特殊环境下防灭火技术的应用

张修锋

河南大有能源股份有限公司常村煤矿，河南 义马 472302

特殊环境下防灭火技术的应用

张修锋

河南大有能源股份有限公司常村煤矿，河南 义马 472302

河南大有能源股份有限公司常村煤矿位于河南省义马市东南，主采煤层为侏罗系中统下段义马组煤田，地质构造简单，为典型的长焰煤易自燃煤层。在回采过程中综放工作面的直接顶中有一老巷与采空区串通，造成工作面采空区漏风，致使上隅角CO浓度很高，采取防灭火技术措施，有效控制了该工作面采空区CO浓度，使回采工作顺利进行，实现了矿井的安全生产。

自然发火；凝胶封堵；均压防灭火；快速推进

spontaneous combustion；gel sealing；pressure fire prevention and extinguishment；rapid advance

我国大中型煤矿生产企业自然发火矿井占56%，有自然发火危险煤层占累计可采煤层数的60%[1]。防灭火工作一直是易自燃煤层工作的重点，采取一系列的防灭火措施取得了较好的效果。

河南大有能源股份有限公司常村煤矿的主采煤层为长焰煤，由于所采煤层的变质程度较低，属于典型的易自然发火煤种。2303工作面位于23采区，从上而下第二个工作面，上部为已采毕的23011工作面，西部为已采毕的21012工作面，下部为已采毕的2105工作面，东部为断层煤柱。采用U型上行通风方式，工作面上、下巷都采用采取锚网（索）架36U拱型支架支护,支护净断面24.8 m2。

本工作面所采煤层2～3煤，煤层厚度较大，赋存较稳定。煤层上半部为半亮型块状硬质煤，煤质较好；下半部为半暗型块状硬质煤，煤质较差。煤层结构较复杂，全煤共含2～5层泥岩夹矸，最大采深461m。

工作面可采走向长度795m，倾斜长220m，有下至上1至152架纵放支架，面积174900m2。采用走向长壁综采放顶煤采煤法，自然垮落法管理顶板。煤层容易自燃，自然发火期为15～30天。该工作面2011年8月开始回采，采用正常回采的防灭火技术。在2012年3月12日，发现其上隅角CO值较大，增加了特殊技术措施，有效地防止自然发火，使该工作面顺利回采。

1 正常回采的防灭火技术

1.1 火灾束管检测

在2303工作面火灾预测预报系统采用束管监测，利用KSS—200型束管色谱检测系统，进行预测该工作面的自然发火情况。主要分析气体成分，辨别煤的氧化温度。烯烃是煤温达到某一温度以后的氧化产物，C2H4出现的临界温度为120℃左右，能较准确的推断采空区的氧化温度。煤炭自燃指标气体涌出的温度如图1。

图1 煤炭自燃指标气体和煤温的关系

1.2 氮气防灭火

利用地面制氮设备（800m3/h）,向井下2303工作面压送氮气，在工作面下隅角采空区氧化自燃带注氮，惰化可能自燃的区域，使自燃危险区域惰化，该工作面采用开放式连续性注氮。

1.3 灌浆灭火

在2303工作面上拐头压灌浆管子，利用地面的粉煤灰站压注，随采随灌。浆液充填煤岩裂隙及其空隙的表面，增大氧化扩散的阻力，减少煤与氧的接触和反应面，浆水浸润煤体，增加煤的外在水分，吸热后冷却煤岩，加速采空区冒落煤岩的胶结，增加采空区的气密性。

经测算灌浆管路输送倍线7.8，符合要求。

1.4 上、下隅角封堵

为了加强工作面上下隅角的漏风，每移动一次综放支架，在上、下拐头建煤袋墙。每隔5m ，在工作面上、下隅角煤袋墙中进行注胶封堵,使上、下隅角与采空区充分隔离,以减少采空区漏风对遗煤供氧,从而降低煤炭自燃。

凝胶具有较好的防灭火作用：①吸热降温；据测定1m3凝胶的吸热量大于4MJ,对煤体有很好的降温作用。②堵漏风；成胶前其具有很好的流动性，充分渗透到煤的缝隙中，成胶后一般强度大于2KPa,能有效地堵住漏风通道，在井下潮湿封闭条件下，凝胶一个月的收缩率小于20%能在一定时期内能起堵漏风作用。③保水作用；硅酸所形成的立体网状结构能有效地阻止水分的流失[2]。

1.5 吊挂风帘

工作面下隅角往上的45米和上隅角往下的30米吊挂挡风帘，吊挂在综放支架的前后柱之间，上接顶、下接地。吊挂风帘有利于工作面采空区防火及减少采空区瓦斯涌出 ,但如果管理不善，则容易造成采空区“呼吸”可引起采空区发火。

