倾斜厚煤层预防自然发火技术探讨

杨　伟

(山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿，山西　吕梁　033000)



·专题综述·

倾斜厚煤层预防自然发火技术探讨

杨伟

(山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿，山西吕梁033000)

在倾斜厚煤层预防自然发火技术的研讨中，不仅要注重高产高效，而且还要在综合开采中采取一定的预防措施防止发生事故。从漏风影响和采动影响两方面对23101综放工作面所开采的13#煤层进行自燃异常分析，并综合利用束管监测、阻化剂喷洒、采空区注氮、黄泥灌浆等防灭火措施，有效降低了矿井通风阻力，减少了矿井内部漏风，对倾斜厚煤层预防自然发火有积极作用。

倾斜厚煤层；自然发火；综合防灭火

1　工作面概况

西山晋兴能源公司斜沟煤矿23101综放工作面所采煤层为13#煤层，工作面南侧为21采区回风上山，东侧为23103采空区，北侧、西侧均为实煤区，上部为8#煤层18111、18109采空区。工作面可采走向长度1 359.8 m，倾斜长度234.9 m，煤层厚度为11.80～15.58 m，平均厚度为14.01 m，煤层倾角为7.2°～10.5°，平均8.7°，盖山厚度291～436 m.

工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤采煤方法，采放比约为1∶3，按一刀一放的正规循环作业，循环进度、放煤步距均为0.8 m，顶板采用全部垮落法管理采空区顶板。

工作面通风系统为“U”型后退式下行通风系统，即材料巷进风、皮带巷回风，目前工作面实配风量2 350 m3/min.

2　工作面煤层自燃异常分析

23101综放工作面于2014年10月6日开始回采，根据山西省煤炭工业厅综合测试中心2012年10月对该矿13#煤自燃倾向性及最短自然发火期鉴定结果，13#煤自燃倾向性为自燃煤层，发火期为3～4个月，最短发火期为61天。

2.1漏风影响

对23101工作面采空区、上隅角气样1—6月份连续进行采集，其化验结果见表1. 由表1可以看出，其化验结果中氢气、乙烯、乙烷、乙炔均为零。23101工作面1—7月上隅角、采空区CO浓度变化曲线见图1，图2.根据上述结论，因23101工作面采空区气体成分中无乙烯、乙烷、乙炔，且CO浓度最大仅为59×10-6，故采空区可能存在遗煤缓慢氧化。

23101工作面采用放顶煤开采，13#煤煤层较厚，使用一次采全高方法，由于采用全部垮落方法，加之上覆存在8#煤18101采空区，煤层平均间距仅58 m，并根据23101工作面采空区上覆地表塌陷情况，且地表存在较大裂缝，在23101工作面采空区全部垮落后有可能会与8#煤层采空区存在漏风通道，同时负压通风方式使得地表的空气沿着裂缝从采空区进入回采工作面。这种漏风方式改变了回采工作面的正常通风方式，使采空区遗煤存在充足的供氧条件，增大了采空区自然发火危险性。

2.2采动影响

分析图2，对照将采空区CO浓度大于45×10-6的峰值作为研究对象，分别计算峰值对应工作面推进间距，并参考23101工作面顶板来压步距分析结果

表1　23101工作面1—6月上隅角及采空区气体化验报告表

备注：工作面位置为工作面推进度

图1　23101工作面1—7月上隅角CO浓度变化曲线图

图2　23101工作面1—7月采空区CO浓度变化曲线图

(顶板来压步距为20～25 m)，可得出采空区CO异常与采空区顶板来压具有相关性，考虑到23101工作面与23103工作面保护煤柱仅为12.5 m，受采动压力的影响，顶板来压后可能使保护煤柱被压裂破碎，使得23103已封闭采空区与23101回采工作面采空区之间通过裂隙形成漏风通道，这种情况一方面容易造成已封闭采空区遗煤自燃，另一方面已封闭采空区如果存在CO等有毒有害气体，也会涌向正在回采的工作面，影响工作面的正常生产。

3　综合防灭火技术方案

针对23101综放工作面遗煤多，漏风量大等特点，建立以束管监测、气体采样等监测预报为前提，以采空区注氮、堵漏风、阻化剂喷洒、黄泥灌浆等为日常防灭火手段的防灭火控制体系。

3.1自然发火束管监测系统

工作面回采期间在地面建立防灭火分析实验室，由专职气体采样人员采集气体经防灭火分析实验室进行化验分析，及时作出自然发火预测预报。

1) 采空区束管管路布置。

通过束管监测系统对工作面采空区气体进行连续监测。主要布置方式沿回风巷道顶板靠外帮铺设2根单芯束管，采用2英寸的保护钢管。为监测采空区的气体浓度，每隔40 m安设1个束管采样器，就能够监测到采空区大约80 m的气体，见图3. 随着工作面的推进，1#、2#束管采样器依次进入采空区，这样就能抽取采空区深部的气体。在推至过2#点约40 m时，把1#点截开，重新布点，依次循环，直至整个工作面采煤过程结束。

