工作面正常回采期间防灭火技术的应用

刘宝振，白永忠

(陕西华彬煤业股份有限公司，陕西 彬县 713500)

0 引言

自燃煤层综放开采工作面回采期间采空区及煤体缓慢氧化，容易产生CO，所以工作面回采期间防灭火工作十分重要，常常需要采取黄泥灌浆、注惰性气体、监测监控等综合防灭火措施，以保证工作面安全回采。

1 工作面概况及综合防灭火方案

1.1 工作面概况

ZF2809工作面位于402采区西翼南部，西为404采区3条下山，南为轨道大巷，东为402采区3条下山，北为ZF2802工作面采空区。工作面开采的4#煤层，属Ⅱ类自燃煤层，自然发火期为3～5个月。该工作面设计长度1 060 m，可采长度845 m，倾向90 m，煤层平均厚度12 m。ZF2809工作面回采40 m后，发现采空区和工作面实煤体内CO含量升高现象。

1.2 综合防灭火方案

为保证ZF2809工作面顺利安全回采，在采空区采取以黄泥灌浆、注惰性气体、灌注三相泡沫和喷洒阻化剂等综合防灭火方法；同时在工作面两顺槽内施工检测钻孔及措施孔，通过注水、注水玻璃、巷道喷浆等堵漏风等措施减少煤体氧化。

2 实施过程

2.1 采空区防灭火

开采技术管理：①工作面回采期间减少生产影响，确保工作面推进度；②每班必须安排专人对工作面架间及架前浮煤认真清理；③两顺槽风路畅通，顺槽通风断面不小于设计断面的2/3；④提高回采率，减少采空区碎煤堆积量。

通风管理：根据工作面安全生产实际，对ZF2809工作面风量进行及时调整，合理分配工作面风量，将工作面风量控制在900 m3/min，以减少工作面采空区漏风。

黄泥灌浆：①利用地面固定式灌浆站，依照《ZF2809工作面防灭火设计》每班次向工作面采空区注浆不少于28 m3，每天注浆量不少于84 m3的泥浆，泥浆水土比不得小于1/3；灌浆管路采用φ159钢管，管路从灌浆站通过行人斜井管路连接至井下回风顺槽灌浆管；②采用上隅角沿回风顺槽向采空区方向每50 m敷设灌浆管和沿工作面方向在架后每30 m敷设φ51灌浆筛管向采空区灌浆；架后灌浆筛管进入采空区30 m开始灌浆，上隅角灌浆管进入采空区50 m开始灌浆，当筛管及上隅角灌浆管埋入采空区100 m后断开，利用后续管路灌浆，保证工作面采空区进行全面覆盖灌浆；③利用黄泥灌浆系统向ZF2809采空区压注三相泡沫，每班压注三相泡沫量不小于400 kg。

注惰性气体：①在向ZF2809工作面注氮工作的同时，开启401轨道下山注氮硐室内一台ZXJD-600型制氮机和ZF1801回顺巷口注氮硐室内1台MJD-1000型制氮机，2套系统并联向ZF2809工作面采空区进行注氮，注氮流量为1 500 m3/h，每班次注氮时间为8 h；氮气管路采用2趟φ50镀锌钢管从运输顺槽埋入采空区，两管口相距20 m，埋入采空区后每隔40 m交替裁开；②每推进20 m时，在ZF2809工作面架后敷设一趟φ50 mm注氮筛管，注氮筛管与灌浆筛管错开15 m埋设，保证工作面采空区进行全面覆盖注氮。

检测监控：①束管监测。ZF2809工作面运顺埋设2趟束管，埋深分别为40 m、20 m，回顺埋设3趟束管，埋深分别为60 m、40 m、20 m，要求束管口必须加设护管防止堵塞；②人工检测。瓦检员每班对自然发火观测点的CH4、CO、CO2、O2含量及温度情况进行3次检查，并将检测结果汇报监测室；③人工采样分析。每天对回上隅角(支架后部)和回风流、采空区束管取样一次，送至地面调度室，利用气相色谱分析仪对气样中O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2成分进行分析；④实时监测。调度室利用运顺超前支护段、上隅角、回风出口、回顺超前支护风流等地点的CH4、CO及温度传感器对工作面的CH4、CO及温度进行实时监测；⑤设置检测站。在ZF2809运顺超前支护段设置一个CO观测站，调度室负责安装一个CO传感器进行实时监测，同时工作面当班瓦检员进行人工检测，如图1所示。

图1 ZF2809工作面注氮管、检测监控示意图

工作面堵、漏风：综采队负责，严格按以下几点要求切实做好工作面堵、漏风工作。在工作面两端头每天8点班各垒一道土袋墙，墙体厚度大于1 m，然后在土袋墙外挂铁丝网用艾格劳尼进行喷封。

