官地矿28412综放工作面拆架期间防灭火技术

王举举

安徽理工大学能源与安全学院

煤矿自燃问题一直困扰着我国煤矿的安全生产，对高效高产的生产造成威胁，造成大量的资源浪费、财产损失及人员的伤亡。近年来我国煤矿广泛采用综放开采技术，生产效率大幅提高，但对于综放工作面，采场冒落空间大、遗煤量大、漏风严重，使得自燃火灾频发，导致综采设备被封闭在火区或煤炭资源被火区冻结，造成巨大的经济损失。同时随着开采的深度增加，煤层的瓦斯含量和瓦斯的压力都显著升高，瓦斯异常涌出现象加剧，导致瓦斯与煤层自燃双重灾害呈现出频发并逐渐增多。因此研究瓦斯与煤自燃并存危害下综放面防灭火技术显得极为迫切。

1 综放工作面概况

西山煤电集团官地矿28412综放工作面联合开采8#、9#煤层，8#煤平均厚度4.44m，9#煤层平均厚度3.73m，两煤层间距为0.20～2.30m，工作面标高为979～1067m。9#煤层四周均为未采区，上部8#煤层东邻28410工作面采空区，西邻未采区。28412工作面采用走向长壁后退式采9#煤放8#煤综采低位放顶煤综合机械化采煤方法，采放比1∶1.7。28412综放工作面正副巷均布置在9#煤层中，采用副巷进风，正巷回风的U型通风系统。正巷设计长度为1595m，副巷设计长度为1695m，可采走向长1141m，采长197m。

2 拆架期间综放工作面自然发火的原因

2.1 煤层自燃倾向性

28412综放工作面所采煤层均具有自燃倾向性，主采的9#煤层为III类不易自燃煤层，所放的8#煤层为Ⅱ类自燃煤层。Ⅱ类自燃煤层的特点是发火期为3～6个月，自然发火期最短能达到22天；煤尘发火时，其火焰的长度大于400mm，更重要的是其具有很强的爆炸性。同时采空区的浮煤都极易自然发火。根据官地矿自综放开采后的自然发火情况统计数据分析，工作面停采线处自然发火的隐患占总次数的23%。

2.2 支架后方的网上煤炭及架顶煤炭

工作面在距停采线20m处为拆除支架而铺网，此时顶煤帽落在网上不能放出，因此在支架后方采空区内留有宽15～20m，长与工作面斜长同等的破碎煤条带。工作面停采后，网上煤炭所处的位置仍然能得到氧气，并且此处热量也易聚集，因而在得到足够的氧化时间等条件后，该处的煤炭就很容易自燃。

架顶煤炭与网上煤炭相似，而它们的主要区别为在工作面停采短期内架顶煤炭的破碎程度相对较小，块度较大，主要呈裂隙状。当支架开始拆除时，架顶煤炭随支架的拆除而冒落、破碎，缓慢风流经过该冒落区，如果工作面的拆除需求时间在30d以上，那么就大大增加了该处煤炭自燃的可能性，若产生了CO气体，工作面的拆除速度就会减缓，这样煤炭就得到了更长的氧化、聚热的时间，最终演变成自燃事故。

2.3 通风断面变小导致局部阻力增大

支架部分拆除后，采空区漏风分布发生变化当工作面的支架开始拆除后，架顶煤炭随之冒落，原有的通风断面被堵塞，使得局部阻力上升，因而工作面的进风流就会向采空区深部扩散，工作面下半部采空区的漏风宽度则随之增大。因此，在工作面支架拆除期间内，最易发生自燃的位置在工作面下半部从停采线至采空区50m范围内存有遗留煤炭之处。

2.4 拆架至封闭的过程所需时间

从做拉架开始到支架完全拆除，这个过程最短用时为1个月，在此期间支架不推进，采空区的浮煤在缓慢氧化，随之产生的热量不能及时被风带走，因而热量得以积聚，使得煤体温度逐渐升高，这就为自然发火提供了充足的条件。

