巷道高冒火区自燃火灾综合防治技术实践与分析

高福全，汤笑飞

(中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036000)

0 引言

对于采空区自燃火灾的防治技术，近年来很多企业和科研机构都在不断探索。如抚顺矿务局采用尾巷抽放外加采空区注氨的方式[1]。还有采用预抽的方式治理瓦斯，回采时在采空区采用阻化剂雾化或注凝胶的防火方法[2]。大佛寺矿 40104 超大俯采工作面采用三相泡沫大范围覆盖浮煤和采用凝胶封堵漏风的综合防灭火技术[3]。白芨沟矿采用了水封进风巷道抑爆技术、地面钻孔大流量注三相泡沫灭火技术等[4-5]。济宁二号煤矿坑口电厂粉煤灰的物理化学特性进行了分析研究，并利用粉煤灰进行了应用性研究[6]。但以上治理措施存在的问题也比较明显。如采用尾巷抽放的方式容易造成采空区漏风，会加剧采空区煤炭自燃，技术管理困难，单一的治理措施很难达到较好的治理效果。在认真分析19106工作面发生火灾原因的基础上，提出了以灌注大流量两相泡沫为主结合注水、灌注凝胶、风流调整、端头封堵等的综合防灭火技术。

1 19106工作面概况

19106工作面是井工一矿太西采区9号煤首采工作面，上部为14106工作面采空区，北部与潘家窑矿相邻，南部是19107工作面，东部是太西水仓保护煤柱，西部为施西矿小窑破坏区。工作面主采九号煤层，煤质中硬，受回采动压影响巷道易冒顶。煤层最大厚度14.60 m，最小厚度为10.60 m，平均为11.90 m。19106煤层绝对瓦斯涌出量为0.3449 m3/min，相对瓦斯涌出量为0.0156 m3/t；自燃倾向性为Ⅱ级，发火期3～6个月，属易自燃发火煤层；煤尘爆炸指数为43.59%，具有强爆炸性。19106工作面采用单一倾斜长壁布置，采用综采放顶煤回采工艺，一次采全高，机采采高3.4 m，放顶8.5 m，循环进度0.8 m。工作面回采长度为2767 m，宽度为297 m。截止2014年2月5日，辅运巷推进2542 m(F7点前29.6 m)，主运巷推进2538 m(Z9点前23.6 m)，距停采线203 m。19106工作面铺设注氮管路和注浆管路，工作面太西区地面有四套AH-LG-1200型地面固定膜分离制氮装置和地面注浆站，采用随采随注的注氮方式和采后灌浆的注浆方式。

2 发火经过及原因分析

2.1 发火经过

2014年2月5日，19106工作面辅运巷推进至2542 m(F7点前29.6 m)处(辅运巷掘进时发生过冒顶)，2月5日8时，综采队早班人员入井后，在工作面回风隅角发现CO报警，并发现进风隅角架后有烟雾冒出。随后对进风隅角支架后部进行检查，发现距离支架后部10 m处上部煤层冒落，隐约可见高温煤炭和明火。2月5日中班15：40，进风隅角CO浓度达到440 ppm。

截至2月7日中班，工作面累计推进10.5刀，回风隅角CO浓度维持在208～310 ppm之间，回风巷CO浓度维持在103～180 ppm之间。2月8日和9日工作面一直处于停滞状态，回风隅角和回风流中CO持续升高，其中回风流中CO浓度一度达到300 ppm以上。工作面布置如图1所示。

图1 19106工作面通风系统图

2.2 发火原因

在19106辅运巷掘进期间，在目前火源点位置发生过巷道冒落，处理后虽然表面上没有问题，但是由于微弱漏风和蓄热条件的存在，使得冒落区内部存在热量积聚，但是由于巷道处于进风之中，气体和温度不能显露出来。当工作面回采到此处时，由于地压影响使巷道垮落，起初高温氧化的煤体冒落下接触空气而发生明火燃烧现象。因此井工一矿19106工作面发火属于巷道高冒火。