喷洒阻化剂：综采队负责在ZF2809工作面架后和两隅角全面覆盖喷洒阻化剂，阻化剂水溶液的浓度为20%。

2.2 工作面两顺槽防灭火

两顺槽施工气体检测孔及注水孔：①施工气体检测孔。在ZF2809工作面运、回顺槽每100 m利用锚杆机向巷道顶板和煤壁施工气体检测孔，施工完毕后及时封孔并检测钻孔内温度和气体含量，同时取样进行色谱分析；②施工注水钻孔。在ZF2809运顺490 m、390 m、290 m处的巷道北帮用链条钻机施工探测孔，与C2802灌浆巷打通，开口位置距顶板1 m，钻孔深度20 m左右，注水孔角度分别为-8°、-9°，施工完毕后连接注水管并安装球阀保证向C2802灌浆巷正常注水。并在ZF2809运顺300 m至工作面段用链条钻机施工注水孔，每组钻孔间距10 m，包含南帮一个仰角45°及60°的钻孔，孔深分别为18 m和13 m，仰角45°的钻孔开孔位置距底板不大于2 m，仰角60°的钻孔开孔位置距顶板不大于0.5 m，另外含一个顶板钻孔，钻孔仰角45°(顺风方向)，孔深以见矸为准。

检测监控：①两顺槽检测孔。对两顺槽施工的检测孔每2天在8点班进行一次检测，取样；②巷道温度检测。始终坚持每班次对两顺槽顶板及两帮温度进行检测，8点班用热成像仪测定，4点和零点班用红外线测温仪测定，温度测定警戒值为30℃；③架后遗煤温度检测。工作面每割一刀煤，用红外线测温仪对工作面端头架后1#、2#、3#、4#、46#架后及上隅角的遗煤温度进行检测；④周边采空区检测。对ZF2809工作面周边的密闭墙内的气体含量和墙面温度每天检测一次；对西轨道大巷ZF2809采空区段温度每天进行检测；⑤在钻孔施工期间利用热电偶对钻孔内部温度进行检测，并做记录。

运输顺槽喷浆：安排人员对ZF2809工作面运输顺槽350～550 m段喷浆，喷浆厚度50 mm，防止运输顺槽煤体裂隙漏风、氧化。

钻孔注水玻璃：利用ZF2809运顺施工的措施孔配套双液柱塞泵向钻孔内压注水玻璃及尿素水溶液，对巷道松散的围岩、裂缝进行堵漏风。水玻璃溶液浓度为15%，尿素溶液浓度为3%，压注时2种液体按照1∶1配比压入。

2.3 其它防灭火措施

外因火灾预防：①加强电气设备管理，严防电气火灾发生；②工作面严禁使用电、氧气焊；③加强采煤机、转载机、刮板机、皮带机等设备所使用的齿轮油等油类管理，工作面范围内不得存放1桶以上油类；④各设备点应配备2台以上干粉灭火器，皮带机头、泵站等设备集中点应配备沙箱等灭火器材；⑤电气设备入井前，应检查其“产品合格证”、“煤矿矿用产品安全标志”及安全性能；检查合格并签发合格证后，方准入井；⑥工作面所有电气设备及接线都不得出现失爆；⑦严禁工作面由于任何形式出现电火花；⑧采煤机内外喷雾齐全，割煤时喷雾必须正常开启；⑨严禁用铁锤敲击设备；⑩工作面前后刮板机及转载机必须运转良好，不得摩檫产生火花。

应急处理措施：①当工作面发火气体指标有上升趋势时及时查找原因，利用注氮管路向采空区压入液态CO2抑制采空区自燃的发展。主要压注点为进风巷20 m、40 m处注氮管及注氮筛管；②有下列情况之一者考虑进行工作面封闭—回风隅角或其它地点测到CO浓度到500 ppm，工作面检测到乙烯或乙炔，工作面CO气体在2 h内突然加倍；③当工作面CO等指标气体有急剧上升趋势时及时撤人启动工作面封闭程序。

2.4 应用效果

采取综合防灭火措施后，采空区及煤体内CO含量变化如图2所示。

a-上隅角CO含量变化/ppm;b-回风巷口CO含量变化/ppm图2 综合防灭火措施应用效果

3 结论

自燃煤层工作面回采期间必须高度重视采空区及煤体防灭火工作，通过采取黄泥灌浆、注惰性气体、工作面堵漏风、注三项泡沫，煤层注水及注阻化剂，工作面采空区及回风流CO含量得到了有效控制，抑制了采空区及煤体自然发火迹象，确保了工作面安全回采。