矿井综采工作面防灭火方案设计研究

武文星

（晋能控股集团王村煤业有限责任公司，山西 大同 037003）

1 工作面简介

在18509 工作面中，其所处的位置是下组煤采区两翼的右边一翼，两巷都在南五下组煤皮的带下山处开口。其变电所中的水仓通道与实体的距离是20.2 m，并且其实体的东南侧就是辅运巷开始到58 m 的范围，就正在施工的18509 工作面的底抽巷的北水平距离的34.5 m 的西北侧就是皮带巷，皮带巷与辅运巷的里程均为19 m～24 m 并与下组煤采区两翼的右翼的回风下山的有7.8 m 的距离，皮带巷与辅运巷二者的里程分别是66 m～71 m、66 m～72 m 之上与其垂直距离大概是73 m 的位置是南八轨道运输大巷，切眼的0 m～75 m、皮带巷549 m～1372 m，135 m～339 m的上面相距大概85 m～95 m 的位置是12513 采空区，切眼的97 m～240 m、辅运巷里程968 m～1 372 m，121 m～490 m 的上面的相距大概是85 m～95 m 的位置的12511 采空区。

在18509 工作面中，采煤走向设计的长度是1 359 m，设计的可采的长度是240 m，可采的高度平均值是4.35 m，设计的工业储存量为188.48 万t，设计的可采的储存量为155.73 t。

按照《矿井自然发火防治系统设计技术方案》中的有关规定，能够当做标准气体的是一氧化碳、乙烷和乙烯，主要是一氧化碳可以对煤自然发火进行预测，乙烷和乙烯可以对自然发火的过程进行判定[1]。

在2020 年6 月，化验了18509 工作面中的煤样，其结果是：8#煤具有的挥发性是26.75%，具有11 类的自燃倾向性，所以其煤层属于自燃煤层，而且每隔125 d 就自燃发火一次，其火焰的最高长度是18 mm，爆炸性非常强。

2 有问题存在于之前的防灭火设计中

在晋能控股煤业集团某矿中，有以下问题存在于该矿的防灭火系统内：在检测某矿的防灭火系统时，只是选取了标志气体中的常规的，并没有对其进行试验与采集，所以就不能对临界与火的浓度值进行取得，就无法当数据依据来监控与治理防灭火[2]。使用到防灭火系统内的临界指标都是根据之前积累的经验来进行取值的，准确性非常差，要马上改进修正其参数，促进其符合矿井关于防火方面的条件。在该矿设计的防灭火内，并不涉及外界因素，没有把准备防灭火的所有工作给做好[3-4]。

3 优化18509 工作面的防灭火设计

3.1 设计内因火灾防治

1）把CO 感应器2 台分别安装在皮带头的下风面与工作面的上隅角，把温度传感器安装到回风巷中，能够对温度、一氧化碳的变化进行监测。

2）概述束管监测系统。有三芯束敷设到和工作面方向相同的前方的回风巷中，一共布置的测点是3 个，而且相临测点的距离是24 m，在把推进工作面通过最后一个测点时，就断开其相应的束管，并把测点续接到外侧，这样就会使一直有与之前数量的测点存在于采空区，而且按顺序一直进行循环。在连接管路时，一般连接的是200 m，当推进工作面从200 m 处通过时，在把束管进行延接，把抽气泵加到外侧，可以选取长度为一寸的钢管作为保护管。按照上面顺序进行，一直到回采结束。监测束管被通风队所使用，来采集采空区中的气样，间隔时间是3 d，在对气体进行采集以后，要在5 h 时间内把气样送给通风化验室，通风化验室对气样进行详细的分析与化验。若发现有自然发火迹象被监测到，就要马上采取相应的防灭火方法，而且还把采样频次更改成一天一次。工作面的束管监测布置图，如下页图1 所示。

图1 18509 工作面束管监测布置图

3）设计的喷洒阻化剂制度。当把阻化剂提升泵设置到系列车中，使用的阻化剂提升泵的移动是不受限制的能够喷洒的，所选取的材料是防灭火硅胶，并且水和防灭火硅胶二者的比例是1 m3所需要的防灭火硅胶是5 kg～10 kg，进而形成浆体，再把该浆体到采空区喷洒或在有破碎带的顶煤及煤体的空隙内注入，每循环一次就把阻化剂喷洒到采空区，避免有自然发火发生在采空区。当实际使用时，在计算各个班的喷洒量时，依据的是真正的割煤刀数与每循环一次的喷洒量的乘积。如果在推进工作面时，其速度在60 m/月以下过或在很长的时间内一直是没有生产，那么就一定要使用注氮的方法，而且是连续的[5]。

