东曲矿12514综采工作面自然发火综合防治技术实践

谭亚军

摘 要：针对东曲矿12514综采工作面煤层易自燃的问题，在对煤层自然发火特性进行分析研究的基础上，选择以喷洒阻化剂为主，辅以束管监测、注氮、构筑防火门墙的综合防灭火技术，制定并落实了现场安全管控措施。实践表明：实施这一系列综合防灭火技术措施后，杜绝煤层自燃，确保工作面的安全回采。

关键词：自燃发火;阻化剂;综合防灭火;安全回采

综采技术是当前井工煤矿开采的主要方式，但由于工作面开采过程中顶板冒落不严实、遗留浮煤多、漏风现象严重等问题，大大增加了井下煤炭开采过程中的自燃风险[1]。东曲煤矿12514综采工作面所在的2#煤层属于Ⅱ类易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数32.65%，煤层绝对瓦斯涌出量14m3/min，安全生产压力巨大，尤以工作面回采过程中的防灭火工作为首。

1 工作面概况

12514工作面工作面走向长度约1200m，倾斜长为220m，北东部為2#煤辅助运输巷，南东部和南西部均为采区边界，北西部为12512工作面，煤层厚度在0.79～1.62m之间，平均煤厚为1.31m，局部有夹矸，属稳定型煤层，回采方式选用综合机械化一次性采全高，采用U型通风系统，轨道顺槽进风，皮带顺槽回风。

2 自然发火危险性分析

①综采设备笨重，安装、移动程序繁琐，耗时长，加上工作面走向长度较大，导致工作面回采速度较慢，采空区遗煤较多，导致自然发火各项参数指标监测困难，难以准确判断采空区自燃“三带”分布区域，尤其是停采撤面时，难以保证采空区封闭的可靠性;②工作面两侧顺槽顶板上的留煤受掘进和回采扰动的影响破裂变碎，棚网中堆积的碎煤处于长期氧化蓄热升温状态，且两顺槽端头处煤炭回采率低，随着工作面回采推进，棚网的碎煤和端头处未采的顶煤冒落进行采空区，缩短了采空区遗煤自然发火期，漏风环境下易引发自然发火。

鉴于该工作面开采条件的复杂性，单一的措施难以保证预期的防灭火效果，因此，从可靠性、经济性方面着手，采取以喷洒阻化剂为主，辅以束管监测、注氮、构筑防火门墙的综合技术措施来防治该工作面自然发火[2]。

3 综合防灭火技术措施

3.1 采空区埋设束管监测系统

针对12514工作面实际情况，在采空区埋设移动式束管监测系统，由专人定期用球胆采集气体带至地面进行化验，分析气体组成及各组分含量，结合工作面回采进度相关数据记录进行采空区遗煤自然发火早期预测预报。束管监测系统设置方式如下：沿工作面轨道顺槽向采空区敷设布点，在巷道底靠外帮铺设内径为2寸的钢管作为保护管，管内穿有三芯内径为8mm的束管，束管每隔30m设置一采样器，每个采样器连接一路束管，测点采样器外加套管保护;为防止束管因尘埃和冷凝水堵管，在井下监测点进气口处设置滤尘器和吸湿器，同时，束管与束管之间用10mm的铜管连接，所有接口均用环氧树脂封闭，以确保束管连接处密封性良好。

如图1所示，4#测点设置在工作面回风上隅角，随着工作面的推进，1#、2#、3#束管采样器依次进入采空区，在4#测点用便携式抽气泵取样，在采空区推移超过2#点约30m时，把1#点截开，重新布点，依次循环，直至整个工作面采煤过程结束。

