自然发火停采工作面安全撤退防灭火技术

闫小鹏

（同煤集团燕子山矿通风区，山西 大同 037037）

1 工程概况

同煤集团燕子山矿核定生产能力480万t/a，井田走向长8.8km，倾斜宽6.6km,面积58km2，于1988年正式投产，采用综采放顶煤开采方法。

该矿东区4#层302盘区最短自然发火期为82d，煤层平均厚度6.43m，8218为综采放顶煤工作面，停采撤退期间风量为1900m3/min。由于放顶煤工作面采空区遗煤较多，停采撤退时间较长，采空区漏风大，为采空区持续供氧，造成尾端头CO超限，有自燃预兆，CO浓度最大增长到3200ppm，机道最大800ppm，后溜最大1000ppm。搬家撤退期间治理自然发火是工作面安全搬家的关键环节。

2 搬家撤退期间自然发火治理方案

灭火工作主要包括8218工作面风量调控、均压通风、头尾端头封堵和采空区注氮、注阻化剂等措施。

2.1 8218工作面风量调控及均压通风

（1）降低风量。将8218工作面风量从1900m3/min调控至1500m3/min。

（2）采用均压通风。在尾巷负压风门以外安装两台2×30kW局部通风机，开启两级，将风筒延接至上隅角处，进风顺槽风量降低至980m3/min，回风顺槽风量为1500m3/min。采取均压防灭火后，降低进风顺槽风量，减少采空区漏风，使采空区气体流场及采空区“三带”位置发生变化，有效抑制采空区遗煤自燃。

（3）根据工作面及回风巷CO浓度情况，进一步降低风量，调控进风顺槽风量为780m3/min，回风顺槽风量为1230m3/min。

（4）随着工作面支架的撤退，由于顶板塌落，使工作面自然降风，最后进风量为520m3/min，回风量945m3/min，尾局部通风机风筒末端风量为410m3/min。均压防灭火通风系统如图1所示。

2.2 头尾端头封堵

采空区的主要漏风通道为头尾端头，撤架时为了减少采空区的漏风和氮气的泄漏，对头尾端头实施封堵。根据放顶煤工作面的条件，采取以下方法：

（1）构筑粉煤灰袋墙。工作面撤架定位后，在工作面头、尾端头处用丝袋装满粉煤灰，构筑粉煤灰袋墙并用风筒布将墙体挡严，减少已撤除支架后的采空区漏风。要求粉煤灰袋墙紧贴端头支架，尽量减少漏风。

图1 均压防灭火通风系统示意图

（2）注罗克休。为了进一步对采空区进行堵漏，对头、尾端头粉煤灰袋墙体缝隙和煤帮间隙注“罗克休”进一步封堵，A料与B料配比比例为1:4，更有效的减少采空区漏风，杜绝向采空区供氧。

2.3 注氮防灭火

8218注氮防灭火示意图如图2所示。

图2 8218注氮防灭火示意图

（1）在8218工作面推进至距离停采线30m时，提前在5218巷预埋一趟注氮管，以备撤支架倒系统时使用。

（2）相邻巷道5220巷施工钻孔注氮。由于工作面设备未撤退，施工钻孔困难，因此在相邻5220巷里360～400m处施工7个钻孔，钻孔位置在支架后5～50m范围分布，增加8218采空区注氮含量。5220巷道为7趟Φ108mm的无缝钢管，有4趟管路同时输送氮气到采空区防火。

（3）支架间施工钻孔注氮。在8218工作面每隔10个支架施工一个钻孔，钻孔长度为15～30m，钻孔位置为支架间低位孔，钻孔位置距离底板50cm。利用原有2218巷Φ108mm无缝钢管注氮系统与架间钻孔相连接进行注氮。

