假期期间工作面防灭火技术的应用

刘宝振

(陕西华彬煤业股份有限公司)

目前，煤层自燃火灾多发生在井下隐蔽空间，如采空区、高冒区以及受压破碎的煤柱等位置。由于广泛采用综采放顶煤开采工艺和瓦斯抽采技术，造成了采空区遗煤多、漏风大，综放采空区成为自然发火的主要区域[1]。近年来，国内外广泛采用注浆、胶体泥浆、泡沫树脂、喷洒盐类阻化剂、注惰气等技术[2-3]。随着制惰技术的提高，以惰气代替空气提高泡沫惰化灭火效果，出现CO2和氮气灭火泡沫[4-6]。这些技术对保证矿井安全生产起到了重要作用。

下沟煤矿属高瓦斯矿井，主采4#煤层为Ⅱ类自燃煤层。矿井临近春节放假，受工作面推进度影响，风流渗流进入采空区散热带与氧化升温带，造成采空区遗煤持续氧化，并有升高趋势。根据采区相邻ZF1801工作面假期期间防灭火工作经验，决定对ZF1803工作面采取多措并行的方式开展防灭火工作。

1 工作面概况

ZF1803工作面位于401采区西翼南部，西为404采区3条下山，南为轨道大巷，东为401采区3条下山，北为ZF1802工作面采空区。工作面开采4#煤层，具有自然发火倾向性，自然发火期为3～5个月。工作面运输顺槽断面为矩形，宽4.6 m，高3.1 m，断面积为14.26 m2；回风顺槽巷道宽3.8 m，高3.1 m，断面积为11.78 m2。工作面位置见图1。

图1 工作面位置

2 假期防灭火方案

2.1 密闭前准备工作

2.1.1 风机安设

在运输顺槽和回风顺槽各安设一台2×22 kW风机。运输顺槽风机安设在运输顺槽三岔口处，φ800 mm风筒沿运输顺槽南帮顶部挂设，风筒口距密闭墙砌设位置5 m。回风顺槽风机安设在回顺斜巷风门以里三岔口处，φ800 mm风筒沿回顺南帮顶部挂设，风筒口距密闭墙砌设位置5 m。

2.1.2 封堵材料准备

在运输顺槽准备2 000块砖，0.5 m3黄土，0.4 m3沙子，8袋水泥。在回风顺槽准备1 600块砖，0.5 m3黄土，0.4 m3沙子，8袋水泥，同时准备2根φ50 mm×6 000 mm钢管，2个带φ25 mm球阀的φ50 mm堵头，用作气体检测孔；1根φ50 mm×500 mm 钢管，1个带φ25 mm球阀的φ50 mm堵头，用于气体置换孔；1根φ133 mm反水管。

2.1.3 束管埋设

工作面停产时，在工作面回风顺槽埋设3趟束管，埋深分别为6,38,62 m；运输顺槽埋设2趟，埋深分别为44.8,14.8 m；停采时,两隅角再各布设一条束管。要求束管口必须套上护管，防止堵塞，并引至密闭墙以外，保证能够正常检测采空区气体。

2.2 密闭方案及要求

2.2.1 封闭区域停电

检查工作面供电线路，保证工作面封闭后，在巷内其他设备能够正常运行的同时，封闭区域内的所有电器设备均必须断电。

2.2.2 管路敷设要求

所有埋入采空区的灌浆管、注氮管必须在密闭墙外安设阀门，能够随时开停。所有埋入采空区的束管必须将检测口设到密闭墙外。

2.2.3 浮煤清理

工作面停止生产后，清理工作面及架后浮煤，必须保证工作面和架后浮煤干净。

2.2.4 密闭墙位置及结构

运输顺槽密闭墙位置在皮带机尾以外，回顺密闭墙位置在超前支护以外10 m处，用砖砌筑，墙体厚240 mm,黄土勾缝，水泥砂浆抹面，用艾格劳尼发泡剂进行喷封。

砌墙前必须先掏槽，掏出的煤渣及时运出，清理干净巷道。掏槽应按先上后下的原则进行，帮槽深度以见实煤后0.5 m为准，顶槽深度以见实煤后0.3 m 为准，底槽实底深度以见实煤后0.2 m为准，掏槽宽度大于墙厚0.3 m为准。密闭墙要求墙体结构稳定严密，墙基与巷壁紧密结合。