图1   采空区束管监测系统测点布置

3.2 喷洒阻化剂

将阻化剂MgCl2倒入储液箱内，利用井下供水官网加入清水配成浓度为20%的阻化液，用BH-40/2.5型阻化剂液压泵将阻化液沿顺槽铺设（每20m安设一个三通截止阀）的φ25mm高压胶管压至工作面，与φ13mm的胶管和喷枪相连。一台泵配一支喷枪，检修作业时，由专人手持喷枪，从支架间隙向采空区喷洒，充分湿润架后浮煤，每间隔5组支架喷一次，每次喷洒至少6min，流量不小于35L/min，尤其是工作面两侧顺槽端头移架冒落后，存在大量蓄热氧化的浮煤，加大喷洒量，以便浮煤全面被阻化液湿润。当工作面月推进至停采线80m时，也相应增大喷洒量，每次喷洒至少8min，流量不小于45L/min，确保阻化效果。

3.3 采空区注氮

采空区注氮主要是通过稀释采空区氧浓度、冷却遗煤、给采空区增压等作用来抑制漏风来影响遗煤氧化带的宽度，从而达到防灭火的效果。根据东曲矿的实际情况，建立灵活机动的井下移动式注氮防灭火系统，注氮硐室地点设在12509轨道联络巷中，沿着12509轨道联络巷→西翼回风巷→联络巷→五采2#煤辅助运输巷→工作面→采空区，铺设直径为75mm无缝钢管管路，采取开放式注氮方式，注氮机选用DM-1000型。第一个氮气释放口设在开切眼，当第一个释放口埋入采空区30m后开始注氮，同时埋入第二趟注氮管路（注氮管口的移动步距设定为30m，当第二趟注氮管口埋入采空区30m后向采空区注氮，同时断开第一条管路，如此循环，直至工作面采完为止。注氮量根据采空区氧化带氧含量进行计算，注氮时间不少于10h/d，具体如下式：

（1）

式中：QN-注氮流量，m3/min;C1-采空区氧化带内原始氧浓度，18%;C2-注氮防火惰化指标，7%;QV-采空区氧化带漏风量，4m3/min;CN-注入氮气中的氮气浓度，97%。

计算得出QN为11m3/min，安全备用系数取1.3，采空区防灭火的最大注氮量为11×1.3=14.3m3/min=858m3/h。

3.4 构筑防火门墙

12514工作面生产、通风系统形成后，在工作面两顺槽端口处内侧（距联络巷口6m左右），每隔20～30m，采用砖、沙等不燃性材料构筑设置一防火门墙，墙体厚度不小于500mm，可有效增大采空区漏风风阻，降低工作面向采空区的漏风风量，缩小自燃氧化带宽度，从而抑制遗煤自燃。

3.5 加强现场安全管控

①严格按设计进度进行回采，工作面回采到停采线时，尽快撤出支架，采取措施使顶板冒落严实，在45天内对工作面进行永久密闭;②根据工作面煤层厚度，合理选择支架和采煤设备，一次采全高，不留顶煤、不留底煤，在回采过程中，及时清理干净工作面的浮煤;③加强井下作业空间可燃物管理，严格按操作规程规范使用，存放在指定位置;机电设备硐室、检修硐室、油脂库、材料库以及掘进巷道皮带机头前后两端20m范围内，均不燃性材料支护;④加强对机电设备、供电线路以及皮带保护装置等设备的日常检查和维护力度，使用灵敏、可靠，严防因电气设备失爆、线路故障和皮带摩擦引发火灾事故的发生。

4 结语

①井工煤矿综采工作面环境条件复杂，受煤层赋存情况、开采工艺、现场安全管理等诸多因素影响，潜在的自然发火致因较多，安全风险高，防治难度大，需因地制宜采取措施，不可照搬照抄;②通过制定并实施以喷洒阻化剂为主，辅以束管监测、注氮、构筑防火门墙的综合技术措施，有效遏制了煤炭自然发火，12514工作面按期采毕并实现永久封闭，未发生火灾事故，实现了安全生产。同时，该综合防灭火技术实践也为本矿其他工作面的防灭火工作提供了经验参考。

参考文献：

[1]余明高，张耀峰，褚廷湘.易自燃特厚煤层综放面防（灭）火技术探析[J].河南理工大学学报，2013，32（1）：6-11.

[2]丁永禄，董伟，郝军.工作面回撤期间封闭和注液氮防灭火技术[J].煤炭科学技术，2013，41（2）：49-51.