元堡煤矿1901综放面初采期采空区一氧化碳超限原因分析及防火措施＊

鹿存荣 杨胜强 李 伟 严家诚

（1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏省徐州市，221008；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221008）

元堡煤矿1901综放面初采期采空区一氧化碳超限原因分析及防火措施＊

鹿存荣1，2杨胜强1，2李 伟1，2严家诚1，2

（1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏省徐州市，221008；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221008）

分析了元堡煤矿初采期采空区CO超限原因，并提出了降低采空区漏风风量、注氮气稀释采空区O2浓度、加快回采等措施。通过多种措施的实施与效果分析，结果表明：通过降低采空区漏风风量的措施能够起到一定的防火作用，但效果不好，鉴于元堡煤矿推进速度难以再提高的现状，采用注氮防火是有效的。

初采期 一氧化碳超限 综放工作面 煤炭自燃 注氮防灭火

1 元堡煤矿1901工作面概况

9＃煤层为元堡煤矿首采煤层，1901工作面为首采工作面。该煤层倾角约8°，厚约14.33m，结构复杂，含夹矸2～4层。采用综采放顶煤技术开采，采放比为1∶3。9＃煤层为低瓦斯易自燃煤层，自然发火期为64d，采用U型通风方式，工作面风量为1800m3／min。

1901工作面形成开切眼大约3个月后，于6月初开始回采。回采期间由于工作面过长、机器磨合、地质构造复杂等因素，导致初采期回采速度较慢，平均不足1m／d，见表1。根据采空区埋管监测系统，6月18日距开切眼约7m处的采空区回风巷的一氧化碳（CO）浓度为0.0056%（由于开采距离较短，采空区仅此一监测点），而且随着时间推移，CO有缓慢上升的趋势。根据元堡煤矿标志性气体报告（见表2）预测，该监测点的温度已经达到约83℃，因此矿方决定停产进行防火治理。

表1 初采期13日以后回采进度表

表2 元堡煤矿自燃标志性气体测定部分结果表

2 CO超限原因的分析

（1）1901工作面长197m，开切眼处顶板压力较大，顶板内部煤体较破碎。从开切眼形成至开始回采经过了约3个月，给暴露的破碎煤体提供了充分的缓慢氧化时间，回采期间破碎煤体与氧气的接触面积进一步加大，氧化速度进一步加剧。

（2）采空区遗煤过多。在回采初期由于未发生初次来压，导致放顶较困难，大部分破碎煤体遗留在采空区，这是造成自然发火的隐患。

（3）工作面风量过大，采空区漏风口多。采空区进风巷及液压支柱后方均为漏风口，且未发生初次来压，整个采空区后方形成了巨大的空间，导致大量风进入采空区，使得采空区大量破碎煤体能够和氧气充分接触。再加上每天平均回采速度不足1 m，破碎煤体能够有充分的时间进行氧化。

（4）从开始回采至CO超限期间，矿方未采取任何防火措施，给采空区煤体进一步氧化提供了条件。

3 CO超限治理措施

经过分析，决定采取降低漏入采空区风量、稀释采空区氧浓度和加快推进速度措施进行CO浓度超限治理。

降低漏入采空区风量的措施有：

（1）降低进入工作面风量。由于该煤层瓦斯涌出量极小，故可将工作面风量降至1000m3／min，使得漏入采空区风量减小。

（2）在采空区进、回风巷巷口打密闭堵漏。将黄土装袋，在进、回风巷巷口打垛，外喷快速密封材料，形成密闭墙。每隔2m在采空区进、回风巷各打一密闭。

（3）在工作面下隅角每个密闭墙前各挂一挡风风帘，改变进入采空区风流方向，进一步降低进入采空区的风量。

通过对采空区进行注氮降低采空区氧浓度，注氮量为30m3／min，利用束管监测系统监测到O2浓度降低到8%为止。

在有条件情况下加快推进速度，尽早实现初次来压，可以使得采空区空间减少，遗煤被压实，自然发火隐患降低。

4 措施应用及效果分析

4.1 减少进入采空区风量的措施应用及效果分析

6月21日进风巷风量降低至1200m3／min，后在23日又降低至987m3／min；6月22日上午回风侧第一道密闭打好，下午进风侧密闭打好并挂风帘；24日，两巷的第二道密闭打好。3种降低漏入采空区风量的措施实施后，采空区监测点O2、CO浓度变化见图1。

