综采面综合防灭火技术应用与实践

陕 峰

(大同煤矿集团临汾宏大雪坪煤业有限公司，山西 临汾 041000)

煤矿井下采空区自燃发火所造成的井下瓦斯爆炸、有害气体溢出等事故在我国井下易自燃煤层中时有发生[1-3]，尤其在煤层群开采过程中，采矿条件复杂，回采工作面采空区多，采空区自燃的机率及对回采工作安全生产的影响均大大增加[4-5]，本文以山西某矿为工程背景，探讨了采空区防自燃的一些技术措施，并综合这些措施，成功运用于该矿采空区预防自燃当中，取得了较好的效果。

1 矿井概况

山西某矿位于山西省孝义市西南16 km处的柱濮镇贺南沟村至下柱濮村一带，井田面积为5.205 km2，井田范围内有公路与主要城市相连，交通位置十分便利，该矿井设计生产能力为120万t/a，井田内可开采煤层为2#～11#煤层，井田内开采煤层数量多，开采方式属于煤层群综采开采，采空区较多，且与工作面的空间位置较为复杂，根据山西省煤炭工业厅综合测试中心2018年度自燃倾向性鉴定报告，10#和11#煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类，自燃倾向性质为自燃，由于10#和11#煤层距离近，同时需开采的工作面多，采空区多，所以该地段开采时极易发生采空区煤层自燃发火事故。为解决该矿煤层群开采时，采空区易自燃发火的安全问题，在探讨前人提出的采空区防自燃发火技术措施的基础上，提出了针对煤层群开采采空区防自燃发火的综合安全措施，并在该矿成功应用，取得了较好的效果，保证了矿井的安全高效生产。

2 采空区防灭火技术

影响采空区煤的自燃的因素很多，如采空区煤层自燃难易程度、漏风情况、采矿条件、煤田地质条件、煤层氧化发热条件等。多种因素作用下的影响机理较为复杂，煤层群开采时采空区数量多，工作面与采空区空间位置关系复杂，需采取多种措施相结合的方法综合防治煤层群开采时采空区自燃发火。

2.1 开采工艺防采空区自燃发火技术

相关研究证明，影响采空区自燃的开采技术参数主要有：工作面推进速度、最小煤层露头、煤层回采率、隔离封堵采空区的及时性、工作面的开采顺序等，因此在采空区容易发生自燃的条件下应特别注意这类开采参数。

2.2 灌浆防采空区自燃发火技术

煤矿井下注浆防火灭火是防止采空区煤炭自燃的传统技术措施之一，近年来成功运用于各个矿山。灌浆防灭火的作用机理包括阻断供氧通道和煤体散热，注浆防灭火原理示意图，如图1所示。

图1 注浆防灭火示意图

2.3 阻化剂防采空区自燃发火技术

目前常用的阻化可通过喷雾和雾化输送到采空区和煤体，从而抑制煤层自燃。其基本原理如下：1) 阻化剂在煤体在表面可形成隔氧层，并封堵煤层裂隙，吸收空气中水分，使煤体保持湿润，由于试剂具有很强的吸水能力，煤体长时间保持湿润。2) 在煤体表面，破坏煤的表面力场，煤中抑制剂与活性分子的相互作用在一定程度上增加了氧分子的活化能，从而大大降低了煤与氧之间的有效碰撞概率。阻化剂移动式喷洒系统工艺图，如图2所示。

图2 移动式喷洒系统工艺图

2.4 惰气采空区防自燃发火技术

经过长期的发展，惰性气体采空区的防火灭火技术已在一些发达国家和采矿科学技术先进的国家的煤矿中得到应用。移动式惰性气体注入系统，如图3所示。

图3 移动式惰性气体注入系统

2.5 采空区漏风封堵技术

通过对某些漏气源采取一些堵塞措施和设施，可以有效减少采空区漏风，防止漏风引起的采空区煤炭自燃。近年来我国学者也在采空区堵漏放灭火方面进行了大量研究，提出了一些适应我国煤矿地质条件的采空区堵漏措施，包括：利用封闭墙堵漏、使用喷射泥浆堵漏、以及使用高惰性泡沫堵漏等。

2.6 采空区均压防灭火技术

波兰学者于1950年首次提出采空区均压防火灭火技术。自20世纪60年代以来，压力均衡防灭火在世界各地的煤矿得到应用，我国也对该技术进行了大量探索，并在我国一些煤矿得到了成功的应用，取得了较好的防灭火效果，均匀放灭火技术分闭区和开区两种。自动控制均压防灭火系统，如图4所示。

3 工程实践

根据该矿煤层数量多，间距小的实际地质条件，属于煤层群开采方式，煤层群开采时采空区数量多，位置复杂，结合以上采空区防自燃发火技术措施，需通过通风、防尘、防灭火等综合措施，来保障井下采空区不发生自燃发火。

图4 自动控制均压防灭火系统

3.1 通风措施

通风方式及通风量对防治采空区煤层自燃发火有重要影响，应采取合理的通风通道，来保证采空区不进风，矿井副立井进风量2 019 m3/min、主斜井进风量2 073 m3/min，矿井总进风量4 092 m3/min，总回风量4 278 m3/min，负压500 Pa，矿井等级孔3.63 m，满足矿井通风需要。主扇型号为FBCDZ-10-№26，配套电动机功率2×200 kW，电机型号：YBF-560S2-10，额定风压2 450 Pa～649 Pa,额定风量4 320 m3/min～9 600 m3/min，为防爆抽出式对旋轴流风机。

3.2 综合防尘措施

煤尘的生成及堆积，也易造成自燃发火事故，因此应采取综合防尘措施来消除该类事故隐患，矿井现使用2个600 m3高山静压水池，管路沿主斜井至井底车场铺设到井下各个地点，供各大巷、作业地点用水，井下各采区进、回风大巷、采、掘工作面进回风巷均按照规程规定数量安装了隔爆设施、净化水幕，所有转、装、卸载点全部安装了喷雾装置，各类装置均灵敏、可靠，运行正常。

3.3 防灭火措施

通风措施及防尘措施可作为煤层群开采时采空区防自燃发火的辅助措施，因此，也需要采取防灭火的直接措施，来彻底杜绝煤层群开采时的采空区自燃发火事故，结合矿井实际条件采用以下直接防灭火措施。

1) 束管监测系统

地面安装了SG-2003型煤矿自燃火灾束管监测系统，选用GC-4085型煤矿专用气相色谱仪，在11103工作面上隅角及其他测点共布置了7个束管监测探头，每日抽取气体进行分析，积极开展自然发火预测预报工作，防止煤层自燃。

2) 黄泥灌浆系统

建立了地面集中黄泥灌浆站，选用ZJ-90制浆机1套，井下干管采用DN125×6的无缝钢管，支管采用DN125×6的无缝钢管，管路采用法兰连接，管路沿11103主运巷敷设至11103工作面，在11103采空区实施注浆。

3) 注氮系统

井下回采工作面选用有1台DTJY-800/0.6型制氮设备，制氮量800 m3/h，输出压力≥0.6 MPa，氮气纯度≥97%。注氮管路采用Φ50mm无缝钢管，管路已铺设至101运巷闭墙、101材巷闭墙、11103运输巷至工作面，注氮系统运行正常。

4 结语

煤矿井下煤层群开采时采空区防自燃发火的具体措施，主要有：注浆、均匀防灭火、惰性气体防灭火

等。同时，在探讨采空区防自燃发火的基础上以山西某煤业为工程背景，结合实际地质条件提出了可在该矿使用的综合防采空区自燃发火措施。