深井易自燃厚煤层长期停工综放面防火管理技术

赵厚春 秦 鹏 徐 超

（山东省天安矿业集团有限公司，山东 曲阜 273100）

1 概述

星村煤矿采用立井多水平开拓方式，典型的深井开采，主采3 煤层采用条带走向长壁后退式采煤方式，综采低位放顶煤采煤回采工艺，自然垮落法管理顶板。

3306 工作面位于-1196 m 水平、三采区东翼，采用“U”型全风压通风系统，上顺槽进风、下顺槽回风，终采线外通过运煤巷连接两顺槽；原始岩温超过31℃；煤尘爆炸指数38.7%，有煤尘爆炸性，二级重大危险源；Ⅱ类自燃煤层，最短自然发火期为65 d，三级重大危险源，火灾重大安全风险。

3306 工 作 面2019 年1 月31 日 至2 月13 日 春节期间停工13 d，采取注氮与监测分析的预防性密闭防火管理技术。

2 3306 综放面封闭、恢复通风技术

2.1 资源评估

该矿具有快速封闭的设备设施（上、下顺槽预先构筑防火门）、液态氮气气化注氮防灭火系统、均压降低漏风压差的条件、安全监控系统、束管监测系统、与专业救援队伍签订的协议、兼职救护队和专门防灭火队伍等，可实现快速密闭防火和启封。

2.1.1 快速封闭资源现状

综放工作面通风系统形成后，即按设计在上、下顺槽开门口附近构筑了防火门墙，储备了足够数量的封闭防火门的材料。防火门墙选在距全风压不大于5 m 的位置，避免封闭后产生盲巷，也可作为工作面结束后密闭的墙体。

装备2ZBQ-16/10 气动泵及其附属设施，对巷道周边及墙面喷涂LFM 轻型喷浆材料，提高封闭质量。与封闭区连通的轨道、运输设施等拆除或落地掩埋，防止导入杂散电流。

2.1.2 氮气防灭火系统

装备MYQ-1 型惰气防灭火系统，汽化器汽化氮气能力1400 m3/h，外接容积31.7 m3的低温液体储罐，外购液态氮的纯度大于99.99%；注氮管路为专用管路，工作面生产前即在两顺槽安装完毕，并随工作面回采调整管路出口，保证了注氮强度、纯度和合理的氮气出口。

2.1.3 均压防火技术

采用矿井总风量调节和局部风量调节，主要通风机调节方式为电动机变频调节，操作简单。进风联络巷设有调节风门可增阻调节，运煤巷之间的风门打开后实现封闭区均压。

2.1.4 可靠的监测手段

装备KJ66X 安全监控系统和JSG-7 型束管监测系统，在工作面密闭墙外设置甲烷、温度、氧气、一氧化碳等传感器实时监测气体变化，两顺槽各设置4 路单支束管，采样分析。

2.1.5 启封密闭队伍

密闭启封由签订协议的专业救援队伍负责，矿兼职救护队和专门防灭火队伍协助。

2.2 风险辨识

（1）工作面为先俯采后仰采，低洼处设有临时水仓。该工作面除生产和防火注浆水外自然涌水量极少，没有水灾风险。

（2）火灾风险分采空区、工作面、顺槽3 部分。采空区存在火灾重大安全风险，工作面存在火灾较大安全风险，顺槽存在火灾一般安全风险，预防的重点在工作面采空区。

（3）生产期间采空区及工作面瓦斯检测，甲烷浓度低于0.10%，存在瓦斯一般安全风险。采空区封闭后氧气浓度低于10%，启封恢复通风排放瓦斯，进入检查时存在瓦斯较大安全风险。

（4）工作面三机及供电设备，封闭区注氮后相对湿度降低，支架液压系统关闭，电气设备从变电所停电挂牌，机电存在一般风险。单轨吊机车停在封闭区外，煤流系统停止运行，运输辨识为低风险。

