多种防灭火技术在大统矿业F9305工作面的应用

摘要：针对山东省兖州市大统矿业有限公司复采工作面自然发火隐患突出的现状， 通过注氮、注浆、封堵漏风等综合防灭火措施有效运用，杜绝了复采工作面自然发火隐患，保证了工作面的正常回采，安全及经济效益明显。

关键词 综合防灭火技术 复采工作面 研究

工作面概况

F9305工作面整体布置在原9311面东半部遗煤区域，位于九采东南回风大巷南侧，F64断层西侧，其中F9305轨道顺槽布置在原9311面遗煤区内，其它巷道均布置在实体煤区域，工作面煤岩层总体呈西北高东南低的单斜构造，根据附近采掘揭露情况分析，预计回采期间将揭露F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14七条断层。F9305工作面轨顺可采段走向长700.3m，运顺可采段走向长716.3m，倾斜长度为90.6m。

自然发火隐患分析

工作面采用放顶煤回采，受地质条件和复采工艺影响推进速度较慢，采空区遗煤多，顶板冒落不密实漏风大，回采期间遇断层或其他特殊地质构造，局部可能留有遗煤且裂隙丰富，造成遗煤持续氧化，增加了工作面回采期间的防灭火管理难度。

综合防灭火技术

一、防灭火预测预报系统

（1）F9305工作面自然发火观测点设在工作面、运输顺槽距回风口10-15m处。回风隅角及运输顺槽距回风口10-15m处安设束管监测探头与束管监测系统相连，回采期间对采煤工作面相关地点每天进行抽气分析。（2）瓦斯检查员每班对工作面风流、回风隅角、工作面回风流一氧化碳及温度情况检测2次；运输顺槽自然发火观测点一氧化碳及温度每周检测一次，异常情况及时汇报并加密检测。（3）瓦斯检查员定期对两顺槽安设的防火检测探孔进行检测，异常情况加密检测。（4）工作面回采期间每周对相邻采空区及其他相关地点的采空区密闭内的气体进行一次采样分析。（5）回采期间定期对工作面风流、回风隅角、工作面回风流进行人工采样分析。（6）充分利用矿井监测监控系统及便携式仪器装备， 在工作面回风隅角悬挂甲烷-氧气两用仪、束管监测探头；在运输顺槽距切眼不大于10m处安设CO传感器，工作面回风口安设一氧化碳、温度传感器。（7）工作面相关地点束管及球胆气体分析出现异常情况，必须加密监测，跟踪现场防灭火处理情况，保证气体监测准确、监控有效。

二、注浆系统

⑴注浆管路敷设

①九采区地面注浆站成浆→地面注浆钻孔→九采回风大巷→九采东南回风大巷→F9305回风联络巷→F9305辅助运输巷→F9305轨道顺槽→F9305工作面。

②注浆管路敷设时应按照从外向里的顺序逐节接设，连接管路的卡兰、胶圈、螺栓要完好可靠，注浆管接设前查看是否有堵塞物。

③注浆管路可采用吊挂或垫起方式进行敷设，采用吊挂敷设管路时吊挂点的间距与风水管路相同。采用垫起方式敷设注浆管路时，注浆管路下方用带弧度的垫木支撑，垫木厚度不小于0.15米，垫木之间的距离不大于一节注浆管长度，垫木支撑时应靠近管路卡兰连接处，以减少管路连接处受力。

④在九采东南回风巷与F9305回风联络巷交叉点处安设一个与管路相同直径的三通，同时安设两个截止阀，使93091注浆管路与F9305注浆管路形成并联系统，截止阀的规格必须与管路相匹配。

