单侯矿6105N工作面综合防灭火技术研究

摘要：文章介绍了6105N轨道巷发火情况，分析了受6103N采动影响下的6105N轨道巷的发火因素，通过对6105N轨道巷的温度异常处注水、密闭注浆注氮、喷浆堵漏等措施，通过火区监测监控系统有效地控制了火灾隐患点，对于同类受采动影响的煤巷的防灭火工作有一定的借鉴作用。

关键词：煤矿生产；采动影响；综合防灭火；火区监测监控系统；火灾隐患点 文献标识码：A

中图分类号：TD75 文章编号：1009-2374（2016）18-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.078

1 概述

1.1 矿井概况

单侯煤矿是开滦（集团）在蔚州矿区规划的五对矿井之一，是蔚州矿区并入开滦后，由开滦（集团）公司组织建设的第一座大型现代化矿井，2004年4月份被河北省政府确定为省重点建设项目。单侯煤矿位于河北省张家口市蔚县涌泉庄乡和南留庄乡之间，地处蔚县矿区的南部。东南距蔚县县城8km，北距宣化130km，南距石家庄市330km，东距北京230km，西距山西广灵县21km，交通便利。井田位于蔚州矿区的中南部，东西宽约5km，南北长约8km，井田面积约40km2，地质储量31284万t，可采储量14805万t，设计年生产能力为150万t，设计服务年限68年，井田开拓方式为立井单水平开拓。水平标高+620m。主采煤层为1#、5#、6#三层煤，分三个采区开采。经2012年7月份进行的矿井瓦斯等级鉴定，河北省煤炭安全生产监督管理办公室审核批复，鉴定结果为低瓦斯矿井。经唐山冀东矿业安全检测检验有限公司提供的检测检验报告，单侯揭露的6煤、5煤自燃发火等级为Ⅱ级自然发火，煤尘具有爆炸危险性。

1.2 煤层赋存特征

6105N工作面为6煤层，煤层总厚度为3.05～3.3m，以半暗淡型块煤为主，主要成分为丝炭夹镜煤，薄层层理很发育。在0～850m的范围内煤层中普遍发育有一层比较稳定的泥岩夹矸，夹矸厚0.2～0.4m，煤层倾角为0°～11°，平均6°。瓦斯等级鉴定为0.046m3/s，属低瓦斯区域。

1.3 6105N轨道巷简介

6105N工作面走向长度为1905～1973m，面长188.1m，6105N轨道巷西为6103N工作面，由于受6103N回采動压影响，6105N轨道巷从1250m处往外，煤柱变酥，巷道变形严重，严重地点局部巷道变形会堵塞全断面影响通风及行人通过以致造成工作面及皮带巷微风或无风，局部堵塞煤柱地点容易造成微风引起自然发火，另外受6103N工作面采空区及煤柱压酥影响也容易造成自然发火。在6105N轨道巷影响正常通风后新掘一条配巷作为工作面回风巷，并在6105N轨道巷555m、930m、1005m打设永久密闭。

2 自燃隐患、原因分析及采取的措施

2.1 自燃隐患

6105N工作面位于首采区中部，工作面由于受动压影响，6105N轨道巷从1250m以外，巷道变形严重，尤其以555～1000m区域最为严重。2010年4月23～26日，在6105N回风巷950m左右处曾多次发现靠煤柱侧温度异常，通过浇水降温的处理措施，使温度恢复正常。但6月5日在1050m处一氧化碳浓度又超过1000PPm，被迫采取注水、注氮进行防火。2010年9月10日在6105N配巷650m处发现温度、回风流一氧化碳含量异常，巷道内一氧化碳达到26PPm以上，局部位置达100PPm，所以亟需解决6105N两条回风巷的燃隐患。

2.2 自燃因素及地点分析

煤自然发火是一个极为复杂的物理化学变化过程，它发生的必要条件是：（1）以易于低温氧化的粉煤或碎煤的状态堆积；（2）存在着适宜的通风供氧条件；（3）存在着蓄热的环境条件；（4）上述条件要有足够的时间。一般认为，煤暴露于空气后，由于其表面具有较强的吸附氧的能力，会在煤表形成氧气吸附层，在吸附动力平衡过程中，煤表面与氧互相作用，而在煤表面形成一种中间产物，称为氧化基或氧络合物。煤的自燃正是氧化过程自身加速的最后过程，在稳定的条件（低温、绝热）下，氧化过程的自身加速才导致自燃。低温氧化过程的持续发展使得反应过程的自身加速作用增大，最后自生的热量使煤体温度升高，从而引起煤自热阶段的开始，导致煤的自燃。工作面之间的煤柱由于采动的影响产生大量的裂隙，裂隙充满煤粉与碎屑，又是空气供给的通道，裂隙网互相连接，漏风风流通过，但风量过小不足以将煤氧化生成的热量带走，为此便产生出热量积蓄、煤的氧化过程加速、温度上升的现象。在重力的作用下，尚未采动的煤岩中的应力和变形都是稳定的但非均一的，一旦开始了掘进和回采，煤岩的原始应力状态就要发生变化，煤岩产生变形。随着时间的推移，巷道周围煤岩团块的破坏与移动，其范围逐渐扩大，这种破坏与移动沿着自然地质结构更为明显。在煤岩团块的破坏和移动过程中，弹性能部分转化为破碎煤岩的表面能。由于沿地质结构面的移动和岩体的破裂，煤巷道周壁形成块度大小不等，从几厘米到几厘米的煤块。剩余的弹性能是形变能转化为促使煤岩向巷道空间位移的动能。这种破坏从巷道周壁开始以不同的速度向深部发展，形成裂隙，巷道空间发生变形。

