综采工作面综合防灭火技术研究与应用

2018-12-06王雪峰

山东煤炭科技 2018年2期

王雪峰

（山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司，山西临汾 041206）

山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司位于蒲县乔家湾乡东北7.5km处。矿井采用平硐开拓，一次采全高走向长壁法采煤，全部垮落法管理顶板，通风方式为中央并列式。

2101综采工作面位于一采区，工作面走向全长960m，倾斜长度172m。运、回两巷均采用矿用11#工字钢加工成的梁、腿进行支护，巷道断面为梯形，巷道上净宽2.6m、下净宽3.35m，净高2.12m，净断面积为6.54m2。工作面开采对象为山西组中下部2#煤层，瓦斯含量较低，煤尘具有爆炸性，属容易自燃煤层。煤层直接顶为粉砂岩，厚度为4～8m，有0.6～1.55m的砂质泥岩伪顶，顶板为泥岩，厚度为1～3m。由于2#煤层埋藏较浅，最浅处距地面仅有70m，在回采过程中极易引起地表漏风与工作面自身上下隅角向采空区的漏风，导致浮煤氧化自燃，出现自然发火隐患，2101工作面在前期120m回采期间采空区经常出现自燃现象，严重影响工作面回采安全，对此新良友矿研究决定对采空区采取注浆灭火+阻化剂灭火等综合防灭火措施，确保工作面安全稳定回采。

1 采空区自然发火区监测

新良友煤矿采用简易束管监测系统对采空区浮煤自燃状况进行监测，通过设置简易束管装置监测采空区气体变化，由人工操作巡回取样，送地面色谱仪分析。具体施工方法如下：

（1）首先在2101综采工作面回风巷距切眼200m处建立井下抽气泵站并由防爆电机带动抽气泵，作为简易束管系统的抽气动力。

（2）沿工作面回风顺槽铺设5芯集束束管，束管装入2寸保护钢管内，埋入切眼支架后尾梁后部，束管集中接到束管采气泵站，各设通气阀门，分别取气分析。采样器沿工作面均匀布置，采样器与单芯束管连接，通过采样器对不同地点的气样进行抽取；如图1所示。

（3）为防止顶板煤矸石坠落砸坏采样器或防止浆液流入采样系统，采样器在采空区埋放地点应高出底板一定距离。

（4）监测采空区气体时采用气囊取样，由抽气泵分别抽取不同束管监测地点的气样，并及时带至地面进行分析。

图1 2101综采工作面采空区自燃发火区简易束管监测系统布置示意图

2 2101工作面采空区综合防灭火技术研究

2.1 注浆防火技术设计

注浆防火技术主要分地面注浆与井下移动式注浆两种方式，地面注浆工艺虽能起到较大流量地封堵漏风通道，包裹煤体，从而遏制煤体自燃的作用，但工程实施较复杂，一次性投资较大。井下移动式注浆具有以下特点：①装置在井下具有移动性，使用方便；②注浆材料来源广泛，如黄土、粉煤灰以及化学凝胶等物质。

（1）注浆防火。2101工作面采空区采用两台移动式注浆站进行注浆施工，根据新良友煤矿煤层的自燃倾向性和采煤方法，决定采用踏步式埋管灌浆方法，即随着工作面不断回采，依次埋设注浆管路并注浆，在注浆过程中必须确保出浆口距工作面不得低于15m。管道铺设则根据工作面布置情况而定。注浆步距初步确定为40m。如图2所示。

图2 2101工作面埋管注浆防火工艺示意图

（2）灌浆灭火。如出现危险性自燃隐患或需采后封闭灌浆对工作面采空区进行处理，则需在火灾区密闭后采用密闭墙插管注浆，从密闭墙上方的注浆管向采空区注浆。

（3）注浆材料。对工作面采空区进行注浆时必须保证注浆材料满足以下条件：①不含或少含助燃和可燃材料；②比重2.4～2.8；③塑性指数9～14；④胶体混合物25～30%；⑤含砂量25～30%；⑥易脱水又要具有一定稳定性。综上所述新良友矿防灭火注浆材料选择地表黄土。用汽车从矿外运输，充满贮土场为止，其数量要满足井下灌浆防灭火的实际需要并留有一定富余系数。

2.2 阻化剂防火设计

2.2.1 阻化剂防火原理

通过阻化剂与水适当配比混合成一定浓度的水溶液，从而起到防火的目的，其防灭火的主要机理如下：①阻化剂可以有效提高低温时煤的化学惰性，从根本上降低煤炭与氧的亲和力，阻止煤炭自燃；②阻化剂在煤块和煤的表面裂隙面周围形成液膜，减少煤块与漏风量接触面积；③充填煤柱内部裂隙；④增加煤体的蓄水能力；⑤水分蒸发吸热降温，主要通过降低煤在低温时的氧化速度，从而对煤的自然发火期进行延长。

2.2.2 阻化剂防火工艺

2101工作面采用阻化剂防火的工艺方式主要有两种，即压注阻化剂溶液和汽雾阻化等。①在对煤柱、工作面切巷以及停采线等易燃地点进行防灭火时，一般采用施工钻孔进行注射阻化剂的处理方法。首先必须确定采区内火区范围并对钻孔地点进行温度检测，钻孔施工时从火区边缘依次向火源中心进行，钻孔施工完后对钻孔内注射阻化剂水溶液，从而降低火源温度；②汽雾阻化防火主要是采用雾化器将具有一定压力的阻化剂水溶液雾化成微小雾粒，该细小雾粒通过采空区漏风风流漂移到采空区漏风所到之处，从而达到采空区防火的目的。