新峪矿综放工作面煤层预注阻化液防灭火技术应用

刘 财，陈军伟

(1.华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 101601;2.淮南矿业集团公司，安徽 淮南 032300)

0 引言

新峪煤矿采用综采放顶煤技术开采，煤质为富硫主焦煤，煤层具有自燃发火性，最短发火期为6个月，自燃倾向性类别为Ⅲ类发火矿井。矿井自1966年投产以来，有过13次发火或高温出现一氧化碳。现阶段对于煤层的自然发火规律认识还不完善，防灭火技术也存在有待完备的地方。针对新峪煤矿综放工作面的实际情况，决定采用煤层预注阻化液防灭火技术进行治理［1］。

1 新峪矿5110综放工作面概况

5110工作面属于“孤岛”工作面，采用长壁式综合机械化低位放顶煤全部垮落采煤法，它与上部采空区距离很近，开采后上下煤层采空区将连成一体，主采 10#、11#煤层，地面标高 +874～+1007 m，工作面标高+751～+777 m。工作面东为5112采空区，南为五采区大巷，西为5308采空区，北为井田边界。工作面走向长900 m，倾斜长148 m，面积133200 m2;煤层厚度7.37 m，倾角7°，容重 1.37 t/m3，工业储量 1344907 t，可采储量1117767 t。煤层直接顶为泥岩，厚度0.6 m;老顶为石灰岩，厚度7.73 m;直接底为铝质泥岩，厚度1.6 m;老底为砂质泥岩，厚度3.23 m。相对瓦斯涌出量0.50 m3/t，绝对涌出量0.489 m3/min。煤尘有爆炸危险，爆炸指数20%。所在煤层易自燃，最短发火期6个月，自投产以来共发火10次，占全矿发火次数的77%。

2 新峪矿5110综放工作面预注阻化液防灭火技术工艺

2.1 煤层注水可注性鉴定

可注性鉴定是相应煤层/工作面采用煤层注水技术的前提。根据《煤层注水可注性鉴定方法》(MT/T 1023－2006)所要求的各项指标对新峪矿5110综放面实施煤层注水技术的可注性进行鉴定的结果是本工作面开采煤层为可注水煤层。

2.2 阻化剂的选择

阻化剂的选择是预注阻化液防灭火技术的关键。目前矿用阻燃剂有很多种，选取六种不同阻化剂对本工作面煤体的阻化率进行实验研究［4］。根据实验结果结合本工作面的实际情况和注液因素以及吨煤的成本，选择纯碱(Na2CO3)作为阻化剂。阻化剂的溶液浓度可控制在5%～20%之间，考虑到成本问题，暂时把浓度控制在5%～10%之间，以后可根据阻化效果进行适当的调整。

2.3 5110工作面煤层注液实施方案

2.3.1 注液技术参数及工艺

1)钻孔布置与打钻设备:钻孔布置如图所示，在回风巷道采取近似平行打孔，注液孔的总数为58个，钻孔深度为128 m，仰角1°～2°;打钻设备采用ZL－750(原ZK－200)型钻机。

2)封孔参数及封孔工艺:封孔采用橡胶快速封孔器封孔，封孔器长1 m。封孔深度9 m，即封孔器外端距煤壁9 m。

3)煤层注液参数的选择:每孔注液量235 t;同时注液孔数2个;注液孔间距15m;注液孔长度128m;封孔长度10m;单孔注液流量2t/h;注液时间118 h;注液压力(终压)取4 MPa，此终压为实验室对煤样的实验结果，在现场时间注液中，由于煤层和煤样有差距，注液终压可视具体情况而变化。

4)注液超前距离和时间:超前距离33 m;超前时间9.2 d;预先注液的超前时间越短越好。

2.3.2 阻化液配制及注液系统

1)阻化液配置

注液系统中设计两个配液箱1、2。开始注液时，按阻化液配制比例，先向水箱1中加入阻化剂，然后打开供水管截止阀放入适量的水，将水箱中的溶液配制成所需的浓度。当配制完水箱1中溶液后，将注液端的截止阀打开开始注液;在注液同时配制水箱2中的溶液，当水箱1中阻化液注完时即打开水箱2的截止阀注液，并配制水箱1中溶液，如此循环作业，以保证注液能正常进行。