⑤进入F9305轨道顺槽敷设主注浆管时必须按标准吊挂或垫起，支管可直接落地敷设，局部低洼地点根据实际可适当垫起。

⑥新安装的注浆管应在注浆前进行打压试验，打压试验期间发现问题及时处理，保证正常注浆顺利进行。

⑦工作面架后注浆管敷设

⑧应急注浆管敷设

（2）注浆方法：由地面注浆站集中制浆，采用静压注浆方式向工作面送浆，利用埋管对采空区进行灌浆。

（3）注浆量计算

Q=K×A×L×H×B

Q——每循环应注浆量（m3）

A——工作面面长（m）

L——埋管间距（m）（取20m）

H——泥浆沉淀的厚度（m）

采空区取H=0.025m；停采线、开切眼取H=0.05m

K——采空区冒落表面不均衡系数， K=1.0—2.2，取K=1.6

B——浆液水土比之和

停采线、开切眼注浆量：

粉煤灰浆液

Q=K×A×L×H×B

=1.6×90.6×20×0.05×4

=579.84m3

黄土浆液

Q=K×A×L×H×B

=1.6×90.6×20×0.05×5

=724.8m3

三、注氮防灭火

（1）注氮量计算

根据《煤炭矿井设计防火规范》GB 51078-2015，制氮设备或装置的能力应按矿井注氮需要选取，注氮能力按下式计算：

QN=60*K*Q0× （c1-c2）/（cn+c2-1）

式中：

QN——注氮量（m3/h）；

Q0——F9305工作面采空区氧化带内的漏风量，一般取5～20 m³/min。该工作面取值7.06m³/min；

C1——采空区氧化带内的原始氧浓度，一般为10%～15%，取10%；

C2——采空区防火惰化指标，可取7%；

CN——注入氮气的氮气浓度，97%；

K——备用系数按总注氮量的1.2～1.5倍选取，取1.5。

经计算，QN=476.55m³/h，取477m³/h。（2）注意事项

①惰性气体释放期间，通巷工区要对井上下管路系统巡查到位，异常及时处理，确保无泄漏。地面注惰车间内设置甲烷-氧气两用仪，仪器报警时人员应立即停止注氮，查找原因进行处理。井下氮气释放区域附近使用甲烷-氧气两用仪测量风流中的氧气及甲烷气体含量；使用光瓦测量风流中的二氧化碳气体含量；使用一氧化碳便携仪测量风流中的一氧化碳气体含量。当气体超过规程相关要求时，要立即汇报通防部门，分析原因，通知地面降低注氮强度或停止注氮。

②在释放过程中，操作人员要经常检查压力、温度、流量等数据是否正常。地面注惰车间要保证通风良好，并有与井下联通的固定电话。

③实施封闭注氮期间利用两顺槽封闭处的束管监测板障内的氧气浓度，当封闭区域内的氧气浓度低于7%时，要汇报通防部门，通知地面降低注氮强度或停止注氮。、实施采空区开放注氮时人员要在上风侧逐步进入回风隅角，监测回风隅角处的氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳气体的浓度，当氧气低于18%，其他气体超过规程相关要求时，要立即汇报通防部门，分析原因，通知地面降低注氮强度或停止注氮。操作液态惰性气体至气化器段的有关阀门，必须带手套。

四、压喷注防灭火材料防治自然发火

（1）阻燃剂防灭火：阻燃剂选择徐州意创生产的矿用阻燃剂（MEA），该产品为无机材料，无毒无副作用，不会腐蚀机械设备。

（2）LFM轻型材料防灭火：工作面两顺槽顶帮出现较大空洞，可采用充填LFM轻型充填材料进行处理。巷道顶帮煤体破碎严重根据实际可采取喷涂LFM喷涂型材料，喷涂、充填可使用气动隔膜泵或双液注胶泵进行。LFM轻型充填材料分为充填型和喷涂型，材料为浅棕色粉末状，无毒副作用，对人体没有伤害。经试验，LFM轻型充填材料溶于水后，不产生高温，固结后放入800℃火炉中不会被点燃，也不助燃，也不足以点燃其它易燃物，具有良好的阻燃抗烧能力，不存在引发矿井火灾和诱发瓦斯煤尘爆炸的危险性。LFM轻型充填材料无燃爆性，且均溶于水使用，为湿润性液体，具备抗静电特性。该材料能对采掘施工地点或矿井其他区域存在的空洞、废弃巷道及硐室完成充填、密闭、堵漏等诸多任务；也可喷涂于井下巷道顶帮代替喷浆工艺，完成巷道密封减少顶帮漏风强度。

五、5工作面过老巷期间气体检测措施

工作面通过老巷、煤体破碎区域时，现场瓦检员要密切关注工作面揭露老巷情况，除工作面、回风流的气体正常检查外，对出现的空洞、高冒区必须进行气体检测，发现有害气体超限，必须停止作业进行处理。处理方法可采用挂挡风帘、用高压水和压风等手段冲淡空洞和高冒区的有害气体，效果不佳时由通防部门制定专项安全技术措施处理。

回采期间，需通过原9311下顺槽断层带段老巷，长度约130米，老巷位于采煤工作面顶板上方，回采时架前不揭露，存在隐蔽致灾因素。回采期间需在工作面接近老巷3m前，提前打探孔检测老巷内气体情况，如老巷内气体有害气体超限，必须采取打孔用压风吹散工作面附近老内的气体，符合规定后再继续回采。通过老巷期间每天至少一次向老巷打设探孔，检测气体情况，异常情况及时汇报。

六、特殊时期防治自然发火措施

工作面停采回撤期间，适当风量下调，缩短工作面造条件停工的时间。工作面停采后在F9305切眼回采帮铺设一路注浆管，长度以管路末端进入运输顺槽内为宜。注浆管采用直径不小于50 mm的钢管加工每隔约3m打设一个出浆孔，可直接落地放置，注浆管外口延接至F9305轨道顺槽防火门墙外。工作面回撤结束后按照煤矿防灭火细则要求在工作面两顺槽内构筑不少于2道永久密闭墙，墙体中间采用不燃性材料进行充填的方式进行封闭采空区。墙体施工时提前预埋注浆管并及时外延，以缩短停采线处的持续漏风时间，密闭施工前加强保护需要保留的注浆管和监测束管，杜绝采空区自然发火。

应用及效果分析

通过以上防灭火措施的综合运用，保证了复采工作面的自然发火安全，安全及经济效益显著，为后续复采工作面的自然发火防治提供了技术支持。