天安煤矿预防井下火灾的措施和防灭火方法

李晓飞

（1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024；2.山西安泽玉华煤业有限公司，山西 临汾 042509）

天安煤矿预防井下火灾的措施和防灭火方法

李晓飞1，2

（1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024；2.山西安泽玉华煤业有限公司，山西 临汾 042509）

介绍了天安煤矿2号、5号煤层的煤岩特性、煤的自燃预防措施；并介绍了工作面阻化剂防火、黄泥灌浆防火、井下注凝胶灭火的方法。

煤矿火灾；防灭火

1 概述

阳泉煤业集团天安煤矿的设计生产能力0.9 Mt/a，斜井开拓方式布置有主斜井、副斜井、回风斜井；主要可采煤层有2号和5号煤层。2号煤层吸氧量为0.7468 cm3/g，煤的自燃倾向等级为Ⅰ级，容易自燃。5号煤层吸氧量为0.6385cm3/g，煤的自燃倾向等级为Ⅱ级，为自燃煤层。

2 煤岩特性分析

从煤的含硫量分析，5号煤层硫分0.76%～2.48%，平均为1.62%，为中硫煤，自燃倾向性较小。从煤岩成分分析，2号煤层以光亮型煤为主，半亮型煤次之，带状结构。从煤的炭化程度分析，煤层的自燃性随煤炭变质程度的增高而降低。煤的炭化程度越低，挥发份含量越高，煤层自燃发火倾向越强。一般说来，褐煤易于自燃，烟煤中长焰煤危险性最大；贫煤及挥发份含量12%以下的无烟煤，难以自燃。5号煤原煤挥发分平均34.92%，为气煤（QM），存在自燃倾向性，5号煤层自燃发火倾向高。

3 煤的赋存条件分析

5号煤层厚度15.39 m～16.64 m，平均16.01 m，属特厚煤层，煤层厚度大，易于局部储热，故自燃发火倾向大；煤层倾角10°～35°，为倾斜煤层，井田由一组宽缓的背向斜构成，自燃发火频率较高。

4 防灭火方法的选择

煤矿防灭火方法包括：煤自燃预测预报、防灭火技术及装备的选择。

5号煤层采用综采放顶煤采煤法，日推进度5.4 m，运输顺槽长372 m，轨道顺槽长度295 m，工作面正规循环率为0.85；5号煤属于特厚自燃煤层，采用分层放顶煤采煤方法。天安煤矿选择KYSC-1型井下移动式火灾气体束管采样监测系统，并采用了工作面阻化剂防火、工作面采后黄泥灌浆防火、井下注凝胶灭火方法。

5 煤的自燃预防措施

1）开拓开采方面的措施：本矿井采用斜井开拓、工作面后退式开采，可在采完后有效地封闭采空区，利用顺槽有效地注浆防火。本矿井5号煤层属自燃煤层，因此布置煤层内五平运输巷、五平轨道巷、五平回风巷，采用金属支架挂网喷浆；北运输巷、北轨道巷、北回风巷采用料石砌碹。回采工作面采用机械化程度高、推进速度快的综采放顶煤采煤方法，减少煤的暴露时间，降低煤层自燃的几率。井下机电峒室采用不燃性材料支护。

2）通风方面的措施：回采工作面采用后退式开采，“U”型通风系统，对防止自燃发火有利。回采工作面采完后及时构筑密闭墙，加强对采空区的密闭管理。

3）监测方面的措施：在工作面设自燃发火观测点，并建立监测系统，建立自燃发火预测预报制度。在井下设置KYSC-1型井下移动式火灾气体束管采样监测系统。采空区束管布置图，见图1。在进、回风顺槽按一定间距布置束管采样器，采空区气体成份测定范围大约距工作面150 m左右，约50 m设一个测点，保持采空区内部进、回风侧各三个探头，上下顺槽同时观测。地面色谱分析：井下通过束管采样仪采样，并送至地面色谱分析，分析参数主要有：O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8。