（4）注氮流量计算。根据氧含量计算防火注氮流量见公式（1）：

式中：

Q0-采空区氧化带内漏风量，工作面风量为1000m3/min，取Q0为12m3/min；

C1-采空区内氧化带平均氧含量，取为15%；

C2-采空区氧化带防火惰化指标，取为7%；

Cn-注氮防火时氮气纯度，取为98%；

k-输氮管路损失系数，取为1.2；

n-工作面防灭火系数，防火为1，治理CO超限或灭火为3；

r-煤层自然发火期，Ⅱ类取为1。

工作面治理CO气体超限所需注氮流量取为4200m3/h。

（5）增大采空区注氮量。初期将注氮量由3000m3/h增加至4500m3/h，经过观察上隅角及回风流CO浓度略有降低，效果不明显，后又将注氮量增加至6000m3/h，CO浓度降低幅度较大，效果明显。

2.4 喷洒阻化剂和注水

在支架上方及架间打小钻孔注氯化镁和注水，每隔3架支架用锚杆钻机或岩石电钻向支架上方或架缝打钻。钻孔长度为10～50m，钻孔直径为Φ25mm，钻孔内插入Φ15mm钢管作为套管，钻孔用高压软管与井下移动式注浆泵及静压水管连接。每个钻孔在施工完毕后，每天注氯化镁2t，并对每个钻孔每天注水20min，对工作面进行防灭火及采空区降温。

3 撤退方案设计

3.1 先撤退 1～80#支架

经过一系列防灭火措施的实施，8218工作面1～80#支架处CO浓度降底到24ppm以下，1～80#支架具备撤退条件。为了缩短受CO气体影响时间，尽快撤出支架，封闭8218工作面，保证矿井正常生产衔接。决定对8218工作面1～80#支架从头巷撤出，剩余40个支架，待8218工作面通风系统调整后，再进行撤退，确保了撤退工作安全顺利完成。

3.2 调整8218工作面通风系统

（1）提前在2218巷回风绕道至皮带巷之间砌筑两道负压风门，并打开2218绕道临时密闭墙，砌筑调节风门。

（2）停止5218巷2×30kW局部通风机运转，打开5218巷负压风门，同时关闭2218巷负压风门，封闭5218巷回风绕道。

（3）调控2218巷回风绕道风量，使2218巷回风量为600m3/min。

3.3 重新调整注氮系统

（1）停止5220巷钻孔注氮，并对钻孔进行封堵。

（2）将5218巷注氮管与主注氮管路相连，对8218采空区实施注氮。

（3）利用8218后40架架间钻孔进行注氮，总注氮量为3500m3/h。

3.4 撤退 81～120#架

（1）倒完系统后，81～120#架处于新鲜风流中，撤退时不受气体威胁，能够确保人员作业安全。

（2）经过前期的防灭火治理，在开始撤退81#架时，回风流CO浓度降至20ppm，并有继续下降的趋势。

4 效果分析

4.1 防灭火效果

燕子山矿8218放顶煤工作面因采空区自然发火，给停采撤面带来较大困难，研究采用调风、头尾端头封堵、加大注氮量和注阻化剂等综合治理的方法，成功治理了采空区发火，顺利撤出工作面支架，解决了放顶煤工作面自然发火、CO超限的难题，实现了工作面安全快速撤退。

4.2 效益分析

4.2.1 经济效益

（1）8218工作面采空区发火的成功治理，避免了因采空区发火而将工作面长时间封闭的情况发生，确保8218面120个支架顺利撤退复用。

（2）8218面120个支架顺利撤退，并应用于8214工作面，确保了燕子山矿正常生产衔接，保证了8214面提前3个月顺利出煤，创造了很好的经济效益。

4.2.2 安全效益

8218工作面采空区综合防火治理，消除了安全隐患，使CO浓度降低到安全范围，确保人员施工安全，保证矿井安全生产。

4.2.3 社会效益

（1）通过一系列防火措施的实施，证明了防火措施的有效性、时效性，为矿井回采工作面采空区发火治理提供了实践经验。

（2）此次8218采空区发火的成功治理，增强了工程技术人员的实践经验，提高了业务水平，同时提高了广大干部员工的防火意识，为以后矿井安全生产打下坚实基础。