杜儿坪矿63310工作面防灭火技术研究

刘　睿，乔志刚

（山西焦煤西山煤电集团公司杜儿坪矿，太原030000）



杜儿坪矿63310工作面防灭火技术研究

刘睿，乔志刚

（山西焦煤西山煤电集团公司杜儿坪矿，太原030000）

摘要：采空区遗煤自燃影响煤矿的安全生产，针对杜儿坪矿63310采空区发生的火灾情况，采用了注氮灭火的防灭火治理措施，扑灭了自燃火灾，及时恢复了矿井的正常生产，为矿井的安全生产提供了保障。

关键词：遗煤自燃；采空区漏风；SF6；注氮；防灭火

1　工作面概述

63310工作面北邻北三2号煤轨道巷，南邻63312工作面（已采），西邻北三3号煤轨道巷，东邻62310后部回风巷，上部为62310和62312工作面采空区，盖山厚度463 m～475 m，托夹石层间距为4.6 m～8.6 m，平均5.9 m，挑夹石层间距为3.5 m～7.5 m，平均4.8 m，工作面平均煤厚2.5 m，走向长1 000 m，工作面长256 m。根据工作面回采过程中瓦斯涌出量统计，绝对瓦斯涌出量平均为5.8 m3/min，其中风排绝对瓦斯涌出量平均为3.4 m3/min，抽采绝对瓦斯量为2.4 m3/min。煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为15.74%，2号和3号煤层自燃发火等级均为Ⅲ级，自燃倾向性为不易自燃煤层。盘区内布置北三九尺皮带巷、北三九尺轨道巷以及北三十八尺轨道巷服务整个盘区的运输，其中3号煤通过穿层斜坡利用九尺皮带巷出煤，回风均通过南北瓦斯总尾巷回到北一总回，最后进入北石沟风井，方位均垂直于北一大巷。

2　发火情况简介

63310工作面于2012年2月5日开始回采，在回采过程中顶板管理难度大，多次发生冒顶、漏顶，2012年6月至12月推进速度最慢，平均每月推进30 m～40 m，2012年9月30日97号—116号支架30 m巷道大冒顶，全月推进13 m，冒顶期间开始注化学加固剂，累计注入480万m3，注化学加固剂推进长度为680 m～600 m；2013年7月24日开始收尾，8月7日停采，累计开采18个月；撤架时间为8月12日至10月9日，撤架结束后10月10日甲班通风区构筑临时密闭对采空区进行了封闭，10月15日完成永久封闭。

2013年9月2日发现北三盘区后部通中部风井密闭内CO浓度达到0.002 8%，尽管通过构筑4道风门降低了漏风密闭负压，并采取了封堵63310采空区泄水孔蓄水等措施，但撤架期间北一总回沿线各采空区密闭CO浓度仍不断增大，且63310回风巷也出现CO并达到0.004%，埋管的抽采管路抽气化验CO达到0.02%；因此加快撤架速度，每天要求安装区至少撤出6道支架，10月10日甲班封闭63310采空区后，北一总回18号密闭内CO浓度由10月8日的0.091 9%逐步降低到10月14日的0.036 6%，北三盘区后部通中部风井1号、2号密闭由10月8日CO浓度0.056 6%逐步降低到10 月14日的0.018 1%，但到了10月16日CO浓度突然急剧增大，北一总回密闭内CO浓度达到0.73%，乙烯浓度达到0.002 6%，乙炔浓度达到0.000 5%，判断63310采空区已经由自热期进入到燃烧期。

3　原因分析

1）煤层自燃倾向性。经鉴定，杜儿坪矿2号、3号煤均为不易自燃煤层，北三盘区长期受活水影响，需要人工排水，而遗煤经过水的浸泡，氧化性会增强，采空区自燃的可能性增大。

2）63310采空区遗煤多。由于63310采完后，采空区遗留的面积大（6个采空区）、遗煤多，而且大部分煤柱都已经破碎，为煤层自燃提供了足够的条件。

3）采空区漏风。采空区面积大，漏风通道多，经过分析有二条漏风通道。通道一：63310进风顺槽→63310进风顺槽与北三3号煤集中轨道巷之间的联络横贯/62310皮带顺槽与北三2号煤集中轨道巷之间的联络横贯→北一总回→北石沟回风井/中部回风井。通道二：63310进风顺槽→62310轨道顺槽/62310尾巷/63312尾巷→北三后部集中轨道/皮带巷→北一总回→中部回风井。漏风通道的存在也为采空区遗煤自燃提供了足够的氧气。

4　综合防灭火措施的实施

4.1观察采空区的气体

北三后部通中部井发现CO，矿上分成三班倒，每班检查各采空区的各项数据，在采空区周边的10道闭（后8道闭已经构筑永久闭）观测孔进行取样分析，并直接送化验室进行化验，根据化验程度来判断采空区的自燃程度。

4.2使用SF6示踪气体检测漏风通道

在北三盘区通过裂隙释放SF6示踪气体，发现在沿着采空区内的各个地点都能监测到该气体，这证明了北三盘区所有的采空区都基本相连，为更进一步的处理提供了依据。

4.3堵漏防灭火

首先把与火区相关的23道永久设施进行编号管理（编号详见图1），并进行了封堵，包括18个防火密闭进行了加固喷浆，其中10号、21号密闭重新构筑；3个风眼（20号、22号、23号）密排方木铺双层风筒布盖水泥砂浆。其次对北一大巷2号天井采取创新性封堵措施，换装焊接外径60.3 mm。厚度3.8 mm的圆形天井堵片，先注干料到斗子内部，再注水凝固，彻底封闭了经煤斗子、天井的漏风通道。由于北三二变还需继续使用，将6号密闭改造为调压气室密闭，确保了北三二变CO不超限。

