综掘工作面掘进期间防灭火专项设计

宋佳林

（1.中煤科工集团 沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122）

1 工作面概况

斜沟煤矿23109 工作面位于21 采区北翼中部，西侧为实煤区，东侧为23111 工作面及其采空区，东侧北部为原马圐圙煤矿13 号煤采空区（已关闭）和原斜沟矿旧矿13 号煤采空区（已关闭），切割北侧上覆有麻墕塔沟8 号煤小窑巷道（均实测）。

23109 材料巷在13 号煤层中沿煤层底板掘进，工作面掘进方位0，巷宽5.2 m，巷高3.6 m，全长3 429 m，施工方式为机掘一次成巷，矩形断面，支护方式为锚杆、锚索、锚网、钢带联合支护。

2 自然发火情况

23109 材料巷东北部有原马圐圙煤矿13 号煤采空区（2007 年7 月22 日淹井后关闭）和原斜沟矿旧矿13 号煤采空区（已关闭），以往均发生过疑似自然发火现象。煤科集团沈阳研究院有限公司提供的《斜沟矿煤自燃倾向性鉴定报告》和《斜沟矿自然发火期测试分析报告》鉴定结果见表1。

表1 8 号、13 号煤层自燃倾向性、最短自然发火期鉴定结果Table 1 Identification results of spontaneous combustion tendency and shortest spontaneous combustion period of No.8 and No.13 coal seams

3 自然发火区探测方案

该设计拟采用施工超前钻孔探测的方法探测疑似的火区，通过对钻孔内的气体成分进行化验分析（检验有无自然发火标志性气体），确定探查区域是否存在火区。

（1）巷道掘进期间，利用钻探超前探测，防止巷道掘进过程中误透、误冒火区。

（2）钻探超前探测过程中，如果发现有自然发火标志气体和自然发火征兆时，另行编制设计确定火区范围，留设足够宽（厚）度的隔离火区煤（岩）柱有效隔离火区。

（3）回采前，采用向自燃区域注氮、注黄泥浆和阻化剂的综合防灭火措施消除自燃区域，确保安全回采。

根据中煤科工集团重庆研究院有限公司提供的《斜沟矿13 号煤自然发火标志气体指标测定报告》结论。

在30～100 ℃，可以选择CO 作为该温度段内的标志气体。当通风量变化不大的情况下，CO浓度上升到日常量一倍时，说明自燃煤炭的温度已经达到90 ℃以上。特别注意是只要发现井下CO 持续存在且浓度是不断增加的，就是煤炭自燃的征兆。

在100～200 ℃，烯烃随温度升高量逐渐增大，由于C2H4的灵敏度较高，准确性较好，一般来说只要检测到C2H4，便可以判断煤温达到100 ℃以上，自然发火进入了加速氧化阶段。由于C2H4产生量小，此温度段建议采用CO 和C2H4作为指标气体。

工作面采用“长探+短探”的探测模式，在23109 材料巷小窑老空区警戒线内先使用千米定向钻机施工超前探测钻孔，向东控制帮距60 m，然后按照工作面“有掘必探”设计说明书施工短探钻孔；警戒线外按照工作面“有掘必探”设计说明书施工正常超前探测钻孔。

（1）钻机型号及主要参数。

短探采用ZDY-1300 矿用液压钻机，钻头直径φ75 mm，钻杆直径50 mm，钻杆长度1.5 m。长探采用ZYL-23000 千米定向钻机。

（2）超前距、帮距的确定。

根据《23109 材料巷“有掘必探”及探测原马圐圙煤矿13 号煤采空区和原斜沟矿旧矿13 号煤采空区专项设计》，结合23109 材料巷实际情况，23109 材料巷短探超前距取40 m，长探取超前距取100 m。

短探每次钻探深度90～93 m，超前距40 m，帮距20 m。在掘进中心水平方向上扇形布置3 个钻孔，顶板方向布置1 个钻孔。若钻探施工无异常，确保允许掘进范围内无火灾隐患，允许向前掘进50 m，到位后进行下一次钻探，依次循环。

23109 材料巷小窑老空区警戒线内（材料巷开口2 400 m 处）开始，共2 次长探，每次施工7 组21 个钻孔，钻孔深度600 m（水平长度），超前距100 m，帮距向东控制60 m。

（3）短探钻孔布置及参数。

若物探探测无异常，短探时巷道掘进执行下列“有掘必探”超前探测钻孔设计，钻孔设计表见表2。

表2 23109 材料巷短探钻孔设计表Table 2 No.23109 material roadway short exploration drilling design table

（4）长探钻孔布置及参数见表3。

表3 23109 材料巷长探钻孔设计表Table 3 No.23109 material roadway long exploration drilling design table

4 综合防灭火措施

如果发现有自然发火标志气体和自燃征兆时，另行编制专项设计确定火区范围。留设足够宽（厚）度的隔离火区煤（岩）柱有效隔离火区（40 m），若在隔壁煤柱区域内发现自然发火标志性气体或自燃征兆，则向钻孔内喷洒阻化剂水；若在老窑采空区区域内发现自然发火标志性气体或自燃征兆，则通过钻孔向老窑采空区内注入氮气，如果注氮效果不理想，持续出现自然发火标志性气体，则采取氮气与黄泥浆联合注入。

4.1 灌注阻化剂防灭火

拟采用MD25-80×10（P）型卧式多级离心泵（10 级）1 台，离心泵主要参数如下。

选用氯化镁（MgCL2·6H2O）作阻化剂，在泵站液箱内配制成12%～15%的溶液，搅拌均匀，氯化镁每次使用量为200～250 kg。设备就近安置钻场附近的调车硐室内，当钻孔内出现自然发火标志性气体或自燃征兆时，向钻孔内部灌注阻化剂水。

4.2 注氮防灭火

设计拟采用钻孔注氮和插管注氮相结合的方式进行注氮防灭火。

掘进过程中，在23109 材料巷向疑似自然发火区域施工钻孔（全套管），通过钻孔将氮气注入火区。若在工作面开切眼或巷道高冒区发现疑似火区，则采用向火源直接插管的注氮方式。

23109 材料巷输氮管路采用直径108 无缝钢管，制氮设备位于21 采区集中注氮硐室。目前，21 采区集中注氮硐室共有6 套DT-1000/6 型制氮设备（三用三备）。制氮设备压缩空气来自于地面空压机站，每套制氮装置的主要技术参数如下。

4.3 移动式黄泥灌浆防灭火

移动式黄泥灌浆泵站就近安置钻场附近的调车硐室内。将制浆原料黄土运送至井下，然后将原料装入灌浆装置，利用压力水进行制浆，然后通过泥浆泵加压进入灌浆管路至钻孔内部，向疑似火区进行灌浆。移动式灭火注浆装置主要参数如下。

5 结 论

针对8 号、13 号煤层易自燃特性，设计提出了自然发火区探测方案，建立了一套较完善的防灭火综合系统设计，及时预测预报发火点的自燃进程变化,为煤矿自燃火灾事故的防治工作提供科学依据。并通过采用以灌注阻化剂防灭火、注氮防灭火、移动式黄泥灌浆防灭火等防灭火措施,有效地防治了采空区煤炭自燃,实现了预期的安全生产目标。