图1 21日－24日采空区O2、CO浓度变化图

由图1可知，O2浓度随着措施的采取在逐渐降低，从21日的16.38%降低到了24日的13.4%，但降低幅度较小。CO的浓度起初由于采空区风量减小导致浓度相对上升，至23日后，采空区煤体缓慢氧化受到限制，导致CO生成率降低，相应地浓度也降低。但整体看来CO浓度仍高居不下，浓度稳定在0.0055%～0.0073%。

因此通过减少漏入采空区的风量措施确实可以抑制采空区破碎煤体的缓慢氧化作用，但效果不明显，不能彻底防治CO超限或者火灾发生。

4.2 注氮气措施应用及效果分析

由于CO浓度及O2浓度仍降不下来，于6月25日上午11∶05开始注氮气，流量为980～1300 m3／h。至6月28日6∶50停止注氮。注氮后N2、O2、CO浓度随时间变化如图2所示。

图2 25日－28日采空区O2、CO、N2浓度变化图

从图2可以看出，氮气浓度从83.92%一直上升到87.35%，说明采空区氮气量一直在增加。随着氮气浓度上升，O2浓度在相应地下降，由25日的12.98%降到27日的7.8%，停止注氮后观测1天，28日O2浓度又降到7.68%；CO浓度也持续在下降，由25日的0.007%降到27日的0.0049%，28日降低到0.0046%。其中26日下降较快，说明注氮气防火具有一定的滞后性，在26日氮气才产生明显效果，而且利用氮气稀释其他气体效果很好。

因此利用注氮气可以有效地控制CO的浓度，预防火灾的发生。但由于初采期采空区空间较大，稀释氧气浓度所需的氮气量较大，加之扩散到监测点需要一定的时间，注氮气后效果显现具有一定的滞后性。对于防火来说效果好，但对于灭火来说仅能作为辅助措施。

4.3 加快推进速度

工作面推进速度是伴随着其他防火措施同步进行的。从21日起，截止到28日，回采速度平均每天提高约2m。推进速度对防火具有一定的作用。但由于1901工作面过长，加之构造单元过多，该阶段的回采速度并不具有代表性。在以后通过提高回采速度来防火的方法比较困难。

5 结论

元堡煤矿初采期采空区CO超限，在采取降低工作面风量、采空区进回风巷巷口打密闭、工作面下隅角挂风帘等降低采空区漏风量和注氮气稀释采空区氧气浓度以及加快回采速度等措施的情况下，CO浓度得到控制，O2浓度也降低到了可能引起自燃的浓度以下。但经过分析后认为：元堡煤矿采取的降低采空区风量的方法仅能对采空区防火起到一定的抑制作用；通过加快回采方法虽然有效，但本矿井的回采速度有一定的限制；注氮气防火效果最佳，能够将O2降到可能引起自燃的浓度以下，同时防止煤体缓慢氧化生成一氧化碳。

[1] 王德明.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007

[2] 王德明.矿井火灾学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008

[3] 徐永亮，时国庆，王德明等.条带工作面煤自燃综合防灭火技术[J].煤炭科学技术，2010（10）

[4] 关德久.放顶煤综采面采空区注氮防灭火技术[J].煤炭科学技术，1991（8）

Analysis on CO over limit in goaf of No.1901 fully mechanized caving face during initial mining period in Yuanbao Coal Mine and its fire prevention measures

Lu Cunrong1，2，Yang Shengqiang1，2，Li Wei1，2，Yan Jiacheng1，2

（1.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China；2.School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

The causes for CO over limit in the goaf during the initial mining period in Yuanbao coal mine were analyzed and the corresponding measures were proposed to decrease air－leakage in the goaf，dilute the O2concentration in the goaf and speed up mining.The results showed that the only measure of decreasing air－leakage in the goaf could prevent the fire to a certain extent，but the effect was not satisfied.In view of no possibility of speeding up mining in Yuanbao coal mine，the nitrogen injection was effective for the fire prevention and extinguishment.

initial mining period，CO over limit，fully mechanized caving face，coal spontaneous combustion，fire prevention and extinguishment by nitrogen injection

TD752.2

A

国家自然科学基金重点项目（50834005）；国际科技合作攻关项目（2008DFB70100）

鹿存荣（1987－），男，江苏徐州人，中国矿业大学在读硕士研究生，从事矿井火灾与瓦斯防治方面研究。

（责任编辑 梁子荣）