3 火区综合治理及效果分析

为了尽快对火区进行治理，恢复工作面正常生产，井工一矿与中国矿业大学通风防灭火研究所合作采用以大流量灌注三相泡沫措施为主，配合注水、凝胶、风流调整等辅助措施的综合防灭火技术手段对火区进行治理，经过一周左右时间的处理，成功的将CO浓度控制在安全范围内，实现了对火区的成功治理。

3.1 大流量三相泡沫技术

井工一矿与中国矿业大学专家对现场火势进行考察和分析，决定对采空区火区实施大流量灌注三相泡沫技术措施。三相泡沫是由气(氮气或空气)、固(粉煤灰或黄泥等)、液(水)相经发泡而形成的具有一定分散体系的混合体。粉煤灰或黄泥浆注入氮气或空气发泡后形成三相泡沫，体积大幅增大，在采空区中可向高处堆积，对低、高处的浮煤均能有效地覆盖，避免了普通注水或注浆工艺中浆水易沿阻力小的通道流失的现象(拉沟现象)；氮气能有效地固封于三相泡沫之中并下落到火区底部，随泡沫破灭而释放出，充分发挥了氮气的惰化、抑爆作用；三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质，这些固态物质组成三相泡沫面膜的一部分，可在较长时间内保持泡沫的稳定性，泡沫破碎后具有一定粘度的粉煤灰或黄泥仍可较均匀地覆盖于浮煤上，有效地阻碍煤对氧的吸附，防止了煤的氧化，从而遏制煤自燃的进程[7-8]。三相泡沫具有降温、阻化、惰化、抑爆等综合性防灭火性能。

经过现场考察决定在19106工作面变三相为两相，使用两相泡沫灭火。两相泡沫去掉了三相泡沫中的黄土成分，发泡倍数更高，实施过程更加简单，同时对工作面环境污染小，更为适合19106工作面灭火需要。19106工作面两相泡沫灌注通过提前预埋的两寸注水管路和四寸注浆管路实施，同时注浆管路采用迈步式铺设方式，步距为30 m。三相泡沫灌注示意图如图2。

图2 三相泡沫及垛墙施工简图

3.2 注水

注水是较为经济的灭火方法，水又具有较好的降温灭火效果，但是注水具有局限性。注水能够对冒落下的高温煤炭进行降温，但是不能对高位火源进行控制，因此注水不能对19106火区进行治理，但可以对火区火势进行压制；

19106工作面火区早期，在工作面端头支架后10 m处发现明火后，随即在高温明火位置埋入2寸钢管(注浆管路出口在火源后30 m处)，并通过2寸埋管注水。经过注水处理，火势得到控制，CO浓度稳定在103～180 ppm之间。

3.3 风流调整

由于火源位置位于19106工作面进风巷，CO通过工作面排出，造成了工作面内CO浓度过高，工人无法作业。为保证工作面尽快正常推进，决定对19106工作面进行反风处理，变进风为回风，改变CO排放路线，为工作面推进争取了时间。

对19106工作面反风处理使工作面处于新鲜风流中，加快了后溜积煤清理工作，为工作面推进创造了条件。反风措施的实施改变了火源点漏风通道，但未减少工作面漏风量，同时反风使得CO通过辅运巷排出，妨碍了防灭火措施的实施。因此反风措施并未对火源点控制起到决定性作用。

3.4 灌注凝胶

凝胶是将水玻璃和碳酸氢铵按照一定比例混合后经过化学反应形成的一种胶冻装的物质[9]。凝胶具有较好的封堵作用，能够对裂隙和垮落采空区进行填充和封堵[10]。为了对火源进行隔离窒息，19106工作面对回风隅角进行灌注凝胶处理，凝胶采用插管灌注的方法，将花管插入支架后10 m位置。