2.2.5 密闭墙附属装置

在运、回顺的2道密闭墙中间距顶板200 mm处均留设φ50 mm气体检测孔，并安设阀，用于检测密闭墙内气体含量。

在运输顺槽密闭墙南侧底部紧贴地板、距南帮500 mm处，留设φ133 mm反水管，用于排放工作面积水。

在运、回顺密闭墙顶部距顶板200 mm、距南帮1 m处布置φ50 mm气体置换孔，当工作面密闭后，采空区内持续注氮，将采空区其余气体通过气体置换孔排出。当采空区被氮气注满时，用堵头封堵置换孔。

在运、回顺密闭墙上均安设U型压差计。压差计固定到密闭墙外墙上，一头连接一条束管压入密闭墙内，束管用φ50 mm钢管做护管，一头在密闭墙外，用于检测密闭墙内外气压变化情况。

2.3 密闭后的管理

2.3.1 局部通风机管理

对于两巷的局部通风机,必须实行“三专两闭锁”及双回路供电，并能自动切换。局部通风机实行挂牌管理，由专人填写牌板内容，确保数据属实无误，不得随意停开。每班由安检员、瓦检员及工作面值班人员检查风机的运行情况和风筒的完好情况，发现问题及时整改，防止无计划停电停风。

2.3.2 人工检测

假期每班安排一名专职瓦检员进入两巷内检测采空区束管及密闭墙内外气体含量及温度，并每天采集一次气样，报送调度室进行色谱分析。

2.4 灌浆管路埋设

工作面停产时，保证在工作面回顺埋入2趟灌浆管路，埋深分别为121 m(1#)、73 m(2#)，并将2#灌浆管与架后采空区35，23，13 m处埋设的3趟灌浆筛管连接，灌浆筛管分别用φ51 mm球阀控制，保证2#灌浆管与3趟灌浆筛管既能同时向采空区灌浆又能分别单独向采空区灌浆，2趟灌浆主管路和3趟灌浆筛管控制阀门均引至密闭墙外，至回风顺槽超前支护外15 m处。灌浆体由水土浓度3∶1比例配制，日注浆时间为16 h，注浆量为1 047 m3。

2.5 注氮管路埋设

工作面停产时，保证在工作面运输顺槽埋入2趟注氮管路，埋深分别为51.4 m(1#)，77.9 m(2#)，并使之与架后采空区30，18，8 m埋设的筛管相连，将控制阀门引至运输顺槽超前支护外15 m处。氮气浓度为97.72%～98.91%，注氮流量为1 001 m3/h，日累计注氮量24 003 m3。将工作面采空区氧气控制在8%以下。

2.6 阻化剂定期喷洒

在放假前一周每日检修班从架间向架后喷洒阻化剂，阻化剂使用20%浓度MgCl2溶液制作，抑制架后区域氧化反应发生。

ZF1803工作面密闭、灌浆、注氮埋管示意见图2。

图2 ZF1803工作面密闭、灌浆、注氮埋管示意

3 效果检验

通过假期期间的观测，ZF1803工作面防灭火工作水平较采区ZF1801工作面明显提高。其中，密闭墙内CO保持在(0～1)×10-5，同比降低80%；架后6 m束管监测CO在(3～5)×10-5，同比降低50%；架后38 m束管监测CO在(12～15)×10-5，同比降低36%；架后62 m束管监测CO在(8～12)×10-5，同比降低50%。CO浓度监测数据见表1。ZF1803与ZF1801工作面CO浓度变化曲线对比见图3。

假期后启封该工作面，各种指标正常，实现了高质高效的工作面防灭火工作。

4 结 论

(1)由于假期期间工作面不生产，采空区遗煤充分氧化，采用传统防灭火措施不能保证CO平稳地保持在较低水平，从而影响假期结束工作面的正常回采，进而产生发火危险。

表1 放假期间ZF1803工作面CO浓度监测数据 ×10-6

图3 放假期间不同工作面CO浓度变化曲线对比

(2)对比相邻ZF1801工作面只采用常规封堵与注浆的CO浓度变化情况，在ZF1803工作面采用砌筑密闭墙与常规防灭火措施相结合的方案，可以进一步减少采空区漏风，降低采空区内O2浓度，在工作面与采空区三带范围内形成一层稳定的氮气、注浆带，从而抑制煤的自然氧化反应。

(3)工作面防灭火是一项长期工作，只有做好日常CO及标志性气体监测工作，定期封堵、灌浆、注氮及喷洒阻化剂，才能保证假期防灭火工作高质高效进行。

(4)下沟矿主采煤层属于高瓦斯易自然煤层，结合本次假期期间防灭火工作开展，总结出一套切实有效的假期防灭火措施，为矿井安全生产提供技术保障，并为周边矿井同类自燃煤层提供参考依据。