腾晖煤矿综合防灭火技术的实践应用

王兴强

（霍州煤电集团河津腾晖煤业有限责任公司，山西 河津 043300）

1 工程概况

腾晖煤矿隶属于霍州煤电集团，1201工作面处于该矿十二层盘区回风上山北翼，同上部10#、11#火区的垂直距离为150m。尽管一直在对10#、11#火区进行治理，但近来年对火区的范围和火势情况都无法明确。2015年1月28日，因供电质量问题导致九层主要通风机停止作业，6min后通风机才重新恢复通风。此时对1201工作面的CO浓度进行测试，尾巷出口CO浓度700ppm，采面机尾处CO浓度1000ppm。为查明CO浓度升高原因，对工作面进行封闭气样分析。气样分析结果表明CO浓度升高的原因不是来外1001、901和1201采空区。工作面的通风负压、漏风及通风系统的相互影响等因素，导致工作面上部区域的氧气量增加，从而导致了CO的大量产生，带到1201尾巷处而造成CO浓度超限。1201工作面上部区域的火区位置的确定是该工作面防灭工作的重点和难点，本论文主要是利用测氡法与钻孔探测技术来对火区位置进行确定，然后在该工作面采空区采用注氮技术实施注氮从而惰化采空区起到防灭火的目的。测氡法、钻孔探测、注氮技术的综合应用，有效地降低了1201工作面CO的浓度，数据检测结果表明CO的浓度已下降到140ppm，同时表现出下降趋势，C2H4、C2H6等有害气体浓度也得到了控制，降低到安全水平。充分说明腾晖煤矿1201工作面采空区综合防灭火技术的实践应用合理，灭火效果显著。

2 高温异常区域的探测

地面测氡法主要是测量各点氡浓度的扩散情况，根据氡浓度最大范围来对该工作面的高温异常区域进行大致确定。结合钻孔探测对具体位置的温度值及埋藏深度进行确定，掌握详细的火区实况。

2.1 地面测氡

本次主要是采用CD-1α杯测氡仪进行地面测氡作业。探测区域如图1所示：主要包括920回风巷、915运输巷、915回风巷、916运输巷的对应地表区域，一采区九层的轨道上山和皮带上山和对应地表区域。总区域面积达70000m2。以网格布置测点，规格为10m×10m，整个区域作业时间为30d。

图1 测氡探测井下高温异常区域范围图

在1201工作面回采期间，对1201采空区对应地表区域进行了地面测氡作业，探测区域范围如图2所示，总区域面积达160000m2。以网格布置测点，规格为20m×20m，整个区域作业时间为30d。通过对氡扩散浓度的数据测量及数据处理，得到区域内高温异常区域分布图。接着采用钻孔探测来确定，对具体位置的温度值及埋藏深度进行确定。

图2 测氡1201工作面采空区测氡示意图

2.2 钻孔探测

本次钻孔探测主要是采用热电偶和红外测温仪测试钻孔内温度，采用抽气泵抽取钻孔内气体进行分析。在920回风巷、915运输巷、915回风巷、916运输巷、一采区九层的轨道上山、一采区九层皮带上山各实施2个地面探测钻孔。确定1201工作面气体的来源和温度。

根据地面测氡技术和钻孔探测结果，综合分析1201工作面的高温异常区域为915回风巷与915运输巷之间的煤柱区域。在确定的高温异常区域内，采用黄泥复合胶体防灭火技术进行注浆灭火。在该高温异常区域内布置8个钻孔，通过钻孔灌注胶体材料，用来实现对火区与生产开采区进行隔离。后期为保障1201工作面回采的安全，防止1201工作面采空区的遗煤因自燃发生火灾，针对1201采空区实施注氮防灭火的技术措施。

3 注氮惰化1201采空区

检测结果发现1201工作面CO浓度超限后，立即停止作业并对工作面进行封闭。准备采用插管注氮措施来对1201工作面采空区进行惰化处理。选用DT-600/6型煤矿用移动式碳分子筛制氮装置。1203回风巷进行钻孔作业，终孔位置设定在1201运输巷下侧帮部，距离工作面20m，30m，50m的位置分别设置1个终孔位置。钻孔作业完成后，采用Φ75mm钢管连接到制氮机上，管路铺设为：一采九层煤上山→钻孔→1203回风巷→1201运输巷→注氮位置。从而向1201工作面采空区内进行注氮作业，惰化采空区，起到防灭火的目的。注氮管路铺设路线为：一采九层煤上山→钻孔→1203回风巷→1201运输巷→注氮位置。

注氮作业的技术措施：（1）由煤矿测量队做好施工方位和角度线的确定，钻孔作业严格按确定位置进行打钻，终孔位置超出1201运输巷下帮500mm，离底板600mm为合适即可。（2）保障套管的连接牢固，无漏风现象发生。（3）注氮作业时先向距离工作面20m的第1个钻孔内注氮，然后对区域内的气体数据进行监测后，根据实况再决定是否向第2、第3钻孔内注入氮气。（4）防灭火工作的后期，注氮作业是否继续进行，需要根据1201工作面采空区的气样分析结果进行确定。（5）注氮期间，如采面上、下隅角等处氧气浓度可能较低，揭示警标，禁止人员逗留或进入，检测人员不得进入氧气浓度低于18%的区域检查。（6）注氮管路的铺设要求平直稳，接头处要保证不漏气，钢管支点必须要求有4点以上，保障管道安全。

4 效果评价

2015年1月28日，一采区九层主通风机恢复通风后，尾巷出口CO浓度700ppm，采面机尾处CO浓度1000ppm。2015年1月29日，工作面尾巷处CO浓度达3009ppm，C2H6浓度307ppm，C2H4浓度16ppm，CH4浓度0.78%；上隅角处CO浓度0，C2H4浓度0，C2H6浓度3ppm，CH4浓度0.14%。2015年2月3日～5日，上隅角处沙袋密闭内，CO浓度21094ppm，C2H4浓度151ppm。

针对1201工作面采空区实施注氮惰化技术措施后，在2015年4月10日～31日对1201工作面密闭回风巷中的气样进行分析，数据显示CO平均浓度为142ppm，最高浓度为389ppm，最低浓度为0。C2H4平均浓度为3.5ppm，最大浓度为4ppm，最小浓度为3ppm。从检测数据可以看到，针对1201工作面采空区注氮惰化技术措施效果比较理想，已有效地控制了1201工作面采空区遗煤的自然发火现象，降低了CO、C2H4等有害气体的浓度，实现了该采空区防灭火的目的。

5 结语

（1）工作面回采期间，采空区遗煤自然发火是煤矿安全工作的重点和难点，不及时进行处理就容易引发相应的煤矿安全事故。

（2）传统单一的地表掩埋、黄泥灌浆等灭火技术的效果不佳，利用先进的地面测氡探测技术对工作面的高温异常区域进行确定，再采用钻孔探测确定位置和深度，其次进行钻孔注浆技术。针对采空区再实施注氮技术的应用，能有效地控制CO等有害气体的超限。

（3）多种防灭火措施的综合使用，使腾晖煤矿1201工作面的采空区遗煤自然发火问题得到控制，有效地降低了火区内CO、C2H4等有害气体浓度。本次对1201工作面采空区的防灭火的治理合理，效果良好。