深井高地温自燃厚煤层采煤工作面智能化防灭火研究

张培亭

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 郓城 274705）

赵楼煤矿隶属于山东能源集团兖矿能源，坐落于菏泽市郓城县境内，井田面积143 km2，生产能力330万t/a，服务年限近60 a。2005年1月开工建设，2009 年12 月竣工投产。煤种以1/3 焦煤、气肥煤、气煤为主，局部为天然焦资源，主要产品为二号精煤和混煤，具有低灰、低硫、高粘结性等特点。

矿井采用立井开拓，在工业广场设主井、副井、风井三个井筒。矿井开采水平为-860 m 水平，主要开采3 煤层。矿井布置2 个采煤工作面、8 个掘进工作面，井口标高+45 m，历史最高洪水位+44.1 m。矿井为低瓦斯矿井，水文地质类型为中等，冲击倾向性鉴定结果为3 煤层及顶底板均具有弱冲击倾向性。主要灾害为冲击地压、自然发火、煤尘爆炸。

1 5304 工作面概况

5304 综放工作面是五采区南翼第四个工作面，东邻5303 采空区，北邻南部2#回风大巷，南邻五采区与七采区边界，西部为设计的5305 工作面。工作面范围内整体宽缓褶曲发育，面内煤层西南高、东北低，整体以NNE、NNW 向为主。基础储量：232.0 万t，可采储量：197.1 万t，采用综采放顶煤走向长壁采煤法。平均煤厚6.1 m。

2 煤层自然发火分析

赵楼煤矿3 煤自燃倾向性等级为Ⅱ类，属于自燃煤层，3 煤层最短自然发火期为55 d。正在回采的5304 综放工作面在生产期间采空区遗煤易氧化蓄热，受冲击地压影响，每月进尺不得超过72 m，工作面推进慢，容易向采空区漏风，如果防灭火措施落实不到位，容易发生自然发火，存在火灾风险。所以依据目前安全形势，采取一套符合赵楼煤矿实际的智能化综合工作面防灭火工艺已迫在眉睫。

鉴于此，总结以往的经验紧密结合现代化的防灭火智能化设备，经过多方综合实践论证，形成了深井高地温自燃煤层限进尺采煤工作面智能化综合防灭火工艺研究与实践。该实践有助于提高工作面回采时的防灭火安全系数，对于同类型下煤炭自燃火灾的防治提出了新的思路和解决办法。

3 综合防灭火措施

3.1 通风和降温系统动态管控

（1）工作面开采期间，通防工区通过定期测定风量，动态通风系统排查，调节通风设施，将工作面风量调整在2060～2265 m3/min，既能保证工作面良好的作业环境，也不至于因工作面风量过大导致向采空区漏风带来煤层自然发火风险。

（2）工作面开采过程中，两顺槽利用安设局部通风机及空冷器，通过局部通风机、空冷器风流梯度降温，由进风流25.2 ℃降至19.8 ℃，大幅度降低采煤工作面和回风流的风流温度，对工作面和采空区的防灭火工作较为有利。

3.2 安全监控传感器24 h 可靠运行

（1）在工作面回风流距离回风流10～15 m 位置安设CO 传感器，定期标校，日常加强维护，确保准确灵敏监测到工作面气体变化。如图1。

图1 5304 工作面回风一氧化碳传感器数值变化图

（2）在工作面回风流距离回风流10～15 m 位置安设温度传感器，定期标校，日常加强维护，确保准确灵敏监测到工作面温度变化。如图2。

图2 5304 工作面回风温度传感器数值变化图

3.3 利用移动制氮机定期注氮防灭火

（1）将移动制氮机放置在5303 轨顺联络巷顶板无淋水和底板平整地点。

（2）从南部1#辅运11#联络巷敷设350 m 长电缆至5303 轨顺联络巷，在移动制氮机旁边安设KBZ-400 馈电开关（编号：TJK-355）作为动力电源，完成移动制氮机的动力供应。

（3）连接好移动制氮机的冷却水出水口和进水口，完成移动制氮机至5304 工作面的制氮防灭火管路连接工作。

（4）开启制氮装置，通过氮气纯度自动控制及连续在线监测，确保制氮浓度和流量、压力等，5304轨顺隅角安排好人员排查，确保制氮防灭火效果。

3.4 每天喷洒阻化剂防灭火

根据矿井防灭火设计要求，采取阻化剂防灭火措施，每天至少向工作面隅角压注一次阻化剂或向两隅角人工撒放MEA-1 煤矿防灭火阻化剂。使用人工撇撒时，每处撇撒量不少于70 kg。

