综放工作面采空区自然发火防治

薛洪得

【摘 要】二井田煤矿1403综放工作面所在4煤层具有自燃倾向性，工作面及上隅角发生瓦斯超限问题，为避免形成自然发火事故，运用注氮及喷洒阻化剂措施防灭火，并取得了良好的技术经济效益，实现了1403综放工作面的安全回采。

【关键词】综放工作面；采空区；自然发火；防灭火

1.概况

二井田煤矿现主要开采煤层为4煤，煤层有自燃倾向性，自然倾向性等级为Ⅱ类自然发火期为5～ 6个月。现正在回采的1403工作面采用综采放顶煤开采方式，煤层平均厚度为10.5m，平均倾斜长度90m，平均走向长度1130 m，容重为1.4 t/m3。

1403综放工作面所在采区采用抽出式通风方法，工作面采用“U”型通风方式。矿井开采方式、放煤工艺以及煤层赋存条件的影响，放煤后采空区的遗煤量较大，且煤层本身具有自燃倾向性，使处于氧化自燃带的遗煤氧化后产生CO；同时矿井采用负压通风，采空区漏风造成CO涌出，使工作面CO与瓦斯浓度超标，对工作面的安全生产造成了严重影响[1，2]。

2.工作面煤层自然发火情况分析

1403综放工作面采2.5m，采放比为1：3，采用单轮顺序放顶煤。放煤未见矸石停放，致使采空区过多残煤，同时煤体具有自然倾向性，为煤体自燃提供了可燃物。工作面两端头大多采用不放煤来提高端头巷道围岩的稳定性，在采空区边缘残留较多残煤，此时更容易产生热量积聚，热量不容易扩散发生自燃现象。

该煤层自燃期自燃发火期较短，5 ～ 6个月，当工作面发生漏风时，新鲜风流为煤体自燃提供了氧气条件。

3.防灭火方案的确定

根据1403综放工作面实际情况，采用向采空区注入氮气方法来防治采空区自然发火为主，同时采取减少工作面漏风的措施保证工作面的安全回采[3，4]。

氮气为惰性气体，向采空区内注入的氮气后降低了氧气浓度，温度较低的氮气吸收了煤体自然发热的热量，减缓了煤体升温的速度。同时修建各种密封设施防治漏风，减少漏风量，增加工作面采空区空气的滞留时间，减少采空区氧气含量，尤其是容易产生瓦斯积聚的工作面上隅角的管理。

3.1 参数的确定

注氮量按吨煤注氮量计算：

QN=5AK/300×60×24

式中 QN——注氮流量 m3/min；

A—年产量，t；

K—工作面回采率，取97%。

QN=9.69（m3/min）

采用制氮机产氮量为300m3/h，为5m3/min，制氮机的压力为6 MPa，管路输出端的压力为6 MPa，制氮机满足要求。

输氮管路安装线路为，制氮机房、主平硐、运输石门、采区进风巷，进风巷接到工作面下出口采空区，管路总长度1482 m，管路直径150 mm。

3.2 工作面注氮安全措施

（1）注氮方式采用开放式注氮方式，注氮方法采用不间断注氮方法。

（2）注氮机及1403工作面进风巷及以外的注氮管路由机电工区维护，注氮机及注氮管路必须保持完好，保证注氮机及注氮管路能随时投入使用，同时并保证回采过程中保证管路的完好。

（3）由通风工区每天安排人员对综放工作面回风巷一氧化碳浓度进行检测，当工作面回风流中监测出一氧化碳或有自燃征兆时，及时将进风巷注氮管路埋入采空区，当埋管深度达到28m时，开始向采空区注入氮气。

（4）向采空区注入氮气后，通风工区每天安排人员对输氮管路氮气进、出气端的氮气浓度、流量及压力进行检测，氮气浓度不得低于97%，氮气出口端压力不得低于5 MPa。

（5）注氮期间，由通风工区安排人员每天对工作面回风巷的气体情况进行检查，检查CH4、CO2、CO、空气温度、氧气浓度及氮气浓度。回风流中的一氧化碳浓度不得大于24 ppm，回风流中的温度不得超过26℃，氧气浓度不得低于20%。

3.3 辅助防灭火措施

在1403采空区、工作面上下出口、上隅角采用喷雾泵喷洒阻化剂（浓度为10%的氯化钙）阻止采空区遗煤氧化，有利于预防自燃发火。

洒阻化剂量的计算：

V=K1K2dA/R

式中 V—日喷洒量，m3/d；

K1—加量系数，取1.2；

K2—每吨煤喷洒气雾量，浓度为10%时，为0.02 m3/t；

D—工作面丢煤率，取3%；

R—煤的容重：1.40 t/m3；

A—日产量：3000吨；

R—转化率，取90%。

V=2.40（m3/d）

在正常推采情况下，每天应洒氯化钙240Kg。工作面回风巷需保证有3天的用量，即回风巷附近有不少于0.72吨的氯化钙，当氯化钙少于0.72吨时，必须及时进行补充，不得影响工作面正常推采。工作面洒氯化钙时，洒在上隅角采空区及上隅角往下20m的工作面，每天喷洒量不少于0.24吨。氯化钙溶液配好后，用喷雾泵喷洒于整过工作面支架之间及支架后尾梁。

3.4 实施效果

在工作面采用上述技术措施后，为了检测该方案实施效果，对工作面瓦斯一氧化碳及瓦斯浓度进行了采样分析，注氮气后，工作面一氧化碳浓度迅速降低且有维持稳定的趋势，如图2所示。同时工作面上隅角未发生瓦斯积聚现象。

4.结语

（1）综采放顶煤采空区遗煤较多时，破碎煤体容易产生热量积聚，且煤层具有冲击倾向性时，采空区容易发生自然发火灾害，尤其是加强工作面两端头防灭火工作。

（2）注氮减少了采空区氮气含量，喷洒阻化剂减少了煤与氧气的接触面积，结合工作面生产实际，对注氮量、阻化剂用量及工艺措施进行了合理的设计，上下隅角没有出现一氧化碳超限现象，工作面没有发生自然发火现象。

（3）针对二井田煤矿煤层地质及开采条件，采取注氮、喷洒阻化剂措施，保证了1403综放工作面的安全回采，取得了良好的防灭火效果。

参考文献：

[1] 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.

[2] 刘永山，张德志. 冯记沟煤矿1415工作面均压防灭火技术的应用[J].煤矿安全，2010（3）：36-39.

[3] 孙忠强，艾琳琳，石岩. 采空区火灾预警及防治技术[J].煤炭工程，2010（3）： 53-55.

[4] 吴洪峰，王英明，孙书林. 和协煤矿14030采煤工作面防灭火治理技术 [J].煤炭工程，2009（10）：72-73.