趙振中，吳正海

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崔木煤礦煤層自燃發(fā)火綜合防治技術(shù)體系與應(yīng)用

趙振中，吳正海

（皖北煤電集團(tuán)崔木煤礦，陜西 寶雞 721599）

針對(duì)崔木煤礦綜放工作面末采和收作期間及采空區(qū)巷道存在的自燃發(fā)火隱患，提出了“1264”防治煤層自燃發(fā)火防治技術(shù)體系，建立了防滅火注氮系統(tǒng)、灌漿系統(tǒng)、注三相泡沫系統(tǒng)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，形成以監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人工檢測(cè)和色譜分析相結(jié)合的“三位一體”綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并成熟地實(shí)踐了堵漏、均壓、注氮惰化、預(yù)防性灌漿、注三相泡沫、注新型防滅火封堵材料等綜合防滅火技術(shù)措施。實(shí)踐表明，該技術(shù)體系有效保障了崔木煤礦復(fù)雜條件下特厚煤層綜放工作面的順利開采，為礦井的安全、高效發(fā)展及同類礦井工作面的防滅火提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

煤礦煤層；監(jiān)測(cè)監(jiān)控；防治技術(shù)；新型防滅火材料

1 引言

崔木煤礦3煤為Ⅰ類易自燃煤層，煤塵具有爆炸性，自燃發(fā)火期為38 d。2013-06，21301工作面回采期間發(fā)生煤層自燃，造成工作面未采完即封閉；2014-04，21302工作面收作期間采空區(qū)遺煤自燃，造成崔木煤礦直接或間接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。經(jīng)多年的探索創(chuàng)新，礦井逐步建立了一套特厚煤層綜放開采煤層自燃綜合防治技術(shù)體系，為礦井的安全開采奠定了可靠的技術(shù)保障。

2 煤層自燃發(fā)火綜合防治技術(shù)體系

為解決崔木煤礦綜放工作面末采和收作期間及采空區(qū)巷道存在的自燃發(fā)火隱患，崔木煤礦建立了“1264”防治煤層自燃發(fā)火防治技術(shù)體系，即“一策、二體、六技、四制”?！耙徊摺保侵浮邦A(yù)防為主，綜合治理”的防治煤層自燃發(fā)火指導(dǎo)性管理策略?！岸w”，是指礦井防火和滅火兩個(gè)管理體制。礦井在以預(yù)防為主，綜合治理防治煤層自燃發(fā)火管理策略的指導(dǎo)下，以“控漏風(fēng)、降氧氣、強(qiáng)觀測(cè)”九字方針為核心，形成嚴(yán)密的防火管理體制。由于煤炭自燃發(fā)火受多種條件影響，不可預(yù)測(cè)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，以“控漏風(fēng)、降氧氣、消高溫、防復(fù)燃、強(qiáng)觀測(cè)” 十五字方針為核心形成高效的滅火管理體制?！傲肌保侵附⒊墒斓淖⒌夹g(shù)、注凝膠技術(shù)、灌漿技術(shù)、注三相泡沫技術(shù)、注新型方面滅火堵漏材料和安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控等六項(xiàng)技術(shù)?！八闹啤笔轻槍?duì)防治煤層自燃發(fā)火管理的關(guān)鍵人物和關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)科學(xué)、可行的管理制度加以激勵(lì)、約束和控制，包括防治煤層自燃發(fā)火責(zé)任制、防治煤層自燃發(fā)火計(jì)劃制、日分析制、科技創(chuàng)新制等四項(xiàng)制度。

3 煤層自燃發(fā)火防治措施

崔木煤礦建立了完善的防滅火注氮系統(tǒng)、灌漿系統(tǒng)、注三相泡沫系統(tǒng)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，初步形成以監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人工檢測(cè)和色譜分析相結(jié)合的“三位一體”綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，結(jié)合煤層自燃發(fā)火隱患分析，成熟地應(yīng)用了堵漏、均壓、注氮惰化、預(yù)防性灌漿、注三相泡沫、注新型防滅火封堵材料等綜合防滅火技術(shù)措施[1-2]。

3.1 末采期間預(yù)防性防滅火措施

工作面在進(jìn)入末采期間（距收作線前80 m），主要采取老塘隔離、黃泥灌漿、氮?dú)庵脫Q、端頭堵漏、監(jiān)測(cè)監(jiān)控幾種措施。

老塘隔離：當(dāng)工作面推進(jìn)至距收作線17 m時(shí)，工作面開始鋪網(wǎng)，網(wǎng)上鋪一層長(zhǎng)191 m、寬20 m的風(fēng)筒布，隨工作面推進(jìn)進(jìn)入采空區(qū)，在采空區(qū)側(cè)形成一道屏障，隔離采空區(qū)，減少漏風(fēng)，阻止采空區(qū)遺煤氧化。