由于凝胶流动性差，灌注凝胶需要施工密集钻孔才能达到较好的效果。由于19106工作两巷支护较好，空间较大，钻孔施工条件有限，凝胶设备治胶量小，较难一次性将巷道填充完整，因此灌注凝胶后效果并不明显，但是一定程度上减小了工作面漏风。

3.5 上下端头封堵

为了最大限度的减少采空区漏风，降低火源点氧气浓度，达到窒息灭火的目的，采用了上下端头封堵的措施。在工作面上下端头使用蛇皮袋装煤进行垛墙，墙体厚度不小于0.5 m，垛墙要求一侧贴近支架，一侧靠紧煤柱，上部接顶。同时，在工作面支架后部和垛墙前部悬挂风帘布，风帘布要接顶到底。

在实施以上一系列措施同时，加快工作面推进速度，至2月12日夜，监测回风隅角CO平均浓度为76 ppm，回风巷CO平均浓度为16 ppm，趋于正常，火情得到了较好的控制。又持续对火区进行治理一周时间，工作面CO基本消除，19106工作面火区得到了成功的治理。工作面CO浓度变化如图3所示。

图3 19106工作面一氧化碳浓度变化图

4 结论

中煤平朔井工一矿19106工作面发火事故的处理和分析，告诉我们对于具有自燃发火危险的煤层和工作面要重视自燃发火事故，加强工作面防灭火工作执行力度，要加强防灭火管理工作力度，做到万无一失。

1) 对于工作面准备期间和回采期间遇到的断层等地质构造复杂区域，工作面回采期间遗煤量大的区域，要提前预埋灭火管路。对于高冒区及煤柱裂隙发育区，要重点关注，提前预防，防治煤炭自燃发生；

2) 加强重点区域的监测监控。对于工作面采空区内部、上隅角、高冒区及临近采空区，要布置气体、温度探头，实时或定期对其发火参数进行观测，如果有异常变化要及时采取措施进行治理；

3) 做好日常防灭火工作。对工作面采空区要持续性灌注氮气或者预防性注浆处理，保证工作面采空区的惰化环境。在工作面切眼期间、过断层期间、撤架期间和推进速度缓慢期间要及时实施防灭火措施，防治因推进速度缓慢造成的采空区遗煤自燃现象发生；

4) 加强防灭火设施、设备的维护。在平时对防灭火设施，包括注浆站设备、注浆管路、注氮管路等要及时检查维护，确保防灭火设施完好。

[1] 关学军．综放开采的瓦斯治理与火的防治[J]．东北煤炭技术，1997，(1):33-38．

[2] 严如令，赵凯．南山煤矿瓦斯灾害控制及消防火措施[J]．煤炭技术，2004，(4):61-62．

[3] 任万兴，巫斌伟，王德明，等．高瓦斯易自燃超大俯采工作面的防灭火技术研究[J]．采矿与安全工程学报，2009，(2):198-202．

[4] 章永久，王德明．高瓦斯矿井特大型火区抑爆技术研究及应用[J]．神华科技，2009，(1): 28-33．[5] 王德明，章永久，张玉良，等．高瓦斯矿井特大火区治理的新技术[J]．采矿与安全工程学报，2006，(1):47-51．

[6] 姜希印．济宁二号煤矿稠化粉煤灰防灭火技术研究[D]．西安:西安科技大学，2006．

[7] 秦波涛. 防治煤炭自燃的三相泡沫理论与技术研究[J]. 中国矿业大学学报,2008，(4):585-586.

[8] 秦波涛,王德明,毕强,等.三相泡沫防治采空区煤炭自燃研究[J]. 中国矿业大学学报,2006，(2):162-166.

[9] 凌志仪,吴章云,袁巧,等. 凝胶阻化剂防灭火的应用工艺[J]. 煤矿安全,2009，(10):22-24.

[10] 王刚. 新型高分子凝胶防灭火材料在煤矿火灾防治中的应用[J]. 煤矿安全,2014,(2):228-229.