防灭火技术在停采工作面的应用研究

胡 斌

(西山煤电集团公司 镇城底矿，山西 太原 030200)

防灭火技术在停采工作面的应用研究

胡 斌

(西山煤电集团公司 镇城底矿，山西 太原 030200)

基于处于停采回撤设备阶段的综采工作面采空区自燃、支架间隙与回风巷道中CO等有害气体超限等问题，分析了采空区浮煤、漏风通道等因素对煤层自燃的影响，结合实际地质条件，利用高位钻孔注防火材料、均压通风与注凝胶泡沫等综合防灭火技术，确保工作面支架间CO浓度降至12.5 mg/m3以下，使得工作面能够安全停采回撤设备。

防灭火技术；停采；高水材料；均压通风；凝胶泡沫

综采工作面在停采撤设备期间，若持续时间较长，则采空区的浮煤存在自燃隐患，一般情况下，采用喷洒阻化剂、注氮气等方法来达到阻燃效果。实际应用中，已自燃的煤体温度较高，阻化剂喷洒后效果并不稳定，且氮气的稳定性也较低不易积聚。现阶段，随着开采深度、开采范围的逐渐增加，原有的喷洒阻化剂、注氮气等防灭火方法在治理采空区浮煤自燃的效果上不明显，因此，需要根据工作面的实际条件，制定相应的综合防灭火技术，如：利用高分子胶体、凝胶泡沫等材料。

1 工作面概况

本文研究的试验工作面为圣厚源矿8429面，长200 m，走向长度320 m. 工作面南部邻近7425、8419工作面的采空区、上覆为7427工作面的采空区，倾角平均25°，地质构造复杂，南部含有较多小断层，围岩裂隙较为发育。工作面煤层自然发火期3～6个月。通风方式为U型通风，进风量为900 m3/min，工作面已配有注氮气、灌浆等防灭火系统。

工作面开采过程中，受地质构造与煤层倾角大的影响，采空区浮煤量较大，推进速度较慢，超过了煤层的自然发火期，造成采空区浮煤发生多次自燃。该工作面停采期间，由于采空区浮煤自燃造成支架后方CO的浓度逐渐升高，部分支架附近出现了局部的火风压区域，气体温度也较高，此外在回风巷道中也监测到CO等有害气体。

2 CO等有害气体超限原因分析

结合现场实测数据变化规律，分析该工作面在停采撤设备过程中CO浓度超限的主要原因有：

1) 采空区浮煤量较大。工作面地质构造复杂，围岩破碎严重，造成采空区内浮煤量较多，在采动过程中上覆已采完的采空区垮落，最后造成采空区遗留煤量较多。

2) 工作面推进速度过慢，造成工作面浮煤长时间与空气接触，超过自然发火期。8429工作面在推进过程中受地质构造的影响，月进度仅为2 m，后期在工作面停采过程中因围岩破碎不易支护造成停采时间较长，支架间与支架后方浮煤接触空气时间较长，使得发火面积进一步扩大。

3) 防灭火措施较为单一且不到位，因8429工作面煤层倾角较大，注浆管路铺设在标高较高一侧，注浆过程中浆液无法对工作面及采空区进行全覆盖，达不到防灭火的效果。

4) 工作面围岩裂隙较多，漏风通道较多。通风过程中，部分新鲜风流进入采空区。经现场实测，上覆采空区的密闭墙存在漏风，造成8429工作面采空区与上覆采空区贯通，使采空区的氧化带范围增大。此外，综放工作面后运输机位置也是漏风的通道。

3 综合防灭火治理方案

考虑到8429工作面的地质条件以及现有的防灭火设备等因素，在减少漏风通道、隔绝采空区浮煤氧气接触、及时消除高温区域等原则的基础上，制定相应的防灭火治理方案。方案主要是利用均压通风技术来封堵工作面两端头与支架后摆梁等漏风通道，同时继续利用注浆管路进行注浆。除此之外，在上巷打高位钻孔，钻孔深度到采空区氧化带的不同层位，达到全面覆盖氧化带，阻止采空区浮煤自燃的目的；同时向支架后方打钻孔注凝胶泡沫，封堵上覆采空区造成裂隙的漏风通道，对工作面发火区域进行全面综合治理。

4 防灭火技术的实践应用

4.1 监测监控设备应用

1) 对回风巷道、工作面两端头上隅角、支架后摆梁位置加强人工监测，同时绘制气体变化曲线图。

2) 监测架间、支架后摆梁以及部分钻孔内的温度变化，并绘制相应的变化曲线。

3) 对8429工作面各布置监测设备地点的CO、CH4等有害气体进行监测统计，并给出分析结果。

4.2 综合防灭火治理方案

1) 均压通风。

研究在不同射击工况下的弹丸膛内运动规律，对弹丸装药的设计和弹炮匹配性设计具有一定的指导意义，未来将对不同磨损程度的身管内弹丸运动规律作进一步的研究。

工作面采用调节风门与局扇联合均压通风措施达到防灭火的目的。在工作面停采期间，为减少采空区漏风，可在回风巷布置调节风门，在进风巷内布置局部通风机。增大工作面的风压，通过调节通风机与风门位置及大小，使通风系统的稳定，减少采空区CO等有害气体的涌出。