黃泥灌漿：在工作面機(jī)巷、風(fēng)巷距收作線37 m、57 m處各預(yù)埋一趟?108 mm灌漿管路出口；回采收作期間，隨工作面推進(jìn)逐個(gè)開啟灌漿；灌漿時(shí)，地面灌漿站加三相泡沫、水玻璃、黃土、水，比例為1∶50∶50∶200，用量為三相泡沫0.2 t/h，水玻璃10 t/h，黃土10 t/h，水40 t/h，灌漿時(shí)在井下加復(fù)合膠體，每小時(shí)50 kg（2袋）。

氮?dú)庵脫Q：在工作面機(jī)巷距收作線24 m、44 m及74 m處（即架后12 m、32 m及62 m處采空區(qū)），各預(yù)埋一趟?108 mm注氮管路，管路出口進(jìn)入采空區(qū)后，至少保留2個(gè)氮?dú)獬隹谕瑫r(shí)向采空區(qū)連續(xù)注氮，氮?dú)鉂舛炔坏陀?7%，末采收作期間24 h連續(xù)注氮。

端頭封堵：端頭封堵是為了控制采空區(qū)漏風(fēng)，工作面距收作線前42 m（即架后30 m）時(shí)，上、下隅角每圓班進(jìn)行建隔離墻，寬度為巷幫至工作面支架掩梁里側(cè)。在工作面進(jìn)回風(fēng)隅角每班掛設(shè)風(fēng)簾，減少采空區(qū)漏風(fēng)；在巷道隅角堆積煤袋（或沙袋），建立隔離墻，間距3.2 m，并用撒阻化劑處理，每個(gè)生產(chǎn)班使用量不少于10 kg，在墻頂部預(yù)埋注膠管（出口距收作線20 m、30 m、40 m），向墻內(nèi)壓注水玻璃和凝膠，比例為1∶1.采空區(qū)兩道沙袋充填如圖1所示。

圖1 采空區(qū)兩道沙袋充填示意圖

監(jiān)測(cè)監(jiān)控主要包括束管監(jiān)測(cè)、工作面安全監(jiān)測(cè)和工作面日常觀測(cè)，具體如下。

束管監(jiān)測(cè)：在工作面距收作線92 m、62 m、32 m（即架后80 m、50 m、20 m采空區(qū)處）時(shí)，分別在工作面機(jī)巷、風(fēng)巷貼頂預(yù)埋束管采樣頭，待束管采樣頭進(jìn)入采空區(qū)后，每天定時(shí)采氣樣進(jìn)行分析；上隅角采空區(qū)2 m處的束管分析采樣頭隨工作面推進(jìn)移挪，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)自燃標(biāo)志氣體（CO、O2、CO2、CH4、C2H4、C2H2和T）的變化情況，以便掌握采空區(qū)浮煤自熱或自燃的發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)入回撤階段后，增加人工對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行束管氣樣分析。

工作面安全監(jiān)測(cè)：在上隅角及回風(fēng)流中裝設(shè)CO、CH4、T傳感器，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

工作面日常觀測(cè)：每班派專人攜帶CO便攜儀、CO檢定管、光干、甲烷氧氣兩用儀、紅外測(cè)溫儀對(duì)工作面CO、O2、CO2、CH4和T進(jìn)行巡回檢測(cè)。

3.2 工作面停采收作期間防滅火措施

工作面停采撤架期間，除繼續(xù)采取以上灌漿、注氮、堵漏等措施外，還要采取降低風(fēng)壓、老塘隔離、鉆孔注膠、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)、束管分析等防滅火措施，具體如下。

降低風(fēng)壓：停采后，在保證風(fēng)排瓦斯不超限的情況下，將工作面供風(fēng)由1 300 m3/min降為1 000 m3/min左右，以降低進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的壓差，減小采空區(qū)漏風(fēng)。

老塘隔離：為減少采空區(qū)及上、下隅角漏風(fēng)，工作面停采后，支架掩護(hù)梁挑高，架后遺煤清理干凈，支架尾梁至底板噴瑞克勞尼；工作面上、下隅角分別對(duì)工作面后部布置長(zhǎng)度30 m風(fēng)障，減少上、下隅角采空區(qū)漏風(fēng)。

鉆孔注膠：工作面停采撤架期間，為防止工作面架后停采前未放出的大量浮煤自燃，應(yīng)通過工作面支架向采空區(qū)打鉆孔壓注高分子凝膠，對(duì)浮煤進(jìn)行有效的堵漏和降溫，確保工作面正常撤架。在工作面布置注膠孔時(shí)，沿工作面支架后插梁間及頂梁施工注漿孔，孔徑?42 mm；終孔位置距架后（切頂線）6～8 m，鉆孔角度約30°~45°；支架前后立柱架間施工頂板注漿孔，終孔位置距架頂6 m，鉆孔角度約60°~70°。注膠量：支架間每個(gè)鉆孔注膠量不少于2 m3，機(jī)巷、措施巷兩巷鉆場(chǎng)鉆孔的注膠量每孔不少于30 m3，上、下隅角內(nèi)施工的端頭鉆孔注膠量每孔不少于60 m3。

