張寶琴，王振芳，曹二雄

(1.內蒙古科技大學 礦業(yè)與煤炭學院，內蒙古 包頭 014010；2.內蒙古伊東煤炭集團，內蒙古 鄂爾多斯 017100)

許多相關數據表明,采空區(qū)是井下發(fā)生自燃著火危險最高的地方,采空區(qū)冒落帶,一般都會留存許多比較松散的遺留煤渣,再者由于井下漏風情況嚴重,使得這些松散的遺留煤渣非常容易和井下采空區(qū)漏風流中的氧氣產生化學性的氧化反應,進而可能造成井下采空區(qū)出現(xiàn)自燃著火的現(xiàn)象。采空區(qū)自燃發(fā)火位置主要是集中于其內部的漏風通道,例如：出入口或進回風巷道內側、開切眼、聯(lián)絡巷、停采線等。這對煤礦的安全生產、工作人員的生命安全和財產安全造成了極大地威脅。

1 礦井概況

玉川煤礦位于內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準格爾旗薛家灣鎮(zhèn)東南方向約32km,歸屬于準格爾煤田南部詳查區(qū)北部。該礦井為低沼氣煤礦,其中的煤塵對該地區(qū)具有高度爆炸的危險性,根據該地區(qū)燃點檢測結果顯示△T0值為91℃,煤層的自燃傾向性等級為易自燃的煤層。

2 防滅火措施的制定

在我國煤炭行業(yè)安全技術規(guī)程中表明:“在開采容易發(fā)生自燃和含有自燃可能性的煤層,須采取綜合性預防煤層自燃著火的措施”“在煤炭行業(yè)開采容易發(fā)生自燃和含有自燃可能性的煤層時,必須對采空區(qū)、突出和冒落孔洞等的空隙進行一次預防性灌漿或全部進行充填、灑阻化劑、注砼、混凝土、注固態(tài)氣體、均壓等控制措施”。依據我國相關規(guī)定及其他有關政策規(guī)范要求:“當所有開采煤礦井為容易發(fā)生自燃或者使用放頂煤進行開采自燃煤層的一種煤礦,必須設計以灌漿為主的兩種以上的綜合防滅火措施,否則不予開采”。地質學報告顯示,本次回采礦井內各個煤層都比較容易出現(xiàn)發(fā)生安全自燃的現(xiàn)象,回采工作面上也存在著許多容易發(fā)生安全自燃的著火隱患,礦井需要想辦法進行安全回采,防止其滅火的應對措施更是重中之重。這就要求我們在生產的過程中一定要使用可執(zhí)行性強且有較好效果的綜合防火治理技術。

秉持預防為主的理念，本礦井確定采用防滅火方式主要是灌漿，結合注氮防滅火和噴灑阻化劑的綜合防滅火措施，保證了煤礦的安全生產、工作人員的生命安全和財產安全。

3 防滅火措施的實施

3.1 灌漿防滅火

目前,我國大多數存在著自燃發(fā)火風險的采空區(qū)煤體礦井中,基本上所采用的都是灌注泥漿防滅火技術,其主要原因是通過泥漿吸收熱量來降低溫度,且泥漿可以對采空區(qū)煤體進行覆蓋和包裹,從而達到隔絕氧氣的作用,實踐證明該技術可極大地提高采空區(qū)防滅火效果,故已成為預防內因火災所采取的主要措施。

如今我國預防煤炭自燃的方法有很多種，其中使用比較普遍且卓有成效的一種是預防性灌漿，所用材料主要分布在水源相對比較多的地帶，其中應用較多的是以黃土作為注漿材料，漿液的土水比為1∶3-1∶7。灌漿系統(tǒng)種類繁多，其中埋藏煤層深、礦井灌漿量需求量大、運輸灌漿材料距離長的礦井比較適合采用集中式灌漿。本礦井符合上述條件，主要表現(xiàn)在煤層生產能力強，首采煤層采用綜采一次采全高工藝，灌漿量比較大，為了縮小占地面積并減少支出，并站在方便灌漿及易于管理的角度上，所以確定采用集中灌漿系統(tǒng)，灌漿站設置在風井場地內。

根據本井田地貌優(yōu)勢，設計選用黃泥作為灌漿防滅火材料。把泥、水按1∶5的比例混合制成泥漿，利用泥漿泵順著給定的管道將泥漿輸送到井下，再經專用的超高分子聚乙烯灌漿引管向采空區(qū)或火區(qū)進行灌注，沉積沉淀在礦石上的泥漿會由于滲透作用及附著性，遍布采空區(qū)的浮煤及礦柱龜裂中，從而隔絕空氣，抑制礦石發(fā)生氧化。亦提高了采空區(qū)密閉的封閉性，降低了漏風。隨著泥漿中水分的不斷蒸發(fā)，增加了灌漿區(qū)的濕度，抑制了礦石水分蒸發(fā)。因此達到了消滅和預防礦井火災的目的。

