“三软”煤层大采高工作面回撤期间综合防灭火技术研究与应用

＊李均均

（华亭煤业大柳煤矿有限公司 甘肃 744000）

1.前言

矿井火灾是我国煤矿主要灾害之一[1-3]。尤其是 “三软”煤层，煤层自燃倾向性更强，且在大采高工作面的防灭火工作难度更大[4-7]。此外，目前虽然煤矿防灭火技术相对成熟，但对于不同煤矿的煤层情况及煤层自燃倾向性不同，所采取的煤自燃防治措施并不能有效通用[8-10]。因此，针对大柳煤矿“三软”煤层大采高工作面回撤期间进行综合防灭火技术的研究尤为必要。

2.工作面回撤期间防灭火技术

(1)工作面合理配风

①根据煤矿通风学理论，工作面供风量越低，风压越低，则采空区漏风量越少。1404工作面按照回采、注锚挂网和回撤三个不同阶段优化设计调整配风量，回采期间配风量为1555～1650m³/min，注锚、挂网期间配风量为800～900m³/min，回撤期间配风量为500～550m³/min。三个不同阶段，配风量不同，既能保证风量满足实际需要，又能减少向采空区漏风。

②1404工作面支架回撤前，安装了1套（两台）局部通风机，风筒从1404回风顺槽敷设至工作面下口支架回撤处，在回撤第10付支架时，已回撤区域顶板大面积自然垮落，随即对回撤工作面实行正压局部通风，同时在1404进风顺槽口施工了密闭墙永久封闭，有效避免了支架已经回撤区域的顶板可能发生的冒落致使通风阻力增加、进风流向采空区。

(2)采空区注氮优化

氮气防灭火效果好且经济环保，优点如下：

①氮气是制氧过程中的另一产品，也可从空气中专门提取，因此来源方便、可供量大，且单位产气成本比液态氮气更低。

②注氮后，氮气可以充满任何形状的有限燃烧空间和预防自燃空间，便于对煤矿采空区深部、高冒之处以及人们难以接近的地点进行防灭火。

③氮气可使采空区内气体发生惰化，有效抑制瓦斯和煤尘爆炸。

④注氮防灭火不损坏和不污染机械设备及井下设施，灭火后恢复工作量少且容易。

1404工作面回采期间，一直从进风顺槽“迈步式”预埋注氮管路向采空区间歇性注氮，借助于从进风顺槽向采空区的漏风将注入的氮气撒布在采空区 “氧化带”范围内。从工作面回采距离停采线102m开始至工作面设备回撤结束，一直向采空区每天24h连续性注氮，累计向采空区注氮量550万m³/月。

(3)阻化剂喷洒到位

阻化剂是指能抑制或延缓煤自然氧化的物质的总称（包括无机物和有机物）。根据煤氧化自燃的特点，具有工业应用价值的阻化剂应该是一种能溶于水、吸水性强、具有较好的流动性，能够较好地附着在浮煤表面和浸入煤体节理与裂隙，隔绝煤与空气中氧的接触，并能抑制或延缓浮煤自然氧化的化学药剂。当阻化剂附着在煤粒的表面时，会吸收空气中的水份，在煤粒表面形成含水液膜，从而阻止煤与氧的接触，起到隔氧阻化的作用。

1404工作面设备回撤期间分两个阶段对裸露煤体喷洒阻化剂溶液。第一阶段是从工作面回采至距离停采线70m开始每天检修班对工作面上下口、支架后的浮煤以及巷道煤壁喷洒阻化剂溶液；第二阶段是在1404工作面支架回撤期间，对已回撤区域掩护架后的浮煤喷洒阻化溶液。

