燕子山煤矿综放工作面综合防灭火技术应用研究

翟茂兵

（大同煤矿集团挖金湾煤业有限公司，山西省大同市，037042）

1 燕子山煤矿8901综放面发火情况及原因分析

同煤集团燕子山煤矿14-2＃煤层具有自燃倾向性，发火期3～6个月，该煤层901盘区8901综放面为U 型通风系统，采用后退式回采，工作面风量1200m3／min。工作面倾斜长150m，走向长900m。煤厚平均9.8m，煤层倾角7～9°。工作面上覆12＃煤层309盘区采空区。

8901综放面顶板初次垮落后，发现进风量和回风量相差150 m3／min，工作面上隅角CO 浓度为0.0015%，回风流中CO 浓度0.0005%。当工作面回采将近80m 时，工作面上隅角CO 浓度高达0.045%，回风流中CO 浓度达0.015%，回风流温度由22℃上升至42℃，并且进风巷道出现微风，回风巷风量为700 m3／min，采空区内CO 最高浓度达到0.15%。

通过安装在12＃煤层和14-2＃煤层封闭的采空区内的束管监测系统发现，12＃煤层8910 采空区内的煤炭发生了自燃。由于8901工作面上覆为12＃煤层8910采空区，两工作面的层间距仅为2～5m，导致8901综放面顶板全部垮落后8910采空区内的CO 气体大量下泄。另外通过示踪技术检测发现12＃煤层8910采空区已与小煤窑采空区塌通，造成8901采空区外部漏风严重，导致8901综放面采空区内煤炭自燃，产生大量CO。

由于8901采空区气体成分及浓度变化不定，用气相色谱仪分析气体成分有CO、C2H4、C2H2（C2H2间歇出现）等，各气体浓度时高时低。因此，可以采用CO、C2H4及C2H23个指标综合地将采空区自燃划分为3 个阶段：出现0.0001%级的CO 时为缓慢氧化阶段；出现0.0001%级的CO和C2H4时为加速氧化阶段；出现0.0001%级的CO、C2H4和C2H2时为剧烈氧化阶段，此时即将出现明火，工作面处于危险状态。据此可知，8901综放面在回采期间采空区之所以间歇地涌出C2H2，且各指标气体浓度时高时低，就是由于反复出现明火所致。

2 8901综放面综合防灭火技术措施

2.1 均压通风防灭火技术

8901综放面均压通风系统见图1。在进风巷均压硐室内按通风设施建筑标准砌建一道0.5m厚的隔离墙，在墙体上距顶板0.5 m 的中间位置安装两直径为0.78 m 的铁风筒。在隔离墙前3～6 m处砌建通风机稳装平台，再在平台上并排放置2台2×55kW 均压通风机，两台通风机通过特制导风筒相连接 （1台运转、1台备用）。在进风巷内均压硐室之间砌建两道均压风门。在回风巷内距回风绕道口以里10m 处砌建两道均压调节风门。在均压风门和均压调节上分别安装一套水柱计和乳胶管，观测压力变化情况。

图1 均压通风系统示意图

2.2 封堵采空区外部漏风技术

由于工作面采空区进风侧是采空区漏风的主要通道，为减少此处漏风，在工作面下隅角挂风帘，以改变此处风流方向和增加进风通道阻力，减少采空区漏风。在工作面回采过程中，必须有专人负责风帘管理。工作面回风巷是氮气必流经的通道，氮气注入采空区后在区内扩散，惰化氧化带，然后大部分从回风巷流出。但如果此通道太畅通，必然造成氮气在区内扩散速度加快，不利于采空区惰化。因此，对回风巷道顶板应该强制放顶，用矸石堵塞采空区回风侧。

根据12＃煤层采空区与小煤窑破坏区的连通情况，对周边小煤窑采掘情况进行了认真详细的调查。通过对调查结果分析研究，决定有针对性地对有关小煤窑的巷道进行封堵。同时对901盘区内的相邻采空区防火密闭进行了加固喷浆。

2.3 采空区注氮技术

在8901工作面进风巷外侧巷帮敷设无缝钢管，并埋入采空区内，管路采用法兰盘连接，每隔一定距离预设氮气释放口，其位置高于煤层底板200～300mm，并采用石块或木垛加以妥善保护以免孔口堵塞。为控制注氮地点，提高注氮效果，采用拉管移动式注氮方式，利用回柱绞车将埋管向外牵引，埋管移动周期与工作面推进速度保持同步，使注氮孔始终在采空区氧化带内注入氮气。通过氮气的注入，降低了8901采空区内的氧气浓度，对采空区内煤炭自燃起到了很好的抑制效果。