1.6 采用低位钻场高位注水

在2303工作面上下巷每隔40米开设一个注水钻场，使上隅角152架到132架淋水和下隅角1架到20架顶板及采空区淋水，减少采空区氧化带的氧化。

1.7 在工作面上下巷尾30米注水防火

通过洒水，把煤体氧化所产生的热量带走。还可以使上下巷尾的遗煤的缝隙被水分子包围，起到了隔绝氧气的作用，在一定时期内延缓采空区的遗煤氧化升温。

2 特殊情况的防火措施

2.1 均压防灭火

图2（a）所示工作面采空区漏风形式，在风巷安设调节风窗，工作面的通风情况发生变化。

图2（b）对比安设风窗前后压力坡线变化可见。

图2 工作面采空区漏风形式

采用开区均压，以减少采空区漏风，抑制遗煤自燃，防止一氧化碳等有毒有害气体超限聚集或者工作面涌出，从而保证生产正常进行，采用调节风门风窗均压，在回风巷通过调节回风量，使工作面的通风状况发生变化。

（1）风窗的上风侧风流的压能增加，风窗下风侧的风流压能减少，增加与减少的幅度随据风窗距离的增大而减少。

（2）风窗前后风路上因风量减少压力坡度线变缓（即工作面两端压差变小，采用风窗调节方法，在采空区风阻不变时，则工作面的扩散漏风必然减少），这对抑制采空区因扩散漏风所造成的煤炭自燃是有利的，

2.2 加快推进度

加快工作面的推进速度，使氧化自燃带的宽度减少，让其快速进入窒息带，较少工作面上隅角的CO涌出量，确保了安全生产。

2.3 向老巷打防火钻孔

当发现上隅角CO增加时，进行原因分析后，立即在下巷上帮垂直于老巷打防火钻孔，每隔10米打一个Φ62的钻孔，打透老巷后，插入Φ42的防火钢管，利用钻孔先注氮气6个小时 ，再注防火材料8个小时，最后进行注胶封闭老巷，截断空气通过老巷向采空区的流动通道。

通过压住防火材料，（FLM矿用阻化剂）进行防火。压注阻化剂后，使阻化剂吸附在煤表面上，形成一层能抑制氧与煤接触的保护膜，阻止了氧气与煤结构上的活动链基反应，使煤炭和氧的亲和能力降低，同时氯化物是一种吸水能力很强的物质，它吸收大量水分覆盖在煤的表面，也减少了氧与煤接触的机会，延长煤的自然发火。

在凝胶封堵中，使用基料（液体水玻璃，俗称泡花碱，化学分子式Na2O·nSiO2）+促凝剂（碳酸氢铵）。灭火时成胶时间控制在基料和促凝剂混合后30～50S较好，用于堵漏防火时，成胶时间控制在5min～10min为宜[2]。当基料浓度一定时，通过调节促凝剂浓度及其所占比重增加，使成胶时间缩短。当基料浓度为6%时，碳酸氢铵的浓度选择2%～8%，成胶时间在混合后的6′30″～26″。在此防火钻孔注胶，封堵漏风。利用注胶泵注胶时，为了增加凝胶的封堵断面，碳酸氢铵溶液浓度控制在2%～5%，使成胶较多的流入煤岩的缝隙或裂隙中，增加堵漏风的强度和效果。如图3。

图3 水玻璃的浓度为6%时，碳酸氢铵与成胶时间的关系

从2012年3月12日发现CO异常，采取以上措施后，3月28日该工作面已完全恢复正常。通过以上方法，使综放工作面回采期间遇到老巷的特殊防灭火措施，快速的扑灭火灾隐患，使该工作面正常回采。对于易发火的地点做好重点检查工作，像巷道变坡点前后，空顶和刹顶后的巷道，变形的锚杆孔，采面过老巷的区域，地质构造带（特别是断层）附近，密闭周围的煤体等都应定期做防火检查，必要时取气样进行分析通过严格的管理方式和多种防火措施并用，使常村煤煤矿该工作面顺利回采。常村煤矿形成了自己特有的防灭火技术和防灭火体系，具有较先进的推广意义。

[1]王付全.高庄矿煤层自然发火原因分析及防止对策 [J].中州煤炭，2012（3）：95-96

[2]余明高，潘荣锟.煤矿火灾防治理论与技术[M].河南：郑州大学出版社，2008

Under the special environment of application of fire prevention and control technology

Zhang Xiufeng
Henan great energy Limited by Share Ltd of Changcun coal mine, Henan Yima 472302

Henan great energy Limited by Share Ltd of Changcun Coal Mine in Henan province is located in the southeast of the city of Yima, the main coal seam in the Jurassic system in Yima coalfield geological section group, simple structure, is a typical long flame coal spontaneous combustion seam. In the process of mining of fully mechanized caving face of immediate roof in a lane with old goaf collusion, resulting in the working face gob air leakage, resulting in up corner CO concentration is high, take prevention and control measures, effective control of the working face goaf CO concentration, so that the work carried out smoothly, achieve the mine production safety.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.086