麻家梁矿综放工作面防灭火技术工艺实践

常 鑫

（同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司山西朔州038500）

1 工程概况

麻家梁井田位于山西省朔州市南部、朔南矿区东南部，初期开采4#煤层，全区稳定可采，矿井绝对瓦斯涌出量为1.449 m3/min，相对瓦斯涌出量为0.075 m3/t，属于低瓦斯矿井，目前开采的4#煤层自燃发火等级为Ⅱ级，属易自燃煤层，最短自燃发火期为88 d。14208综放工作面位于井田二采区西部，走向长度为2 096.3 m，倾向长度为228.5 m，工作面煤层厚度在2.80 m～11.90 m之间，平均煤层厚度为7.35 m，平均倾角为3°，14208综放工作面基本顶为泥岩及砂质泥岩互层，平均厚度14.9 m；直接顶为中砂岩，平均厚度7.72 m；直接底为泥岩，平均厚度2.25 m；基本底为粉砂岩及泥质粉砂岩，平均厚度18.97 m。14208工作面采用一进一回的“U”型通风方式，由胶带顺槽进风，辅运顺槽回风，工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤采煤法，自然垮落法管理采空区顶板，该工艺顶煤冒落强度大，采空区残留遗煤多、漏风严重，遗煤自燃发火隐患大，因此，防止采空区遗煤自燃是确保综放工作面安全生产的重要保证。

2 矿井煤层自燃因素

麻家梁矿主采4#煤层在开采过程中存在自燃危险，主要表现为：矿井初期开采的4#煤层平均挥发分在40%左右，属变质程度较低的长焰煤～气煤，自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层；工作面综放回采的过程中，在长期矿压作用下，容易造成巷帮煤体破碎、裂隙发育、空帮等现象，加之采空区“两道两线”浮煤多，漏风量大，采空区遗煤发生自燃的可能性极大。

3 14208工作面漏风量测算

为测算14208综放综放工作面漏风情况，拟沿工作面切眼、辅运顺槽、胶带顺槽位置上布置6个测点，测点编号分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#，各测点间距为50 m，14208综放工作面测点位置示意如图1所示。

图1 14208工作面测点布置示意图

根据测算，绘制出14208综放工作面各测点实际通风量、基本漏风量曲线示意如图2、图3所示。

图2 14208综放工作面各测点实际通风量曲线图

图3 14208综放工作面测点基本漏风量曲线图

由图2、图3各测点通风量与漏风量变化趋势可以看出：

（1）14208综放工作面漏风量随风流的流向逐渐减小，靠近胶带顺槽位置的漏风量明显大于靠近辅运顺槽的漏风量，即靠近进风侧的漏风量大于靠近回风侧的漏风量；

（2）14208综放工作面的最大漏风量主要分布在距胶带顺槽横向位置50 m～70 m的区域范围内，最大漏风值高达400 m3/min；

（3）由各测点的漏风情况分析可知，14208综放工作面的重点防灭火区域为：采空区内部距离胶带顺槽横向距离为50 m～70 m的区域范围内。

4 防灭火治理技术

工作面正常回采期间，14208综放工作面主要确定有以束管监测系统为监控预测、减少采空区遗煤、递减工作面配风量、工作面上下端头封堵、洒水降温、回采工作面喷洒阻化剂以及工作面钻孔定点注氮等综合防灭火技术工艺。

4.1 减少采空区遗煤

采空区遗煤自燃是造成矿井火灾的重要诱因之一，为减少遗煤自燃威胁，14208综放工作面在进入停采前的50 m范围内，对进、回风隅角处的锚网索等零琐部件进行拆卸，使进、回风隅角的顶煤充分冒落，同时强化放煤力度，加大放煤量，尽量使工作面与后部采空区形成一道矸石隔离带，该工艺能够有效降低停采期间采空区的遗煤量，减小漏风强度，在一定程度上消除了遗煤自燃威胁[1]。