（5）停工后没有采动影响，顶板和冲击地压辨识为一般风险。

（6）在拆除密闭时，使用的工具存在物体打击安全风险，使用登高叉梯存在高处坠落风险，拆除墙体存在粉尘职业病危害等风险，辨识为低风险。

2.3 实施

（1）1 月31 日夜班开始维护工作面、电气设备，端头施工隔离墙，留设注氮出口，运顺防火墙处皮带落地，两顺槽防火墙处拆除单轨吊梁，工作面停电，调整监控设备等。

（2） 1 月31 日早班矿组织验收，人员撤离后在上下顺槽入口拉设警戒，严禁人员进入，两顺槽同时用防火门板、风筒布施工密闭，主要通风机降低运行频率。

（3）风量不足时，打开运煤巷风门（停止风门状态传感器运行），喷涂完毕后在两顺槽开门点设置栅栏及警示标志。

（4）关闭3306 轨道顺槽联络巷风门，风量不低于最低风速和稀释有毒有害气体计算的需风量为宜。

（5）工作面最大限度地注氮气。

（6）根据监测分析结果，调整注氮出口、频次和注氮量。

（7）封闭区监测到的甲烷浓度最大值0.19%，氧气浓度低于10%，一氧化碳浓度降低，无自然发火征兆。

（8）启封前一天停止注氮。

3306 工作面封闭期间束管、注氮管路、密闭墙及主要调节设施布置示意图如图1。

图1 3306 工作面封闭期间布置示意图

2.4 启封

（1）2 月11 日早班成立指挥部，地面总指挥为总工程师，现场指挥为通防副总工。站岗警戒，停电挂牌，瓦斯检查，参加人员准备完毕，汇报调度室、指挥部。

（2）主要通风机提高频率，打开上顺槽联络巷风门增加系统风量，恢复密闭墙外供水，并对附近巷道洒水灭尘。

（3）采用全风压限量排放法，矿山救护队先启封下顺槽密闭，汇风流瓦斯不超限的情况扩大到人员进入的空间；然后撤出，在运煤巷上风侧设置警戒，并设专人检查瓦斯。

（4）采取同样的方法拆除上顺槽，先开一小口，检查上顺槽密闭内及下顺汇风口甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气等气体无异常后继续拆除，同时逐步关闭运煤巷风门。

（5）恢复通风且稳定30 min 以上，检查回风流气体符合规程要求后，进入检查，进风温度23～25 ℃，回风温度26～30 ℃，工作面转载机处氧气大于19%，回风隅角气体无瓦斯积聚但空气干燥。

（6）检查完毕无异常汇报总指挥，恢复通风工作面结束，撤除警戒。通防工区、综采工区进入检查，逐步恢复各系统，瓦斯检查员全面巡查一遍，发现异常及时汇报。

（7）监控中心恢复监控系统，通防工区调整工作面风量恢复到封闭前的状态。

（8）对采空区注防火剂，超前煤体二次预处理。

3 3306 综放面风险控制效果分析

3.1 封闭期间气体分析

（1）从工作面上、下顺槽检测点氧气和一氧化碳浓度变化趋势可以看出（图2、图3）：封闭后采空区及顺槽顶板煤体内一氧化碳气体涌出浓度增加，随着注氮量、封闭空间压力增加，氧气、一氧化碳浓度呈下降趋势，火灾风险降低；氧气浓度低于7%时能够起到防火惰化作用。

图2 3306 工作面封闭期间氧气浓度变化曲线

图3 3306 工作面封闭期间一氧化碳浓度气体变化曲线

（2）从2 月7 日进风到回风各检测点氧气浓度变化可以看出（图4）：氧气浓度从进风侧密闭内开始逐渐升高，下顺槽密闭内外氧气浓度较高，上顺槽密闭内氧气浓度最低。主要原因：封闭前沿进风巷道温度逐渐增加，工作面俯采，封闭后空气处于停滞状态，氮气出口温度较低，出现类似于火灾时风流逆退的现象，靠近底板气体进入、顶板返回，但由于动力不足而运顺始终变化不大。

3.2 上、下顺槽顶煤钻孔气体变化分析

通过封闭前、启封后顶煤钻孔取样分析（地点从进风到回风依次编号）（图5），在顺槽氧气浓度降低时一氧化碳浓度整体呈下降趋势，顶煤火灾风险无变化。

图4 3306 工作面封闭期间氧气浓度变化趋势

图5 3306 上下顺槽顶煤钻孔一氧化碳浓度变化对比

4 结 论

（1）从检测数据分析，在低氧状态下惰化了煤体氧化，一氧化碳浓度值下降，在低氧环境下火灾风险降低。说明综放工作面采取封闭注氮防火管理技术可行、安全可靠、实施简单、经济合理。

（2）KJ66X 监测监控系统、JSG-7 束管监测系统对工作面实时监测，结合现场检查和采取人工取样地面气体分析，综合分析研判火灾风险，适时调整注氮出口、时间和流量，在预防火灾隐患的同时降低防火成本，做到有的放矢。

（3）综放工作面封闭注氮后空气干燥，对三机设备基本无影响，对支护金属网锈蚀变化影响较小。综放工作面涌水量、瓦斯涌出量等危险辨识准确，巷道低洼处积水深度小于0.5 m，封闭区甲烷浓度小于0.2%，氧气浓度在10%以下。

（4）人工取样系统以往采用布置束管，人工多次握压取样气球胆，冲洗矿用采样气球胆才能完成。若束管距离较长再用取样气球胆抽气压力明显不足，现场适当改造QBK 气动隔膜泵代替，解决了采样负压不足和时间较长的问题。

（5）采取主要通风机降频、均压防火技术，减少了均压巷道过风量，降低了工作面两端的压差、漏风量。

（6）封闭注氮防火管理技术的实施过程，对综放工作面火灾风险管控、隐患治理、火灾处置具有借鉴意义。