图1 采空区束管布置图

6 防灭火方法的介绍

6.1 阻化剂防灭火

1）阻化剂材料选择：用于煤矿防灭火的阻化剂主要有：CaCI2、MgCI2、NH4CI、水玻璃等。选择对高硫煤有较高阻化率的工业氯化钙作为阻化剂。

2）工作面阻化气雾防火工艺系统：由储液箱、高压泵、过滤器、电器开关、高压胶管、阀门、汽雾发生器等组成。储水箱、高压泵、电器开关等主要设备安放在两辆平板矿车上，距工作面30 m，与乳化液泵站相连接，并随之移动，可在采煤工作面液压支架上安设汽雾发生器。压力药液经汽雾发生器化成雾状，借漏风漂游到采空区的任何漏风地点，从而抑制残煤氧化自燃，达到防火目的。气雾喷射工作在移架之前进行，将汽雾发生器分别置于进风口、液压支架架间、回风巷机头等处，开动高压泵进行气雾喷射。

3）工作面阻化气雾日喷洒量：V=K1K2dγLhl/R式中：V为日喷雾量，m3/d；K1为喷雾加量系数，取1.2；K2为每吨遗煤喷洒气雾量，阻化剂浓度为20%，为0.02m3/t；d为工作面采空区丢煤率，放顶煤采煤法取30%；γ为煤的实体密度，1.37 t/m3；L为工作面长度，70 m；h为工作面煤层厚度，8.0 m；l为工作面日进度，5.4m；R为气雾转化率，85%。经计算，工作面日喷雾量为35.09m3/d。

6.2 黄泥灌浆系统

1）灌浆系统：在副斜井地面工业场地设灌浆车间，设集中灌浆系统，对回采工作面进行预防性灌浆，沿副斜井、副井井底车场、北材料巷、北轨道巷、五平轨道巷、运输顺槽、轨道顺槽铺设好灌浆管道，当回采工作面采完后，通过密闭墙上预埋管道向采空区进行预防性灌浆，防止自燃。为防止灌浆管道阻塞，在副井井底车场管段的最高处和主井井底车场最低处设置三通，作为放空浆液或冲洗管道之用。

2）灌浆方法：采用埋管灌浆法，灌道插入密闭墙6 m～8 m，密闭墙上部设有注浆孔，下部设有泄水孔，泄水排至工作面运输顺槽后入井底水仓，经水泵排出地面。

3）对灌浆材料的要求:①颗粒要小于2 mm，而且细小颗粒（粘土：≤0.005 mm者，应占60%～70%）要占大部分。②主要物理性能指标比重为2.4 t/m3～2.8 t/m3，塑性指数为9～11(亚粘土)胶体混合物（按MgO含量计）为25%～30%，含砂量为25%～30%，颗粒为0.5 mm～0.25 mm以下，容易脱水和具有一定的稳定性，不含有可燃物。

6.3 井下注凝胶灭火工艺

凝胶防灭火技术是近几年发展起来的新型防灭火技术；该技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，较好地解决了灌浆、注水的泄漏流失问题；技术工艺及设备与井下有限作业空间等实际条件的适应性，使该技术在灭火过程中充分发挥其效能，可快速有效地控制和扑灭火势，已成为煤矿井下必不可少的防灭火技术之一。该技术具有如下特点：

灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能，灭火速度很快。通常，巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。

安全性好：胶体在松散煤体内凝胶固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。

火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，不需等待，即可启封火区。

火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点，都不会复燃。

7 结束语

阳泉煤业集团天安煤矿，针对井下火灾，采取了行之有效的预防措施，以及所述三种防灭火方法，收到了很好的效果。

Fire Prevention and Extinguishing in Tian'an Mine

LI Xiao-fei1，2

(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi030024；2.Anze Yuhua Coal Co.,Linfen Shanxi042509)

The paper introduces the rock features of No.2 and No.5 coal seams in Tian'an mine and precautions for spontaneous combustion.Different fire extinguishing measures are also introduced,including:inhibitor method,yellow-mud grouting method,and gelatin grouting method.

mine fire disaster;fire prevention and extinguishing

TD75+2.1

A

1672-5050（2011）03-0036-03

2010-10-11

李晓飞（1977—），男，山西浮山人，在读工程硕士研究生，工程师，主要从事煤矿管理工作。

刘新光