图3　工作面采空区各气体参数测点布置图

2) 回采期间的预测预报。

a) 设专人每天对23101采煤工作面回风隅角、回风巷、采空区进行一次预测预报。b) 观察地点：采煤工作面采空区、回风隅角及回风巷。c) 观察内容：气体成分。d) 采好气体样品，送到地面气体分析实验室进行分析，并做好台账和记录。

3.2阻化剂喷洒

该工作面选用氯·化镁(MgCl2·6H2O)作阻化剂，配套1 t液箱，在液箱内配制成12%～15%的溶液，搅拌均匀。如图4所示，沿整个工作面铺设1条高压管路，中间每隔7个支架(约12 m)设1个三通，安装分支软管和喷枪，对采空区遗煤处、两端头进行喷洒。 工作面正常生产过程中，使用喷枪对工作面上下端头、架后浮煤直接实施阻化剂喷洒，保证全面湿润浮煤，因工作面为放顶煤回采，采空区遗煤较多，要求工作面刀刀喷洒。从距离停采线100 m开始，工作面加大阻化剂喷洒量为原来的2倍，防止回撤期间采空区自然发火。

图4　工作面阻化剂管路布置及喷洒示意图

3.3采空区注氮系统

氮气是一种良好的惰性气体，随着空气中氮气含量的增加，氧气含量必然降低。当氧气含量低到5%～10%时，可抑制煤炭的氧化自燃；氧气含量降至3%以下时，可以完全抑制煤炭等可燃物的阴燃与复燃。

氮气的防灭火作用和特点有：1) 氮气可以充满任何形状的空间并将氧气排挤出去，使火区因氧含量不足而致火源熄灭，或者使采空区中因氧含量不足而使遗煤不能氧化自燃。2) 在有瓦斯和火存在的气体爆炸危险区内，注入氮气能使可燃性气体失去爆炸性。3) 向采空区或火区中大量注入氮气后，可以增加采空区相对压力，使新鲜空气难以漏入。4) 氮气防灭火必须与均压和其它堵漏风措施配合应用。否则，如果注入氮气的采空区或火区漏风严重，氮气必然随漏风流失，难以起到防灭火作用。

基于上述氮气的性质及煤的氧化机理，向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，从而达到抑制采空区自燃和安全开采的目的。

工作面选用DT-1000/6型煤矿用移动式碳分子筛制氮装置，工作面回采时向采空区连续注氮作业，注入采空区氮气浓度不得低于97%，氮气产量600 m3/h注氮作业持续至工作面回撤结束且两巷完全封闭后为止。注氮管路材料巷敷设至工作面机尾端头埋入采空区60 m. 输氮管路每300 m设置截止阀、观测三通及压力表，采用拖管埋管式注氮方法向采空区进行连续注氮。

3.4黄泥灌浆

工作面备有移动灌浆泵，结合矿井已采综放工作面防灭火经验，在工作面支架回撤前对其采空区实施一次采空区防灭火预灌浆措施，能够达到有效的防灭火效果。要将黄土与水按适当比例制成浓度为18%～20%的泥浆，然后用灌浆泵通过泥浆管路将泥浆从机尾灌入采空区；泥浆注入采空区后，泥浆沉淀，浮煤被覆盖，裂隙被填充，形成隔绝漏风的隔离带，使浮煤与空气隔绝，防止氧化生热，泥浆所到之处，增加了煤的外在水分，抑制氧化发展，同时冷却了已自燃的煤炭，以防止煤自燃火灾发生。

4　结束语

探讨倾斜厚煤层预防自然发火技术，需要深入研究倾斜厚煤层预防自然发火的措施来防止自燃。通过利用束管监测、阻化剂喷洒、采空区注氮、黄泥灌浆等防灭火措施，改造矿井通风系统，可以有效降低矿井通风阻力，减少矿井内部漏风，这对于倾斜厚煤层预防自然发火，保证安全生产有积极意义。

[1]董伟，王学兵，史波波，等.开区注液氮防灭火技术在羊场湾煤矿的研究与应用[J].煤炭工程，2011(12)：3-4.

[2]张金山，寇斐斐.公乌素矿煤层自燃原因分析及防治技术[J].内蒙古煤炭经济，2013(3)：2-3.

Discussion on Prevention Spontaneous Combustion Ignition Technology of Inclined Thick Seam

YANG Wei

It not only pays attention to high production and efficiency, but also takes some preventive measures in comprehensive mining to prevent accident in inclined thick seam prevention spontaneous combustion ignition technology. From air leakage effect and mining influence to analyze abnormal spontaneous combustion of No.13 coal seam in 23101 fully mechanized caving face. The preventing and extinguishing measures are comprehensively used. It effectively reduces the mine ventilation resistance, decreases the mine air leakage, and has positive role for prevention spontaneous combustion ignition of inclined thick seam.

Incline thick coal seam; Spontaneous ignition; Comprehensive fire prevention and control

2016-04-19

杨伟(1986—)，男，安徽淮南人，2010年毕业于安徽理工大学，助理工程师，主要从事采煤一线技术工作

(E-mail)634344631@qq.com

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1672-0652(2016)06-0049-04