接到工作面下出口采空區(qū)，管路總長度1482 m，管路直徑150 mm。

圖1　注氮管路示意圖

3.2工作面注氮安全措施

（1）注氮方式采用開放式注氮方式，注氮方法采用不間斷注氮方法。

（2）注氮機及1403工作面進風(fēng)巷及以外的注氮管路由機電工區(qū)維護，注氮機及注氮管路必須保持完好，保證注氮機及注氮管路能隨時投入使用，同時并保證回采過程中保證管路的完好。

（3）由通風(fēng)工區(qū)每天安排人員對綜放工作面回風(fēng)巷一氧化碳濃度進行檢測，當(dāng)工作面回風(fēng)流中監(jiān)測出一氧化碳或有自燃征兆時，及時將進風(fēng)巷注氮管路埋入采空區(qū)，當(dāng)埋管深度達(dá)到28m時，開始向采空區(qū)注入氮氣。

（4）向采空區(qū)注入氮氣后，通風(fēng)工區(qū)每天安排人員對輸?shù)苈返獨膺M、出氣端的氮氣濃度、流量及壓力進行檢測，氮氣濃度不得低于97%，氮氣出口端壓力不得低于5 MPa。

（5）注氮期間，由通風(fēng)工區(qū)安排人員每天對工作面回風(fēng)巷的氣體情況進行檢查，檢查CH4、CO2、CO、空氣溫度、氧氣濃度及氮氣濃度?；仫L(fēng)流中的一氧化碳濃度不得大于24 ppm，回風(fēng)流中的溫度不得超過26℃，氧氣濃度不得低于20%。

3.3輔助防滅火措施

在1403采空區(qū)、工作面上下出口、上隅角采用噴霧泵噴灑阻化劑（濃度為10%的氯化鈣）阻止采空區(qū)遺煤氧化，有利于預(yù)防自燃發(fā)火。

灑阻化劑量的計算：

式中 V—日噴灑量，m3/d；

K1—加量系數(shù)，取1.2；

K2—每噸煤噴灑氣霧量，濃度為10%時，為0.02 m3/t；

D—工作面丟煤率，取3%；

R—煤的容重：1.40 t/m3；

A—日產(chǎn)量：3000噸；

R—轉(zhuǎn)化率，取90%。

在正常推采情況下，每天應(yīng)灑氯化鈣240Kg。工作面回風(fēng)巷需保證有3天的用量，即回風(fēng)巷附近有不少于0.72噸的氯化鈣，當(dāng)氯化鈣少于0.72噸時，必須及時進行補充，不得影響工作面正常推采。工作面灑氯化鈣時，灑在上隅角采空區(qū)及上隅角往下20m的工作面，每天噴灑量不少于0.24噸。氯化鈣溶液配好后，用噴霧泵噴灑于整過工作面支架之間及支架后尾梁。

3.4實施效果

在工作面采用上述技術(shù)措施后，為了檢測該方案實施效果，對工作面瓦斯一氧化碳及瓦斯?jié)舛冗M行了采樣分析，注氮氣后，工作面一氧化碳濃度迅速降低且有維持穩(wěn)定的趨勢，如圖2所示。同時工作面上隅角未發(fā)生瓦斯積聚現(xiàn)象。

圖2　防滅火技術(shù)實施后一氧化碳濃度監(jiān)測統(tǒng)計

4.結(jié)語

（1）綜采放頂煤采空區(qū)遺煤較多時，破碎煤體容易產(chǎn)生熱量積聚，且煤層具有沖擊傾向性時，采空區(qū)容易發(fā)生自然發(fā)火災(zāi)害，尤其是加強工作面兩端頭防滅火工作。

（2）注氮減少了采空區(qū)氮氣含量，噴灑阻化劑減少了煤與氧氣的接觸面積，結(jié)合工作面生產(chǎn)實際，對注氮量、阻化劑用量及工藝措施進行了合理的設(shè)計，上下隅角沒有出現(xiàn)一氧化碳超限現(xiàn)象，工作面沒有發(fā)生自然發(fā)火現(xiàn)象。

（3）針對二井田煤礦煤層地質(zhì)及開采條件，采取注氮、噴灑阻化劑措施，保證了1403綜放工作面的安全回采，取得了良好的防滅火效果。

參考文獻：

[1] 王省身，張國樞.礦井火災(zāi)防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[2] 劉永山，張德志.馮記溝煤礦1415工作面均壓防滅火技術(shù)的應(yīng)用[J].煤礦安全，2010（3）:36-39.

[3] 孫忠強，艾琳琳，石巖.采空區(qū)火災(zāi)預(yù)警及防治技術(shù)[J].煤炭工程，2010（3）: 53-55.

[4] 吳洪峰，王英明，孫書林.和協(xié)煤礦14030采煤工作面防滅火治理技術(shù) [J].煤炭工程，2009（10）:72-73.