新疆哈密大南湖一矿首采工作面回撤封闭期间防灭火技术

王 跃 马洪涛 金 波 路 宁 董桂学

（神华国能哈密煤电有限公司大南湖煤矿，新疆维吾尔自治区哈密市，839000）

1 工作面概况

大南湖矿区位于哈密市南80km，主要含煤地层为侏罗系西山窑组，含煤29层（组），煤层平均总厚75m，煤种以长焰煤为主，褐煤次之。矿区预测面积1100km2，预测资源量625亿t。

神华国能哈密煤电有限公司大南湖一矿是新疆哈密大南湖矿区第一个投产的矿井，1301综放工作面是矿区内的首采工作面，该区域从1958年即有人开采露头煤冶炼钢铁，并引发部分煤层露头自燃，国家先后组织多次灭火，1974—1975 年基本完成灭火工作。该区域以褐煤为主，深部煤质为长焰煤，自然发火隐患严重，自燃倾向性等级为I级，属容易自燃煤层。

1301工作面采用综采放顶煤采煤工艺，走向长度1428.6m，倾斜长度240m，煤厚6m，可采指数96%，于2012 年5 月16 日开始回采，2013年8月5日缩面回采，2013年9 月4 日工作面终采，2013年10月22日封闭，2013年11月15日所有密闭施工完毕。自缩面回采至第一道封闭完成历时79d，顺利完成回撤封闭工作。

2 1301综放工作面回撤封闭期间防灭火技术

2.1 注氮系统布置

1301综放工作面采空区采用跨步埋管注氮工艺。具体作法是在1301综放工作面采空区埋设1条直径50mm、长240m 全花眼PVC 管路，花眼间距200mm，花眼直径10mm，与进风巷主注氮管路对接，当管路埋入采空区50 m 后开始注氮，同时埋入第2条PVC 注氮管路 （注氮管路埋设的移动步距为50m），当第2条注氮管路埋入采空区50m 后开始向采空区注氮，同时停止第1条注氮管路的注氮，重新敷设注氮管路，如此循环。工作面停采前120m 时调整注氮管路埋设步距为30m，工作面隔离带造好后，调整注氮管路埋设步距为10m，工作面最后剩余40 m 时，每10 m 布置1根注氮管路，累计布置3根，同时进行注氮工作，直到工作面回撤封闭后结束采空区注氮。注氮量约1200m3／h，24h连续注氮，注氮管路出口压力约为0.12 MPa，1301综放工作面回撤封闭期间累计注氮665459m3，注氮机安设在地面制氮机房，注氮路线为：地面制氮机房→回风立井→+235回风石门→辅助运输大巷二→三中车场→三煤层回风大巷→1301辅助运输巷道→1301采空区，注氮埋管工艺如图1所示。

2.2 灌浆系统布置

1301综放工作面采空区采用末采跨步埋管灌浆工艺。具体作法是在1301综放工作面采空区末采时跨步式埋设3条直径50mm、长10m 全花眼PVC管路，花眼间距200mm，花眼直径10mm，与进风巷主灌浆管路对接，3条灌浆管路埋设步距分别为70m、45 m、25 m，3条灌浆管路根据埋设步距不同，每条管路埋入采空区10m 后开始灌浆，3条管路全部埋入采空区后进行分别灌注，直到工作面回撤封闭后结束采空区灌浆。灌浆量约60m3／h，随采间歇式灌浆，工作面出浆时停注，1301综放工作面回撤封闭期间累计灌浆7649m3。灌浆设备安设在地面黄泥灌浆站，灌浆路线为：地面黄泥灌浆站→回风立井→+235回风石门→辅助运输大巷二→三中车场→三煤层回风大巷→1301辅助运输巷道→1301采空区，灌浆埋管工艺如图1所示。

2.3 设置隔离带

1301综放工作面在距停采线30m 时开始停止放顶煤，在停止放煤前20 m 段，降低煤质要求，不留顶底煤，将顶煤全部放干净，并割50 mm 底板，形成20m 的防火隔离带。有效地隔绝了采空区与外部的联通，见图1所示。

2.4 温度监测系统布置

由停采线外30m 至1301综放工作面后180m沿后部输送机全面埋设直径50mm 钢管，间隔30 m 设置1个观测点 （三通），总计6个观测点。三通长度为1.0m，三通出口处设置防堵装置。钢管内安设单芯束管 （不同颜色）、单回路导线 （不同颜色）、铂电阻，每个观测点设置1套。利用负压采样泵抽取采空区气体装入球胆，带至地面进行色谱分析采空区气体变化情况，人工采用万用表测定铂电阻电阻值，比对电阻对应温度计算出测点温度，束管温度监测系统布置工艺如图2 和图3 所示。