2.4 新型材料封堵技术

8901综放面设备撤退完毕后，采用马立散和罗克休等新型材料封闭采空区。首先在巷道内砌建两层厚度分别为0.75m 的砖墙，两层墙中间间隔0.3m，并向内灌注罗克休加固材料。然后在密闭墙周边打钻孔，灌注马立散，将顶板裂隙充填严密。最后对密闭墙及裙边进行喷浆，喷浆厚度不小于150mm。

2.5 地面集中灌浆防灭火技术

8901采空区封闭后，经过一段时间，通过观测孔检查采空区内CO 浓度达0.6%，说明煤炭又发生复燃。利用红外热像探测仪和采空区标志性气体浓度分析查找火源位置。火源位置确定后，在地面建立集中灌浆系统，从地面直接向火源区域打钻孔，对其进行黄泥灌浆。

3 8901综放面综合防灭火措施效果分析

通过采取综合防灭火技术措施，燕子山煤矿的外部漏风量和8901综放面采空区漏风量大幅减小，采空区煤炭自燃得到了有效遏制。

3.1 均压通风防灭火技术

均压系统启动前，以相邻封闭的8903采空区密闭墙内外压差数据作为8901综放面均压系统启用后压力数据的参考，8903防火密闭墙内外压差为3.5Pa。8901综放面均压系统启用后，工作面与盘区巷道的压差为3.4～3.6Pa，采空区的漏风由原来的150m3／min降至20m3／min，CO 浓度由原来最高的0.0015%降为0.000015%。通过采用均压措施，使工作面内保持了足够的风压，有效地避免采空区漏风进入工作面，抑制了CO 等有害气体的下泄，为安全回采提供了有利保障。

3.2 封堵采空区外部漏风技术

本措施实施完毕后，对12＃煤层采空区CO 气体的外泄起到了一定的抑制作用，降低了8901综放面采空区的外部漏风，14-2＃煤层901盘区进回风差由原来360m3／min减小到120m3／min。

3.3 采空区注氮技术

通过对工作面实施采空区注氮技术措施前后工作面上隅角CO 浓度的实测数据比对分析，发现在8901综放面实施该措施后，工作面上隅角CO 浓度始终保持在0.000015%以下。因此，采空区注氮技术可以起到较好的防灭火效果。

3.4 地面集中灌浆防灭火技术

通过对8901综放面相邻和上覆采空区气体浓度变化特征进行分析论证，大体确定了火源范围，对此范围进行了灌浆，将火源直接熄灭，彻底治理了CO 等有害气体对矿井安全生产的威胁，CO 浓度由最高时的0.0015%降至0。

综合防灭火技术的应用前后，8901 综放面上隅角各种气体变化情况见表1。从表1 中可以看出，综合防灭火技术措施实施后，8901 综放面采空区煤炭自燃的各项指标气体的浓度呈显著下降趋势，上隅角温度也明显下降，说明采空区的煤炭自燃得到了有效遏制。

表1 8901综放面上隅角各种气体浓度变化情况

4 结论

（1）通过对燕子山煤矿8901综放面采空区自然发火情况分析可知：该工作面采空区外部漏风严重；采空区自然发火的指标性气体为CO、C2H4及C2H2；采空区自然发火分为3 个阶段：出现CO时的缓慢氧化阶段，出现CO 和C2H4时的加速氧化阶段，出现CO、C2H4和C2H2时的剧烈氧化阶段。

（2）根据8901综放面采空区自然发火原因及特点，采取了均压通风、封堵漏风、采空区注氮、新型材料封堵和地面集中灌浆相结合的综合防灭火技术措施，该技术措施实施后，8901 综放面采空区的漏风量由150m3／min降至20m3／min，CO 浓度由原来最高的0.0015%逐渐降至为0.000015%，工作面上隅角CO 浓度始终保持在0.000015%以下，工作面的采空区漏风和煤炭自燃都得到了有效治理，使得该工作面的120万t煤炭安全采出。

（3）综合防灭火技术在治理煤炭自燃中起到了非常重要的作用，但是，在实际应用中还有很多不足需要今后进一步研究，如缺乏成熟的理论和技术来准确查找煤炭自燃位置，目前部分防灭火材料腐蚀井下设备，危害工人健康、污染井下环境，在今后的工作中应主要研究安全、绿色、经济、高效的防灭火材料和设备。

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