图1　63310火区通风网络图

4.4注氮防灭火

氮气，是一种无色、无味、无嗅、无毒的气体。据有关资料介绍当氧气含量低到5%～10%时，可抑制煤炭的氧化自燃，氧气含量降至3%以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃[1]。基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向综采面采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，从而达到抑制采空区自燃和安全开采的目的。

4.4.1注氮量的计算

注氮量是最重要的注氮参数，直接决定着注氮效果。注氮量太小达不到惰化采空区气体的目的，起不到防火的作用，注氮量太大则造成经济上的浪费。注氮量主要取决于被注地点的几何体积、氧化空间大小、裂隙情况、漏风量大小以及气体组分等。

根据煤炭行业标准《煤矿用氮气防灭火技术规范》（MT/T701-1997）第7.1条的规定：制氮设备或装置的供氮能力应按矿井注氮工作面防火需要选取，供氮能力（注氮量）可计算：

式中：QN为供氮能力，m3/h；K为备用系数，取1.2；Q0为采空区氧化带内漏风量，m3/min；C1为采空区氧化带内平均氧浓度，%；C2为采空区惰化防火指标，其值为煤自燃临界氧浓度，%；CN为注入氮气的氮气浓度，%。经计算得供氮能力QN=3 600 m3/h，因此选用4台DM-1000型矿用井下移动式膜分离制氮装置同时进行注氮。

4.4.2注氮地点的选择

根据63310采空区工作面疏放水的情况，判定火源在63310回风巷附近，北五一斜坡位于北三盘2号煤上面，从北五一斜坡往采空区注氮，靠近火源上方，离火源较近，效果好，决定在北五一斜坡设置4台DM-1000型移动制氮机，由地质科从北五一斜坡向上打4个钻孔到2号煤采空区裂隙带，通过钻孔向火区进行注氮灭火，注氮钻孔参数如表2所示。

表2　注氮钻孔参数表

4.4.3采空区注氮

从2013年10月份到2014年8月份，由四台注氮机从北五一斜坡向采空区内不间断的注氮，累计注氮量达到700万m3，足以覆盖63310及其相邻的63312采空区200万m3，并向相邻采空区扩散。

5　治理结果

经过注氮处理，乙烷21号密闭由0.006%降到0.0005%，3号密闭CO浓度由0.008%降到0.002%，其余3道密闭由0.008%～0.01%降到0.000 01%～0.000 03%。乙烯由0.002 6%降至目前0～0.000 01%（仅3号闭可化验出来），乙炔由0.000 07%降至目前的零，一氧化碳除3号闭在0.000 1%上下波动外，其余均降为零，说明63310火区火源已成功熄灭，但3号闭内CO长期存在且在0.000 1%左右徘徊，主要原因一是火区面积大，积存的火区气体多；二是3号闭闭外直通北一下组总回风巷，负压最大；三是火源虽然没有明火，但仍在氧化释放CO；所以必须持续注氮，继续观测，防止复燃。图2为2013年10月5日到2014年10月5日的CO变化情况曲线。

图2　2013年10月5日到2014年10月5日的CO变化情况曲线

6　结论

1）因为63310工作面上、下副巷均处在采空区内，上、下副巷密闭按照标准建造非常困难，且北邻北一总回风巷，所以漏风很难控制，靠封闭隔氧窒息灭火非常困难[2]，在北五一斜坡实施钻孔注氮是一个不错的灭火方案。

2）北五二斜坡63310采空区，通过一系列的防治措施，和现场的强化管理，成功的控制了采空区内遗煤的自燃，保证了63316工作面回采工作的顺利进行。

3）矿井防灭火必须坚持“预防为主、综合治理”的方针，要建立准确的预测预报措施和预防性措施，才能尽可能的减少或消除发火隐患。

参考文献：

[1]宋录生.矿井惰性气体防灭火技术[M].北京:化学工业出版社，2008.

[2]于海森，王小林.超化煤矿22061采煤工作面自燃火灾事故处理实践[J].煤矿安全，2014（5）:132- 134.

（编辑：樊敏）

Fire Prevention and Extinguishing of No.63310 Working Face in Duerping Mine

LIU Rui, QIAO Zhigang
(Duerping Mine, Xishan Coal & Electricity Group, Shanxi Coking Coal Group, Taiyuan 030000, China)

Abstract:Spontaneous combustion of residual coal in goaf threatens the safe production in mines. To control the fire disaster in No.63310 goaf in Duerping mine, nitrogen injection was used to put out the fire toresume the normal production, which guaranteed the securityfor the production in the mine.

Keywords:spontaneous combustion of residual coal; air- leakage in goaf; SF6; nitrogen injection; fire prevention and extinguishing

作者简介：刘睿(1984- )，男，河北景县人，硕士，工程师，从事矿井安全与管理工作。

收稿日期：2015- 10- 19

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.006

文章编号：1672- 5050（2016）01- 0019- 03

中图分类号：TD752

文献标识码：A