2.5 采空区与上下隅角漏风

拆架期间，由于破坏了通风系统，因而加大了采空区漏风，使风量从进风隅角沿采空区流向回风。从而在支架背后形成“三带”：“散热带、氧化带、窒息带”，如下图。“三带”的范围与工作面的风量有相当大的关系，风量大小与漏风多少呈现正比关系，并且氧化带的区域越宽，着火就越容易。

图 采空区“三带”分布

在采煤工程中，由于上下巷道煤柱的支撑作用，靠近煤柱侧有条未冒实的三角漏风带，特别是进风侧受风流冲击最大，影响范围也较深（向采空区里），为采空区自燃提供了连续供氧条件，这是综放工作面发火的主要隐患。

3 28412综放工作面回采期间防治自然发火措施

3.1 通风方面

28412综放工作面采用副巷进风、正巷回风的U型通风方式，该面绝对瓦斯涌出量为8m3/min，根据稀释瓦斯的要求，通过计算可以得到工作面配风量为1250m3/min。为减少采空区漏风和上隅角瓦斯积聚，工作面每推进一个循环在上下隅角采用垛袋方式封堵采空区，上隅角的瓦斯治理采用埋管方式。

3.2 束管监测与预测监控

建立了完善的束管监测系统，实时监测分析，每天2次对采空区、上隅角、回风流、采区回风巷进行取样化验分析，发现异常应立即采取相应措施。

通风科建立了28412工作面防灭火台账，台账主要包括各地点CH4、CO2、温度、风量、防灭火措施实施情况、工作面推进度等内容，以便进行防灭火分析。同时，在上隅角和回风流处安设CO、温度传感器。皮带头下风侧安设CO、烟雾传感器。

3.3 注氮系统及喷洒阻化剂

在中四采区8#煤轨道联络巷安设移动制氮机组，向采空区不间断的输入浓度不小于97%的氮气，经计算注氮能力为864m3/h。在工作面副巷安设一台阻化剂泵，阻化剂材料为氯化镁，从工作面上下隅角向采空区浮煤足量喷洒。一个循环对两端头6m范围内和工作面全长喷洒一次阻化剂。在副巷安设一台喷雾泵，每拉架一次对两端头6m范围内和工作面全长喷洒一次阻化剂。

3.4 特殊时期的防灭火措施

由于工作面顶板破碎、设备等原因的影响，工作面推进速度缓慢，为防止自然发火，将喷洒阻化剂的配比浓度由15%增加到30%，向采空区加大了注氮量由原来的一台注氮泵向采空区注氮改为两台同时向采空区注氮。

3.5 其它方面

回采期间除上述措施外每10个支架间安设一台灭火器，工作面敷设一条消防专用管路，正副巷各构筑了一道防火门套。皮带头、油脂库、材料库、控制台安设沙箱、灭火器。

4 28412综放工作面拆架期间防灭火技术

4.1 保持工作面正常的需风量以及上隅角通风畅通

工作面仍采用副巷进风、正巷回风的U型通风系统。据上述计算工作面需风量取1250m3/min。因为拆架期间工作面不进行回采，所以拆架期间的风量按回采期间需风量的50%取值，风量为650m3/min。控制风量可在副巷合适位置安设两道调节风门并进行闭锁，安排专人负责看管，保证通风系统合理、稳定。

针对28412综放工作面撤架期间易造成工作面通风紊乱工作面需风量减少，大量风量流进采空区，因此在工作面支架拆除前，第一个木垛架设在工作面与回风巷交叉口处，依次沿工作面煤壁架设木垛，工作面每隔5个架（根据现场矿压而定）架设一木垛，在2个木垛间每隔一米架设一个带帽点柱，使28412综放工作面在拆架过程中有一个回风通道，实现工作面正常通风。