2) 封堵漏风通道。

停采结束后，在上下隅角位置布置密闭墙，并对墙体与围岩的裂隙处进行加强封堵，确保密闭有效。另外在上隅角即端头支架处安设风帐，能够有效降低新鲜风流；在撤设备期间，为了防止8429工作面采空区因围岩裂隙漏风造成浮煤自燃，持续向支架后摆梁位置喷洒阻化剂，确保能够将浮煤与空气隔绝，随着设备回撤量的增加，阻化剂的喷洒量逐渐降低，保证能够对采空区浮煤全覆盖，最终达到封堵漏风通道防灭火的目的。

3) 注防灭火材料。

一方面向采空区施工高位钻孔并注高水材料，为了降低上覆采空区对8429工作面的影响，终孔深度距煤层顶板控制在3～5 m；另一方面向支架间施工钻孔注凝胶泡沫材料，一般情况下，凝胶泡沫被注入后，其扩散半径约3 m，结合工作面倾角较大会影响凝胶泡沫的流动原因，从工作面上隅角施工第一组钻孔，后续每隔5架支架施工一组钻孔。确保支架后方被注入的凝胶泡沫能够形成隔离带，封堵漏风通道、阻止有害气体溢出。

4.3 现场防灭火措施

1) 灌浆措施。在工作面运输巷道或邻近工作面的巷道内打钻孔向采空区注浆，现场也可采取提前埋设管路来注浆。需要注意的是，注浆位置需控制在支架后方10～15 m. 因8429工作面煤层倾角较大属于仰采，为防止灌入的浆液倒流回工作面，可采取提前注凝胶墙的措施形成隔离带，延长灌入浆液作用的时间，同时也可加入适量催化剂，强化其防灭火的效果。

2) 注氮措施。在工作面停采支护期间即安设注氮管路，向采空区注氮防灭火，注氮量大小视采空区氧化程度来确定。当采空区CO浓度不超过50 mg/m3时，注氮量控制在300 m3/h即可，当采空区浮煤氧化程度加大时，可适当提高注氮量。

3) 均压通风。工作面撤支架期间，为确保工作面通风系统的稳定性，可采用均压通风的方式，即在进风巷道安设局扇，回风巷道安设调节风窗，并根据实际条件及时调节风窗面积。

4.4 治理效果

结合现场实测结果可知：8429工作面停采期间采空区浮煤自燃得到了较好的控制，工作面支架间与支架后方CO浓度降低到12.5 mg/m3以下，确保了工作面安全停采回撤设备。

5 结 论

1) 8429工作面上覆存在采空区且围岩裂隙较多造成采空区浮煤易自燃，现场前期存在漏风通道多、推进速度慢以及高温点分布不均匀等难以治理的因素。因此，在工作面停采期间，利用均压通风技术来治理通风系统紊乱问题，利用高位钻孔注高水材料治理漏风通道过多问题，利用支架间注凝胶泡沫来强化工作面封堵效果。综合防灭火技术的应用，有效地治理了采空区浮煤的自燃，确保了工作面的安全停采撤设备。

2) 工作面停采撤设备期间，由于停滞时间较长，易出现采空区浮煤自燃问题，需及时采取灌浆、注凝胶泡沫、构筑隔离墙等综合防灭火措施。

3) 采空区浮煤自燃的原因有许多，现场治理过程中，应根据工作面实际地质条件，结合防灭火技术的特点，制定相应的综合防灭火方案，快速治理采空区浮煤自燃。

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Application and Research on Fire Prevention and Control Technology in Stop Mining Working Face

HU Bin

Based on the problems such as spontaneous combustion, CO and other harmful gases being over standard in fully mechanized coal mining face in the stage of the supporters withdraw, the factors impacting spontaneous combustion such as the floating coal and the air leakage channel in the goaf are analyzed. Combined with the actual geological conditions, comprehensive methods of drilling hole and injecting fire resistant materials, of balanced pressure ventilation and of injection gel foam are used to keep the CO concentration near the work face space down to 12.5 mg/m3or below, so to guarantee safe production during the whole period of mining terminal, of equipment withdraw .

Fire protection technology; Stopping coal mining; Material with high water; Balanced pressure ventilation gel foam

2016-08-20

胡 斌(1984—)，男，内蒙古丰镇人，2007年毕业于华北科技学院，工程师，主要从事煤矿通风技术管理工作

(E-mail)hubinbin1198@126.com

TD75+2

B

1672-0652(2016)10-0026-03