2.5 上隅角及架后全断面喷浆堵漏风

上隅角及架后全断面喷涂工艺分两步实施，在末采期间，每天对上隅角进行喷涂堵漏风，要求喷涂严密，喷涂长度不小于15 m；在停采时，在工作面支架后挂网处进行全断面喷浆封闭，隔绝采空区漏风，防止氮气逸出。

图2 1301工作面后束管、测温点布置图

图3 1301工作面后束管、测温点探头布置图

3 采空区温度测定结果分析

煤自燃是在常温常压下，煤与空气中的氧自发反应升温的过程。大量松散煤体同时接受漏风供氧发生氧化放热，靠近围岩和漏风边界的煤体散热条件好，不易造成热量积聚；由于煤体不断地消耗氧气，风流渗透到离漏风边界较远的深部时，气流中的氧浓度已很小，煤自身的氧化放热强度小，不易产生热量积聚；在距漏风边界一定距离的范围内，氧气浓度合适，蓄热条件好，热量易于积聚，造成煤体自热升温；在供氧和蓄热条件最佳的区域，煤体升温速度最快，该区域周围的煤体升温速度依次减慢；升温过程开始是一个很缓慢的过程，随着煤温的逐渐升高，化学反应加剧，产生的热量增多，升温过程也加快；随着煤体内温差的加大，形成热力风压，漏风强度加大，同时，随着煤体内各点耗氧速度的变化，氧浓度分布发生动态变化，煤体内部的高温区域会发生移动。

经74d的连续观测，6个测点中有2个测点因线路故障失效，得到4组采空区温度随时间变化的曲线，由于多种措施同时对采空区进行了管控，温度变化情况有缓慢下降平稳运行趋势，与煤体升温理论相背离，未形成升温过程，导致采空区内化学反应平稳，未形成化学反应加剧的阶段，煤体内温差变化平缓导致未形成热力风压，也侧面减小了采空区漏风，有效地预防了采空区遗煤的氧化过程。1301工作面温度变化如图4所示。

图4 1301工作面采空区温度变化图

4 结论

经过采取注氮、灌浆防灭火技术为主，与设置隔离带、上隅角及架后全断面喷涂堵漏风和温度检测的综合防灭火措施，1301综放工作面从末采至安全回撤历时79d，时长远大于煤样最短自然发火期实验报告中的发火天数，未发生自然发火事故，顺利进行了封闭。

（1）采用综采放顶煤技术开采厚煤层、易自燃煤层时，采用采空区240 m 全面埋设注氮管路进行连续注氮工艺能够全面有效地稀释采空区内氧气浓度，惰化采空区内遗煤氧化过程，为首采工作面安全回撤及矿井的安全生产提供可靠的安全保障。

（2）仰采工作面采用合理的间歇式灌浆工艺，浆液能够有效地包裹浆液扩散半径内的煤体，起到隔绝遗煤的氧化升温过程。灌浆工艺的有效实施及方案设计能够对矿区内仰采工作面的灌浆工艺提供可靠的实践依据。

（3）采空区内隔离带的设置能够有效隔绝采空区内遗煤的连续性，上隅角及架后全断面喷涂工艺能够起到有效地堵漏风效果。

（4）采空区内埋设铂电阻测定采空区内温度的变化情况能够实时掌控采空区内遗煤温度变化情况，对是否采取下一步防灭火措施能够提供可靠有效地实际依据。

（5）大南湖一矿1301综放工作面作为新疆哈密地区大南湖矿区第一个回采工作面，在短自然发火期长时间回撤的复杂情况下，所采用的综合防灭火措施能够有效地指导矿井及矿区内其他矿井的防灭火实施工作，具有实际的指导意义。

［1］ 李学诚.中国煤矿安全大全 ［M］.北京：煤炭工业出版社

［2］ 王升身，张国枢.矿井火灾防治 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990

［3］ 王德明.矿井火灾学 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2008

［4］ 邬剑明.煤自燃火灾防治新技术及矿用新型密闭堵漏材料的研究与应用 ［D］.太原：太原理工大学，2008

［5］ 王俊峰，邬剑明，靳钟铭.一种预测采空区自燃危险区域的新方法——CFD 技术的应用 ［J］.煤炭学报，2009 （11）