4.2 封堵采空区的漏风通道

工作面扩循环结束后，为防止上隅角瓦斯积聚将采空区埋管抽放改为插管抽放，在上下隅角切顶线处各架设一个木垛用垛袋方式进行封堵，之后钉上木板用黄泥满抹。

4.3 采空区注浆

由于8#煤为自燃煤层，为了避免造成采空区遗煤自燃，对采空区采取注浆防灭火技术，在工作面每隔5个支架打一组扇形孔，每组为3个钻孔，开孔位置在9#煤层顶板处，开孔间距为500mm,孔径为108mm，终孔为8#煤层顶板，终孔间距为5m,水平距深入采空区2.5m。

在工作面副巷安设两台移动注浆泵，一备一用，型号为DM-1000，注浆能力为20m3/h,注浆材料为大同康洁公司。为了缩短回采时间，加快日推进度，在工作面扩循环前20m，停止放8#煤，只采9#煤，使其自然垮落，注浆固化，隔离采空区。

4.4 注氮防灭火

28412工作面拆架期间，仍使用回采期间的注氮系统，氮气释放口在距工作面收尾扩循环前20m,为增加注氮量将原来的一台注氮泵注氮改为两台同时向采空区注氮，注氮能力由864m3/h提高到1728m3/h。

4.5 喷洒阻化剂防灭火

28412工作面拆架期间，仍使用回采期间的喷洒阻化剂系统，工作面回采至扩循环前20m开始，为提高阻化剂效果，配比浓度由原来的15%改为30%。在拆架过程中每拆除一个支架在其后部及采空区浮煤足量喷洒一次。

4.6 束管监测预测预报

28412工作面拆架期间，加强束管监测和预测预报的频次。人工取样化验由原先的每天两次改为每天三次。认真化验、分析，结果及时报送领导组审阅。

4.7 28412综放工作面拆架期间的安全技术措施

拆架期间矿拆架领导组必须周密部署、精心组织加快拆除支架速度，在45天内拆除支架予以封闭，力争在30天内完成，尽快消除自然发火隐患。拆架和封闭过程中出现的问题与技术措施的实施必须由拆架领导组安排与决定。在工作面副巷内安设2×30KW局部通风机，并将风筒接到撤架工作空间，当有人工作空间CH4浓度≥0.8%、CO2浓度≥1.5%、CO浓度≥0.0024%、O2浓度≤18%时，必须责令停止作业，需要开起局部通风机，撤人，并查找原因进行处理，只有隐患处理后，经瓦斯员检查证实无异常后汇报通风调度和矿调度，经矿拆架领导组同意后，人员方可进入。

工作面配备一趟不小于4寸供水管，供水管一直铺设到撤架工作面。工作面配备2台以上钻机，电源与开关到位，随时可以投入工作。工作面上下巷道都备好封闭材料，当出现下列情况之一时，立即撤人封闭工作面：工作面回风巷道CO浓度大于200ppm，且有继续增加趋势，并出现烟雾迹象时；在撤支架过程中，出现支架顶煤与支架后面的煤柱出现明火，而短时间无法立即扑灭情况下；出现发现采空区有高温点，瓦斯浓度上升，采空区O2浓度上升，而且采取措施后效果不明显，通过撤除支架领导小组研究决定封闭工作面。

5 结论

（1）综放面撤架过程中容易出现采空区遗煤自燃的情况，其他因素还有采空区遗煤较多、隅角存在漏风通道、工作面通风系统不稳定、停采时间较长及防火工程不能按设计要求完成等原因，采用的防灭火技术必须依据现场的真实情况而定。

（2）28412开采工作面因停采线局部碎煤氧化升温导致工作面架间CO气体浓度升高，采取改善通风状况、采空区注浆、注氮及喷洒阻化剂防灭火、监控预警预报等措施，效果明显，抑制了遗煤自然升温过程，保证该工作面安全回撤。

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