2)注液系统

(1)注液系统主要设备的数量及规格如表1，注液系统布置如图2所示。

表1 注液系统主要设备的数量及规格

图1 综采工作面注液孔布置示意图

图2 注液系统示意图

3 新峪矿注氮气泡沫防灭火技术效果分析

本工作面采用KSS－200型束管监测系统［6－8］，按照图3所述方式布置温度测点，对采空区内气体成份浓度、温度进行了测定，表2、3给出了1#、4#两个测点在未采用注氮泡沫防灭火技术［2－3］情况下的测定结果。在采用注氮气泡沫防灭火技术后，通过束管监测系统和测温系统测得采空区内布置测点的气体成份浓度和温度，表4、5给出了1#、4#两个测点的测定结果。

表2 1#测点指标气体浓度及温度

距工作面距离/m CO/ppm CO2/ppm CH4/ppm 温度/℃50 7.66 433.62 2.86 33 60 9.82 439.08 2.83 34 70 11.37 451.29 2.79 35 80 12.68 467.73 2.74 36 90 11.35 472.50 2.80 36 100 11.59 465.62 2.82 36 110 12.71 469.96 2.88 36 120 13.10 468.14 2.87 36

图3 束管铺设示意图

表2 4#测点指标气体浓度及温度

表3 1#测点指标气体浓度及温度

续表

表4 4#测点指标气体浓度及温度

综放工作面煤层预注阻化液防灭火技术的应用［5］，成功的防止了5110工作面和采空区的煤炭自燃，实现了安全生产，顺利回收了全部煤炭资源。对比表1～4可以发现采取预注阻化液防灭火技术后各测点在采空区可能自燃带内距工作面相同距离时温度有明显降低，降低幅度平均达到4℃ ～6℃，在达到未采取防灭火技术时的最高温度时，距工作面距离推后约60～80m，预注阻化液防灭火技术取得了非常好的应用效果，大大降低了自然发火危险性。

4 结论及建议

通过对新峪矿5110综放工作面立体化的综合防灭火技术的研究和实践，得出如下结论:综放工作面煤层预注阻化液防灭火技术是防治煤层内因火灾的有效措施之一。该技术彻底解决了阻化液均匀覆盖与包裹煤体的问题，即阻化液在破碎煤与外界空气的接触面上会形成一层液膜，通过物理化学作用阻止煤与氧接触，达到防止氧化的目的，起到防止煤炭自燃的作用，而且采用高压注入煤体法，阻化液不容易散失和风干。与向空区内的煤炭喷洒阻化液方法相比较，阻化效果显著，具有推广应用前景。

［1］ 王浩，李剑锋.注氮防灭火技术在三河尖矿的应用［J］.山东煤炭科技，2008，(05):179，181.

［2］ 李胜杰，樊金志，张旺吉.浅谈注氮技术在采空区防火中的应用［J］.矿山机械，2008，(16):90 －91.

［3］ 王振平，王洪权，宋先明，等.惰气泡沫防灭火技术在兴隆庄煤矿的应用［J］.煤矿安全，2004，(12):26－28.

［4］ 马安强，郭媛.三相泡沫防灭火技术在彬长矿区的应用［A］.煤矿安全工程实用技术新进展［C］.2008.

［5］ 韩云龙.厚煤层综采放顶煤工作面防灭火技术的探讨［J］.矿业安全与环保，2002，(04):33 －34.

［6］ 张辛亥，刘灿.综放工作面采空区流场模拟及自燃危险区域划分［J］.西安科技大学学报，2006，26(1):6 －9.

［7］ 李宗翔.炮采放顶煤采空区自燃发火的数值模拟应用［J］.中国安全生产科学技术，2006，27(6):35－39.

［8］ 中华人民共和国煤炭行业标准.煤矿用氮气灭火技术规范.MT/T 701－1997.