综放工作面防灭火技术探究

黄晓伟

（霍州煤电集团晋北煤业公司，山西 忻州 035100）

霍州煤电集团晋北煤业公司山浪煤矿位于山西省忻州市静乐县娘子神乡山浪村，矿区位于宁武煤田的东南部，矿井煤层赋存稳定，属低瓦斯矿井。5-101综采工作面开采煤层厚度4.0～6.15 m，平均厚度5 m，采用走向长壁综合机械化放顶煤生产工艺，采空区采用全部垮落法处理。工作面相对瓦斯涌出量为0.28 m3/t，绝对瓦斯涌出量为0.36 m3/min，采用U型通风方式，实际通风量为1100 m3/min。

1 5-101综放工作面煤的自燃分析预测

5-101综放工作面开采的是5#上煤层，经煤炭科学总院抚顺分院鉴定5#上煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层。

1.1 煤的含硫量分析

根据矿井煤炭全硫分析试验报告，5#上煤层全硫5.68%。

根据《山西省静乐县牛泥煤矿区勘探（精查）地质报告》，5#上煤层为以中灰分煤为主，高灰煤次之，中-高硫，低磷，高发热量的1/3焦煤为主，肥煤次之。

从煤的含硫量分析，含硫分越多，吸氧能力越大，越易自燃；5#上煤层的硫分含量为中-高硫，因此5#上煤层的自燃倾向性较强。

1.2 煤岩特性分析

从煤岩成分分析，煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向性就越大；5#上煤层以黑—深黑色、沥青—玻璃光泽、断口参差状、节理及内生裂隙较发育、条带状结构为主，层状构造，平行层理发育；宏观煤岩类型以亮煤为主，次之为半亮煤型煤；丝质组占8.8%～30.4%，平均20.62%，含量较高，因此5#上煤层的自燃倾向性较大。

1.3 煤的炭化程度分析

从煤的炭化程度分析，煤层的自燃性随煤炭的变质程度的增高而降低。煤的炭化程度越低，挥发分含量越高，煤层自燃倾向越强。5#上煤层原煤挥发分平均27.45%，属于中等挥发分，存在自燃倾向性。

1.4 煤的赋存条件分析

5#上煤层厚度2.85～6.15 m，平均5 m，为厚煤层，煤层稳定，结构简单，局部地段因上靠基岩剥蚀面较近、煤层顶板破碎、地下水活动频繁等原因，煤层遭风化。

由于5#上煤层厚度大，易于局部储热，开采时煤炭损失，破碎程度大，煤层遭风化增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，所以5#上煤层自燃发火危险性大。

综上所述，5#上煤层吸氧量0.51 mL/g，自燃倾向性较大，属于自燃煤层。

2 综合防灭火技术

针对5#上煤层自燃的危险性及特点，山浪煤矿从5-101工作面试采时就采取综合防灭火措施，工作面回采期间实时注氮、束管监测，工作面回撤期间喷洒阻化剂，构筑防火密闭墙，杜绝了采空区煤炭自然发火。

2.1 采空区注氮

《煤矿爆炸、火灾及其防治技术》中根据氧气浓度划分采空区三带采用以下指标：①不自燃带的氧气浓度＞18%；②自然带的氧气浓度位于8%～18%的范围内；③窒息带的氧气浓度＜8%。采空区注入氮气，能有效降低采空区内氧气含量，减少氧化反应的发生，如能有效将氧气浓度降至8%以下，则采空区可成为窒息带，从而阻断氧化反应的发生，从根本上预防自然发火。同时采空区注入氮气后，提高了气体静压，降低了漏入采空区的风量，减少了氧气与煤炭直接接触的机会。氮气在流经煤体时，吸收了煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓或终止，使采空区遗煤氧化周期<自燃发火期。

山浪矿根据井下工作面实际布局情况，建立地面固定式注氮防灭火系统。从注氮站采用4寸管路经主斜井、集中皮带巷一直送到5-1011巷，在4寸管路上用三通连接两趟2寸阻燃塑料管路送到工作面迎头，随顶板垮落埋入采空区。两趟管路交替迈步，回采工作面每推进30 m，关闭其中一趟2寸管路上阀门，剁断一趟管路，等顶板垮落埋入后打开阀门注氮，以此实现采空区不间断注氮。注氮技术主要参数：注氮流量：1000 m3/h；氮气浓度：＞97%；氮气释放口位置：采空区以内0～60 m。

2.2 加强气体监测

配合注氮系统，采用束管监测系统对采空区、上隅角指标气体进行实时监测。从5-1012巷接入束管3根，其中1根悬挂在工作面上隅角，另外2根加防护套随工作面顶板垮落埋入采空区，交替迈步，步距20 m，对工作面上隅角和采空区0～40 m范围内的指标气体情况进行动态监测。指标气体主要监测CO，CO2，O2，N2，CH4，C2H2等6种气体。通过监测以及连续注氮，采空区15 m后氧气浓度可降至8%以下，CO常态20PPM以下，没有超出50PPM。山浪矿将束管监测结果制成报表，每天由通风科长、通风区长、总工程师审批，实时掌握采空区内指标气体的变化情况。

2.3 回撤期间采空区喷洒阻化剂

遗煤自燃阻化处理的主要作用机理是通过增加煤体的蓄水能力，一方面依靠水分蒸发吸热降温，同时在煤体颗粒周围形成液膜包围煤体表面裂隙面，从而减小煤与氧气接触面，降低煤在低温时的氧化速度，延长煤的自燃发火期。山浪矿5-101工作面回撤期间喷洒的阻化剂主要成分为氯化钙，采用人工喷洒的方式，在回撤期间每天检修班向采空区及上、下隅角松散煤体及支架后部遗煤大量喷洒阻化剂，进一步减缓松散煤体的氧化自燃发展过程。

2.4 构筑防火墙封闭采空区

5-101回采工作面回撤结束后，在原5-101工作面正、副巷施工两道永久防火密闭墙，密闭墙体全厚为3 m，内、外墙为料石墙，厚1 m，中间掏槽充填速凝固化剂（阻燃膨胀材料），确保防火密闭墙不漏风。密闭墙底部预留反水孔，中部预留监测孔，顶部预留措施孔，3孔采用2寸钢管加阀门设置，定期通过监测也使用束管监测系统监测采空区内指标气体变化情况，一旦发现CO等自然发火指标气体浓度升高，需要采取灭火措施，即可通过措施孔对采空区进行注氮或注黄泥浆。

5-101防火密闭墙施工完成后，由通风区负责将两道闭墙设为瓦斯巡回检查点，每班对闭墙前的瓦斯、CO及温度进行3次检查，并作记录；将两闭墙作为矿井永久防灭火观测站，对闭墙内的有害气体每5天通过墙体中部的观测孔进行监测，并建立监测记录台账。当发现密闭墙内有异常时及时制定措施进行处理。

总之，山浪煤矿针对综放工作面采空区残留浮煤多、容易自燃的特点，采用综合防灭火技术手段，通过采空区连续注氮、束管监测、喷洒阻化剂、构筑高标准防火密闭墙，有效降低了采空区内的氧气浓度，阻断氧化过程发生，收到了很好的效果。