調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)：工作面三機(jī)收完后，及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，降低風(fēng)量，減小采空區(qū)漏風(fēng)。

束管分析：工作面采空區(qū)新增束管分析檢查點(diǎn)，工作面每隔10架支架后，布置一個(gè)檢查點(diǎn)，利用?20 mm鋼管，長(zhǎng)度為2 m采樣花管，進(jìn)入采空區(qū)不小于1.5 m，采樣并分析采空區(qū)內(nèi)氣體變化情況；安排專職瓦檢員每班對(duì)工作面架后（每10架布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)）、上隅角、回風(fēng)流中的CH4、CO2、CO、O2及溫度等進(jìn)行檢查，每班至少檢查3遍，每天對(duì)上隅角、架后采樣一次，利用氣相色譜儀分析其氣體成份；工作面收作期間利用環(huán)境CO傳感器，在線監(jiān)測(cè)回風(fēng)流、上隅角的CO濃度變化情況；技術(shù)人員每天分析采空區(qū)煤自燃的動(dòng)態(tài)發(fā)展，如果發(fā)現(xiàn)自燃標(biāo)志氣體（主要是CO）連續(xù)升高或出現(xiàn)C2H4等出現(xiàn)，則說明有煤層自燃趨勢(shì)，根據(jù)實(shí)際情況采取進(jìn)一步的防滅火措施。

工作面機(jī)巷、風(fēng)巷、措施巷，每條巷道施工兩道永久封閉墻，即“兩墻夾一芯”封閉墻構(gòu)筑技術(shù)。當(dāng)兩道密閉墻之間形成斜巷時(shí)，使用黃泥灌漿技術(shù)有效封堵采空區(qū)瓦斯。采用間歇性灌漿方法，當(dāng)頂板淋水時(shí)，停止灌漿，待黃泥沉淀至底層后，利用密閉墻體卸壓孔及觀察孔，將清水釋放，再進(jìn)行灌漿充填，如此反復(fù)直至黃泥覆蓋，形成致密隔絕層。

3.3 新型防滅火材料使用

如果井下出現(xiàn)高溫異常點(diǎn)，則在高溫點(diǎn)中心及其前后20 m范圍內(nèi)施工注漿孔，間距2 m，孔深2.4 m，利用注液泵系統(tǒng)，先向孔內(nèi)帶壓注水，利用水的冷卻能力迅速降低高溫點(diǎn)溫度。待溫度降至正常范圍后，再用KA-DL防滅火封堵材料封孔，利用該材料良好的堵漏止水、防漏風(fēng)性能，隔絕裂隙內(nèi)煤層與外界空氣接觸，避免后期該處發(fā)生二次氧化自燃。且新型材料反應(yīng)凝固過程中無熱量釋放，帶壓注水結(jié)束后，即可檢驗(yàn)堵漏效果，確定溫度不會(huì)回升后再噴漿處理，將裂隙內(nèi)煤層與外界空氣二次隔絕，最大限度地提高該處裂隙封堵效果。KA-DL防滅火膠體凝固效果如圖2所示。

圖2 KA-DL防滅火膠體凝固效果圖

4 結(jié)論

建立了“1264”防治煤層自燃發(fā)火防治技術(shù)體系，并在崔木煤礦21306、21308、22304等7個(gè)工作面成功應(yīng)用，已安全回采煤炭2 000余萬噸，為礦井的安全、高效開采奠定了可靠的技術(shù)保障；建立了完善的防滅火注氮系統(tǒng)、灌漿系統(tǒng)、注三相泡沫系統(tǒng)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，初步形成以監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人工檢測(cè)和色譜分析相結(jié)合的“三位一體”綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，結(jié)合煤層自燃發(fā)火隱患分析，成熟地應(yīng)用了堵漏、均壓、注氮惰化、預(yù)防性灌漿、注三相泡沫、注新型防滅火封堵材料等綜合防滅火技術(shù)措施。

［1］王德明.礦井通風(fēng)與安全［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［2］吳正海，吳義春.易自燃特厚煤層綜放開采煤層自燃監(jiān)測(cè)防控一體化技術(shù)［J］.能源技術(shù)與管理，2019（1）：52-54.

2095－6835（2019）07－0149－02

TD752.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.149

趙振中（1982—），男，安徽淮北人，工程師，現(xiàn)任皖北煤電集團(tuán)崔木煤礦副總工程師，長(zhǎng)期從事采礦技術(shù)與管理工作。

〔編輯：王霞〕