3.5 两顺槽隅角定期施工隔离墙

（1）工作面正常推采过程中，在两顺槽切顶线处每隔15 m打一道隔离墙，以减少向采空区漏风。

（2）隔离墙施工时，煤粉袋按长边平行于巷道的方式垒砌，上下层交错布置，将煤粉袋开口压于煤粉袋下。密闭墙上下到顶底板，不采帮到帮，施工密闭墙后在煤粉墙外侧覆盖一层风筒布加强封闭，确保隔离墙的齐直、稳固。

3.6 巧妙利用挡风帘、导风帘降温防灭火墙

（1）工作面进风隅角必须设置挡风帘，减少工作面向采空区漏风量，降低自然发火风险。采煤工作面进风隅角设置1 道挡风帘，位置与工作面支架前立柱平齐。挡风帘要沿顶底板、贴帮设置，封堵完好。

（2）工作面回风隅角使用导风帘，防止回风隅角处瓦斯等有害气体积聚。第1 道导风帘设置在距离工作面回风顺槽3～4 架处，自工作面煤壁延伸至支架前立柱。第2 道导风帘自工作面1～2 架前立柱延伸隅角切顶线附近。

（3）风帘使用阻燃、抗静电等标准材料，吊挂整齐美观，根据工作面支架推移情况、气体情况及时调整风帘位置。

5304 工作面挡风帘和导风帘布置如图3。

图3 5304 工作面挡风帘和导风帘布置图

3.7 束管自动监测系统

利用埋入回风隅角采空区的束管监测气体，实现连续监测采空区气体成分变化，上传至JSG-7 型煤矿自然发火束管监测系统进行远程全自动束管监测分析，24 h 不间断分析回风隅角和采空区气体情况。如图4。

图4 5304 工作面束管自动监测布置图

3.8 加强工作面放煤考核

采用自动放煤与人工找补放煤相结合，采放平行作业，一刀一放，放煤步距0.8 m，放煤平均高度为3.1 m，平均采放比为1:0.88。初次放煤为工作面顶煤冒落后开始放煤，工作面后部输送机在支架前移后处于放煤位置，摆动尾梁、伸缩插板进行放煤操作，见矸后停止放煤，伸出插板。当班区队验收员和矿安监员逐架验收，确保放煤彻底，不留遗煤。

3.9 每天人工检测和每周球胆化验分析

（1）安全监察处瓦检工每班利用CO 便携仪进行工作面、回风隅角和回风流CO 浓度检查，并向通风调度汇报。

（2）通防工区测风工每周进行球胆取样分析，对工作面采空区的气体进行色谱仪化验分析，综合评价防灭火效果。详见表1。

表1 5304 工作面球胆取样分析表

4 效果分析

4.1 经济效益

（1）节省成本。此研究保证了工作面的正常推采，避免了工作面因煤炭自然发火发生被封面的情况，间接地省了每年3000 万元的设备费用。

（2）通过深井高地温自燃厚煤层限进尺采煤工作面智能化综合防灭火工艺研究与应用，确保矿井2 个采煤工作面高效、安全生产，矿井生产效率提高了12%。

4.2 社会效益

（1）通过煤矿智能化监控系统远程监测可以综合调度分析采煤工作面自然发火风险性分析，避免人员检查和管理不到位带来的自然发火隐患或事故。

（2）此次研究应用，在赵楼煤矿智能化矿井建设中应用良好，极大地提升了矿井智能化、自动化和远程监控水平，具有较好的推广价值。

5 结语

深井高地温自燃厚煤层限进尺采煤工作面智能化综合防灭火工艺，确定了煤自燃指标气体变化规律及临界值，摸索了松散煤体自燃过程中高温点的形成与演化规律，确定了分级预警温度、气体指标及临界值。

该综合智能化防灭火工艺提高了工作面正常推采期间的防灭火安全系数，有效保障了矿井安全生产，降低了矿井防灭火成本和工作量，完善了高地温矿井煤自燃隐患分级精准防控技术体系。