4.2 精确风量控制，递减工作面配风量

工作面漏风强度与氧化带的宽度会随供风量的加大而增大，因此，合理减小工作面风量供应，能够减少工作面漏风量，有效缩短自燃三带与氧化升温带的范围，降低防火压力。为确保工作面施工作业的安全性[2]，14208综放工作面在进入末采阶段后，根据工作面用风量并结合上隅角气体浓度情况，合理调控、递减风量，确定出最优配风量，在瓦斯不超限的情况下，减小工作面的供风量，做到低风量、低风压供风，有效降低采空区遗煤自燃发火的风险。14208综放工作面不同作业阶段配风量情况如表1所示。

表1 14208综放工作面不同作业阶段最优配风量

4.3 工作面上下端头喷浆封堵，减少向采空区漏风

为减少向采空区漏风量，有效缩短氧化长度，14208综放工作面推进后，每隔50 m，在工作面上下端头施工一组粉煤灰墙进行封堵，封堵范围为煤帮至后溜尾处。每道粉煤灰墙厚度为1.8 m，待粉煤灰墙构筑完毕后，通过铺洒固化材料对墙体进行裂隙封堵。14208工作面端头封堵示意如图4所示。

工作面停采期间，利用喷浆机对后摆梁后方采空区遗煤进行全面喷浆，即在工作面支架推进后，沿支架架缝向架后采空区浮煤进行喷浆封堵，降低遗煤温度，减小遗煤与氧气的接触面积，增强密闭效果，通过减少裂隙漏风及氧化范围，缩短自燃“三带”的长度，有效抑制采空区遗煤自燃威胁[3]。

图4 14208工作面端头封堵示意图

4.4 洒水降温

综放工作面回采推进期间，采空区留有大量浮煤，煤氧作用的热量会逐渐积聚，遗煤温度高，发生自燃威胁的可能性较大，为降低工作面遗煤温度，14208综放工作面在后溜头处增设了强力喷雾洒水装置，沿支架架缝向采空区后方进行不间断的喷洒水雾，湿化采空区遗煤，降低采空区温度。14208工作面洒水喷雾装置布置示意如图5所示。

图5 14208工作面洒水喷雾装置布置示意图

4.5 回采工作面喷洒阻化剂

为惰化煤体化学活性，有效降低煤层自燃发火概率，14208综放工作面现已建立移动式阻化剂防火系统，通过对回采工作面喷洒阻化剂实现防灭火现场管理，即在工作面溜头设置雾化喷嘴，将浓度比例为18%的工业MgCl2阻化剂水溶液通过雾化喷嘴雾化成气雾，借助漏向采空区的风流将阻化剂溶液带入采空区漏风之处，在重力、静电力等作用下，降落附着在遗煤上，惰化浮煤活性，阻隔浮煤与氧气接触的面积，实现对采空区防灭火的目的[4]。14208工作面阻化剂防火系统示意如图6所示。

图6 14208工作面阻化剂防火系统示意图

4.6 采空区埋管注氮

根据14208综放工作面回采基本情况，利用FLUENT数值软件对采空区“三带”进行了模拟分析，确定出14208工作面自燃带主要集中于距离工作面40 m～65 m的区域范围内，根据自燃带分布的情况，提出迈步式注氮防灭火技术工艺，即当工作面回采至距停采线50 m时，从胶带巷预埋两趟注氮管路，铺设至采空区自燃带集中区，氮气出口位置分别位于停采后支架切顶线以里的30 m与50 m位置处，每天24小时对综放工作面采空区实施不间断定点注氮，注氮调整量范围1 500 Nm3/h～1 800 Nm3/h，注入氮气浓度≧97%，从而有效降低采空区40 m～65 m自燃带的氧气浓度，缩短氧化带长度，减缓遗煤的氧化速度[5]，实现对采空区火灾威胁的有效治理。

5 结语

为有效消除矿井火灾威胁，麻家梁煤业多措并举，施行了减少采空区遗煤、递减工作面配风量、工作面上下端头封堵、洒水降温、回采工作面喷洒阻化剂以及采空区埋管注氮等多项综合防灭火技术工艺，14208综放工作面回采开始到密闭完成期间，采空区内CO浓度未超过90 ppm，工作面内CO浓度稳定在24 ppm以下，工作面漏风监测采空区漏风率控制在5.8%以内，工作面整个生产周期未出现火情，巷道温度最高为26℃，该技术工艺有效地杜绝了火灾事故的发生，确保了工作面安全回采。