4）注氮系统。若自然发火出现标志性气体并被监测到了，那么就会马上开启注氮泵，而且是南边的五下组的煤采区的，并且把氮注入到采空区主要由注氮管路来实现的。当进行注氮的过程中，氮气被注入的浓度要在97%以上，在进风巷中铺设制氮管路，一直铺到工作面的最末端，然后再在采空区中进行埋设。以下几点是安装制氮机位置所需要符合的条件:平直的巷道并且就有良好的支护；供水管路系统是相互独立的，制氮装置所需的用水量充足[6]。

5）在工作面进行操作时一定要遵守有关的操作规程，把煤丢到采空区是不可以的，一定要控制采高，底煤或顶煤是不用留的，要把工作面与端头上的浮煤进行清扫，采空区中不能有遗留的。

6）当掘进皮带巷时，施工一道防火墙到回风联巷起初的5 m 内，施工一道防火墙到辅运巷中，而且辅运巷与回风联巷有5 m 距离。并且防火墙一定要和顶、底相接，掏槽的深度一定要在300 mm 以上，防火门强所具有的厚度要在600 mm以上，宽度为400 mm，插班槽要在墙体的中间处预留出来，插班槽的宽度与深度均在50 mm 以上，一定要抹平插板槽的平面。用于对防火门进行封闭的板材所具有的宽度与厚度均在30 mm 以上，可是长度比防火门所具有的宽度大50 mm，而且为了管理，还对外包铁板进行了编号，并由专人进行管理，如果板材有丢失或变形发生一定要及时进行更换，把充足的料石提前备用到靠近防火门强处。

3.2 设计的外因火灾防灭火

1）把洒水三通设置到辅运巷与皮带巷，在切眼的2 个端头开始，第11 个支架处就设置一个灭火器，而且灭火器的重量要在8 kg 以上，而且还安装一根长度在15 m 以上的消防软管。

2）一些易燃的物品是不能在工作面中储存的，一些棉纱用于对机器设备进行擦洗，当擦洗完之后就要把这些棉纱放到铁通中，然后在用于下一次。

3）把灭火器配备给系列车、油脂库、皮带头、移动变压器，沙箱中的沙子要在0.5 m3以上。

4）在靠近皮带头20 m 的范围中，对油脂库进行保护与支护的材料是不易燃的物质。

3.3 综合防治的其他措施

1）每个班的瓦检员都要测定工作面的二氧化碳、一氧化碳等气体，如果有问题被发现，一定要马上进行汇报；各个星期都要观测防火墙和上隅角等，而且观测是系统的、全面的。水温、气温、气体的主要成分与别的发火的预兆等是需要在现场进行观察的主要参数。按时对别的发火所具有的特性的气体的浓度进行监测，若有异常出现，一定要马上调整汇报通风[7]。

2）对加工生产的安排与组织一定是合理与科学的、把推进工作面的速度提升，把回采的效率提高，把遗煤到工作面的数量减少，避免自然发火发生。

3）选取的措施是充填堵漏，提早使用高分子防灭火物质材料或注凝胶的措施，来进行提早处理[8-10]。

4 分析成效

在18509 工作面中，当开采时，其防治要按照其设计的防灭火来实施，CO 在采空区中的含量（体积分数，下同）不高，一般在18×10-6以下，由此能够看出，自然发火不会在采空区发生，具有良好的防治成效。

在2021 年2 月，由于18509 工作面的前方存在较多的结构，需要停止生产。在停止生产的这段时间内，从束管监测系统所监测的数据发现，CO 在采空区中的含量有大幅度的增加，其含量在35×10-6以上。所以，按照本文前面所设计的防灭火用于该工作面，选取的灭火方法是注氮，使用的注氮方法是不间断的、开放的，而且灌注量每天大概是10 000 m3。在这个时间段，要检测采空区所处50 m 的CO 与O2的浓度，采空区气体浓度变化，如图2 所示。

图2 采空区气体浓度变化

从图2 中能够发现，当采空区所处50 m 处，会有非常高的氧气浓度（体积分数），一般不小于18.5%，当CO 在氧气带中的浓度（体积分数）会在50×10-6。由此可以说明，自然发火也许会在发生在采空区中，根据设计的防灭火中的有关要求，在把液态的氮气灌注到采空区之后，会降低CO 的浓度，有非常显著的灭火成效。总之，在把氮气灌注到采空区之后，CO 的浓度会明显下降，使氧化遗煤的速度下降。

5 结语

根据上面所讲，并和矿井的真实状况相结合，在设计火灾防治用于18509 工作面时，是在外因火灾与内因火灾来进行研究的，最大程度的避免有火灾在矿井中发生，通过综合应用这些防灭火技术，该综采工作面发生火灾的可能显著降低，可为类似工况下的综采工作面防灭火工作提供参考。