灌漿系統(tǒng)應從灌漿站出發(fā)，通過回風立井至首采煤層鋪設注漿管路，主管路沿井下回風大巷鋪設，最后到達綜采工作面。采用的注漿方法為采灌結合，注漿后要求在采空區(qū)底板形成5cm左右的泥漿層以預防浮煤發(fā)火。

3.2 注氮防滅火

依據《煤礦安全規(guī)程》相關規(guī)定和我國制氮設備能力及其他礦井氮氣防滅火的成功經驗，本礦井自身的氮氣不僅可用作預防性注氮,還可以通過注氮方式進行滅火。日常生產中可以根據實際情況適當地進行一些預防性的注氮,當火災征兆出現(xiàn)時進行持續(xù)性注氮,直至征兆完全排除為止。同時在井上下建立完善的安全防滅火及自動化監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2.1 預防性注氮。為了節(jié)約注氮時過大的消耗鋼材，在設計工作面采空區(qū)防火措施時，優(yōu)先使用拖管注氮工藝這項先進技術。注氮工作方式為：工作面進行正?；夭蓵r，使用方式為間斷式注氮，當傳感器監(jiān)測到有發(fā)火征兆隱患時立即進行注氮操作。在工作面運輸順槽一側順著采空區(qū)埋設相應長度的注氮鋼管至要求深度，然后利用順槽回柱絞車牽引移動注氮管，使之隨工作面的移動而移動。

用絲扣將5節(jié)共10m長的Φ89×4.5地質鉆桿與管道進行了連接,然后順著運輸的順槽將鉆桿和管路架設在至于工作面的下隅角,當于工作面開始有序地往前推進時,采空區(qū)便將各個管路逐步埋入,采空區(qū)所需要埋入的管路長度一般應保持在15m～35m的范圍內,方便拉管。為了有效防止碎氮氣碎物太多,造成采空區(qū)域出氮氣管道堵塞,可以在距離采空區(qū)出氮氣管道2m以內的一個鉆桿上多次地鉆上些微細洞,讓這些氮氣能夠在管內順暢地流動。當一個工作面有出現(xiàn)火災的征兆，把在采空區(qū)內部分埋入的鉆桿移動至距切頂線15m處,再用20m長的橡膠軟管將鉆桿連接到一條順槽式管路,接著開始灌注氮。伴隨著工作面的快速推進,當鉆桿所在氮口位于距離工作面切頂線35m左右時,切斷多余的氮氣,拔掉一條橡膠軟管,將鉆桿用絞車再次拉至離切頂線15m左右處,連接好的橡膠軟管后再繼續(xù)向下注氮,如此循環(huán)往復,直至把一個沒有發(fā)生火災等征兆的范圍全部甩入采空區(qū)域或者窒息地帶之中為止。

3.2.2 滅火性注氮。主要采用鉆孔注氮、插管注氮和墻內注氮幾種方式。鉆孔注氮是指在施注位置附近巷道通過鉆孔方式向井下著火區(qū)或火災隱患區(qū)灌注氮氣。插管注氮是針對在工作面的起、停采線或巷道高冒頂發(fā)生火災時，直接向火源點插管灌注氮氣的滅火方式。墻內注氮是指利用在防火墻上預先安裝好的注氮管向有火區(qū)或存在火災隱患的地方灌注氮氣。

3.3 噴灑阻化劑防滅火

阻化劑防滅火技術是目前國內外正在積極引入并推廣的一種預防煤層自燃的全新技術方法,它為我國在少土、缺水地區(qū)開展煤礦井下預防滅火工作的開展起到了重要作用。阻化劑防滅火技術的主要優(yōu)點之處在于:技術上遠遠領先其他的防滅火技術、工藝簡單、經濟性好。阻化劑的來源比較廣泛、且阻化率都比較高、物美價廉。針對本礦井水資源嚴重缺乏的情況和現(xiàn)狀,并綜合考量降低環(huán)境污染的可能性,尤其適宜采用阻化劑式防滅火系統(tǒng)。本礦設計選用工業(yè)氯化鈣(CaCl2·5H2O)作為礦井防滅火阻化劑，其優(yōu)點是阻化效果比較好、貨源相對充裕、運輸倉儲方便、對井下裝置和其他金屬結構的腐蝕性小,對身體健康無害。根據實際需要通過輸送膠管從噴射泵接到防滅火的處理地點，并與封孔器和噴嘴相連接。電機啟動后，噴射泵將啟動壓注和噴灑程序實現(xiàn)滅火操作。

4 結束語

針對玉川礦煤層具有自燃發(fā)火傾向性的特點，采取了以灌漿為主，同時輔以注氮氣和阻化劑等綜合防滅火方法，可以防止采空區(qū)遺煤的自燃，采用綜合防治技術措施卓有成效，從礦井投產至今，從未發(fā)生礦井火災事故，這為礦井安全生產提供了保障。