高分子胶体灭火剂在易复燃火区的应用

2018-03-25许洪亮

中国煤炭工业 2018年10期

文/许洪亮

针对徐矿集团三河尖煤矿7441工作面火区易复燃的特点，通过分析现场条件以及火区治理难点，施工高位灭火钻孔灌注高分子胶体灭火剂对火区进行灭火，并辅以其他防灭火措施，实现火区安全启封，消除启封后复燃隐患，保证设备按计划拆除。

一、7441工作面概况

三河尖煤矿7441工作面轨道巷走向长340m，运输巷走向长240m，煤层倾角10°～20°、厚度2.4～5.4m，采高3.1m。工作面采用综合机械化放顶煤采煤工艺，选用MG400/930-WD型双滚筒采煤机，共安装支架119架，其中ZF7200/17/35型液压支架113架，ZFG7200/20/32型液压支架6架。工作面所采的7层煤属于易自燃煤层，采用U型下行通风方式，即轨道巷进风，运输巷回风。工作面92～94号支架处揭露一条贯穿工作面走向的火成岩，并伴生一条落差2.1m的正断层。工作面布置如图1所示。

2012年9月21日工作面开始生产，受火成岩侵入以及断层影响，回采期间工作面92号支架向上全岩，70号支架向上顶板破碎，推进速度非常慢，回采75天下部仅推进14m。由于采空区漏风供氧充分，长期暴露的切眼处煤体及采空区遗煤一直处于良好的漏风供氧状态，导致采空区遗煤均不同程度的氧化，其间虽采取了防灭火措施，但工作面仍然发生自燃，于2012年12月8日封闭。

图1 7441工作面布置图

二、7441工作面启封过程及通风情况

1. 启封过程

为启封工作面，在7441工作面后部施工一条消火道，在7441工作面前部施工拆除巷道和联络巷，以便向7441采空区打钻灌注防灭火材料和工作面设备拆除。前期利用高水材料充填7441工作面发火空间，共计施工95个钻孔，终孔分别布置到13～56号支架尾部、架后5m、架后10m以及老切眼的顶煤中，压注高水材料充填空间约3988m3，未完全覆盖采空区。另外向采空区灌注泡沫凝胶7吨、MEA防灭火剂混合溶液47吨。

7441工作面火区分别于2014年10月17日、2015年1月8日、2016年3月10日先后进行3次启封，正常通风时间最短只有7天，因CO持续升高而重新封闭。3次启封仅回收1～18#支架及部分刮板输送机部件。

2. 启封后维持正常通风时间短的原因分析

（1）高水材料凝固时间较长，压注的高水材料覆盖终孔位置范围不理想，流动性大，大量高水材料自上而下流走，难以覆盖高位遗煤。

（2）高水材料容易堵孔，造成钻孔压注高水材料不均衡，有的钻孔压注高水材料量大，有的钻孔由于压力过大而只能少量压注。

（3）因工作面回采平均只有24.5m，而且未放顶，采空区内有大量遗煤，采空区内未冒落或冒落较少，冒落不实，工作面一旦恢复供风，采空区内漏风严重，遗煤迅速氧化。

（4）煤具有贫氧氧化放热的特点，通常情况下，较低的氧浓度与煤反应放出的热量就可维持高温煤体温度不下降。因此，煤层自燃时采用封闭灭火，火区启封后易于复燃。

三、7441工作面火区治理难点分析

根据7441工作面现场实际情况和火区处理过程，结合煤自燃特点，初步分析该工作面火区治理存在以下难点。

一是工作面推进度少，采空区自燃“三带”尚未形成，整个采空区的遗煤均处于氧化状态，尤其是自贯穿以来一直暴露在空气中切眼周围的煤体。之前多次启封，也不同程度地向采空区通入了新鲜风流，遗煤氧化得到进一步加剧，架顶等位置的松散煤体也可能已处于氧化状态。

二是工作面倾角较大，常规的灭火材料（如水、黄泥浆等）注入到采空区后会沿底板流失，不能滞留在所需位置，难以起到应有的灭火作用，尤其是针对高位火源，效果更差。

三是工作面倾角大、顶板破碎，含有断层带，影响支架拆除的进度，也会缩短松散煤体的自然发火期。若不能在火区封闭期间做好治理工作，很可能会在启封后很短的时间内再次复燃。

四、高分子胶体灭火剂的应用

1. 火区治理思路

由于工作面是在生产期间紧急封闭，工作面未进行刷扩，支架回撤难度大、周期长。因此，采取分阶段拆除设备，即第一阶段回撤煤机以及剩余前部刮板运输机部件；第二阶段刷扩工作面，回撤支架。针对第一阶段设备回撤计划，以“胶体降温堵漏和氮气惰化控氧”防灭火技术为主，在封堵漏风通道进行注氮的基础上，向采空区灌注高分子胶体灭火剂，充填采空区松散煤体，大幅度降低采空区内的高温能量，控制采空区的漏风供氧，有效控制采空区复燃。

2. 高分子胶体灭火剂性能

高分子灭火胶体具有的防灭火性能：（1）固水性；（2）吸热降温性；（3）渗透和堵漏性；（4）阻化性；（5）充填性能；（6）灭火安全性；（7）成胶时间可控性。

3. 高分子胶体防灭火工艺与设备

高分子胶体可通过专用设备（ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置），将其按比例（水里的0.8%以上）与水混合后注入火区进行灭火。

4. 防灭火钻孔设计

根据之前工作面采空区遗煤状况、发火点以及注高水材料情况分析，本次注高分子胶体灭火剂控制氧化的区域为19～60#支架范围。在7441拆除巷道向7441采空区施工42个灭火钻孔，每架一个灭火钻孔，终孔分别位于19～60#支架尾部、架后3m、架后6m，交替布置。为防止灌注时钻孔漏液，钻孔避开第一、第二联络巷松动圈。1～10号孔为扇形布置，11～19号以及20～42号钻孔平行布置。钻孔施工采用ZDY1200S型钻机，配套MZG50/38钻杆，直接利用该钻杆向采空区注胶体灭火剂。钻孔布置见表1所示。

表1 灭火钻孔布置

5. 治理效果

通过42个灭火钻孔灌注高分子胶体灭火剂1045m3，由高向低灌注，充填采空区松散煤体，实现降温隔氧。在灌注高分子胶体灭火剂的同时，辅以砌墙堵漏、注液态氮气等控氧措施。采取上述措施后，通过采集气样进行色谱分析，火区内CO浓度由30ppm降为0，无乙烯、乙烷，气体符合《煤矿安全规程》第279条规定的火区启封条件。工作面火区启封后，按计划安全回撤了煤机、刮板输送机等设备。