2.3 原因分析

2.3.1 6103N与6105N工作面揭露的煤层煤质为灰～中灰、低硫、低磷的长焰煤和少量的不黏结煤，原煤发热量一般为28.89～29.31kJ/kg，自然发火等级为Ⅱ级自然发火，具有自燃倾向性。

2.3.2 6103N与6105N工作面隔离煤柱偏短。6103N和6205N工作面之间的煤柱只留有7m，6105N轨道巷与6105配巷之间联络巷较多，受采动影响巷道之间的煤柱被压裂，裂隙较多，这样煤体与空气接触面积增大，加快了煤氧化自燃的速度。

2.3.3 相邻采空区多，6105N轨道巷与6103N采空区相连，而与6103N相连的采空区众多，漏风供氧情况复杂，并且带有高温的气源，加剧了6105N煤柱内自然发火的可能。

2.3.4 注浆管路还有待加强。由于火源在6105N轨道巷密闭及联络巷内，加上供风供氧条件复杂，煤层自燃情况难以掌握，在密闭内进行注浆对火区进行密封仍未成功熄灭火源。只有良好的注浆质量，才能减少煤柱裂隙的漏风。

2.4 自燃隐患地点的分析

2.4.1 6105N轨道巷的920～1005m密闭处为自然发火隐患地带，尤其在950m左右处曾多次发现靠煤柱侧温度异常。

2.4.2 其他由于采动影响压裂的保护煤柱处，特别是与6103N工作面连通的采空区处。

2.5 采取的防灭火措施

2.5.1 6105N轨道巷的防火措施。2010年4月23～26日，在6105N回风巷950m左右处曾多次发现靠煤柱侧温度异常，通过浇水降温的处理措施，使温度恢复正常。但在6月5日在1050m处一氧化碳浓度又超过1000PPm，相关人员采取了对6105N轨道巷进行封闭，采取注水、注氮等措施防灭火。结合这几次的防灭火经验，制定了以下预防措施：（1）对温度异常地点继续进行浇水降温，使用红外线测温仪对变形突出严重地点加强温度观测，发现异常立即进行浇水处理。在此基础上，从1250m向外接消防水管，对变形突出严重地点进行普遍预防性浇水，防止产生新的异常点；（2）在6105N轨道巷中施工五处永久密闭，对异常区域进行封闭，对封闭区域采取以注三相泡沫为主，注水、注浆相结合的防火措施；（3）对封闭区域以外的巷道进行喷浆处理，隔绝氧气，杜绝煤层氧化；（4）在6105N轨道巷口安装一氧化碳传感器，当一氧化碳超过10PPm时，立即组织人员进行排查，确定是否存在隐患，发现问题及时处理。

2.5.2 6105N配巷的防火措施。（1）对煤巷温度异常点进行浇水降温处理；（2）对正常巷道及处理后稳定的巷道进行喷浆处理，隔绝氧气，防止煤体继续氧化。

3 今后的防滅管理措施

3.1 防火预报

3.1.1 瓦检员和现场管理、工作人员要及时掌握上隅角、回风流中气味变化情况，如发现回风流中有煤焦油味或气味异常，及时汇报矿调度室。

3.1.2 加强防火预测预报工作，通风区负责采面定期取样化验工作，化验采空区CO2、CO、CH4、N2、O2等气体成分及温度变化，发现问题及时采取有效措施进行处理。

3.2 加强通风管理

3.2.1 加强工作范围内通风设施的检查和维护，确保通风系统安全、稳定、可靠，满足防火要求。

3.2.2 通风区加强通风管理，降低通风阻力，以减少工作面上、下两端头压差，最大减少采空区漏风。

3.3 减小遗煤

3.3.1 回采期间，工作面要提高回采率，最大限度减少采空区丢煤，工作面必须保证正常推进，缩短滞留氧化带时间，以减少自然发火危险。

3.3.2 所有运输皮带必须使用阻燃皮带，皮带托辊保持运转灵活。皮带机头、机尾下的浮煤要及时清理。

3.4 消防设施管理

消防（防尘）管路系统必须完善可靠，保证用水地点水压及水量合乎要求，并按规定设置齐全三通及阀门，并备有胶管，以备出现自然发火征兆时及时处理。

4 结语

火灾发生的主要因素为热源、可燃物、空气的供给必须同时存在，相互结合，缺一不可，灭火就要除掉其中一个、两个或者全部三要素。因此，灭火的方法大体可以对应地分为消除可燃物、降低燃烧温度、断绝空气的供给三个方面。但是每个具体灭火方法的灭火作用并不单单局限于某一方面，有可能既有降温作用，又具有隔绝空气供给的作用。对受采动影响的煤巷采取综合防灭火措施，可以有效地消除自然发火的隐患：（1）直接挖除火源是扑灭矿井火灾最彻底的方法，浇水降温是可以直接针对高温点采取的防火措施，对于明显的局部高温异常点较实用；（2）火区范围较大，直接灭火无效时，采取封闭火区的灭火方法最为合适，这种方法对于控制火势发展最为有效。对已经受6103N采动影响变形严重的6105N轨道巷（老回风巷）密闭注浆、注氮是高效控制自然发火隐患问题的有效方法；（3）合理的通风管理可以大大减小或消除自然发火的供氧因素。对新掘的6105N配巷（新回风巷）的受压变形进行喷浆堵漏及套修工作可以有效地封堵漏风通道，减小火灾隐患的发生；（4）按重点防灭火工作面管理，加强高温点现场检查、气体监测，随时掌握发火迹象进行预测预报。

参考文献

[1] 秦书玉，赵书田，等.煤矿井下内因火灾防治技术

[M].沈阳：东北大学出版社，1993.

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

作者简介：储剑（1988-），男，开滦集团蔚州矿业公司单侯矿通风区区长，研究方向：安全工程。

（责任编辑：周 琼）