(4)洒水降温落实到位

1404工作面回撤期间，每天对回撤工作面支架已回撤区域和回撤通道煤壁坚持洒水降温，保持煤体湿润。

(5)预测预报准确

从1404工作面回风顺槽距离停采线75m和45m处分别预埋了一趟束管（采用钢管作为束管保护套管），束管与回风顺槽内布置束管的连接，通过束管监测系统对采空区“氧化带”内自然发火标志性气体进行分析预报，而且回风顺槽的束管和进风顺槽的注氮管路同时预埋，同步切换，即注氮与监测预报同步进行。

(6)加强日常防火管理

1404工作面回撤期间，瓦检员每班利用光干涉甲烷测定器、多种气体测定器、红外线测温仪等仪器仪表对不同地点的有害气体成分和温度进行检查，发现温度异常的区域加强洒水降温和观察，以便发现问题，及时采取措施处理。

①工作面及其回风巷生产期间为每班检查两次瓦斯、二氧化碳、一氧化碳等气体浓度和空气温度；瓦斯检查工班中两遍检查均要向监测监控中心进行汇报，当气体有异常变化时及时通知相关人员采取措施进行处理。

②当工作面回风流中的瓦斯体积分数达到1.0%或二氧化碳体积分数达到1.5%时，工作面必须停止一切作业，撤出人员，向矿总工程师汇报并进行处理。只有瓦斯降低到1.0%或二氧化碳体积分数降低到1.5%以下时，方可恢复作业。

③当工作面风流及工作面回风流中一氧化碳体积分数达到或超过0.0024%时，必须及时撤出工作面所有人员，立即向矿总工程师汇报，查明原因，制定方案进行处理。工作面回风隅角CO体积分数按照规定允许的安全体积分数0.0024%进行管理，并悬挂“禁止入内”警戒标识，严禁人员在此区域长期作业和逗留。

④由通防科建立通风调度汇报制度，按照检查人员的汇报内容及时填写、报告相关部门和领导。

(7)巷道封闭及时

1404回撤工作面形成正压局部通风后，在1404进风顺槽口施工了密闭墙；工作面支架回撤后期，又在1404回风顺槽口施工两道密闭墙，墙体上留设通风断面，仅满足回撤工作面局部通风回风需要，所有设备回撤结束后，将密闭墙体上留设的通风断面封堵严实，同时在1404回撤通道联络巷施工了密闭墙。

3.工作面防灭火技术取得的实效总结

(1)通风方面

一是按照工作面回采、注锚挂网、回撤三个不同的阶段对工作面配风量进行优化设计调整，采空区自然发火“三带”范围也随着工作面配风量减少相应前移而且变窄，缩小采空区防灭火管理范围，降低管理难度。二是回撤工作面尽快实行了正压局部通风，同时在进风顺槽施工了密闭墙，减少和隔绝了从进风顺槽向采空区和支架已回撤区域漏风，从通风管理上为采空区防灭火工作造成了有利条件。

(2)注氮方面

一是从1404工作面回采距离停采线102m开始至工作面设备回撤结束，每天24h连续性向采空区以1000m3/h的流量注氮，累计注氮量约550万m3，注氮强度大、连续稳定，进一步提高了注氮效果。工作面停采后，采用高分子材料（罗克休）对工作面进、回风隅角以及支架中间的间隙全部进行了喷涂封堵，防止大量新鲜风流进入采空区，引起遗煤氧化自燃，防止采空区涌出大量瓦斯，同时避免注入采空区的氮气泄漏，增加采空区的气密性，限制漏风量，确保防火安全性。三是随着工作面配风量下调、采空区“三带”范围逐渐缩小前移，在距离停线102m、75m、45m分别预埋了三条注氮管路，在下调工作面配风量的同时对注氮管路进行切换，做到风氮对应双调，确保氮气释放口始终保持在“氧化带”范围内，

(3)喷洒阻化剂方面

阻化剂溶液喷洒在煤体表面，形成一层能抑制氧气和煤接触的保护膜，阻止煤与氧的反应，阻化剂溶液蒸发时，吸收一部分热量，可以降低煤体温度。此外，氯化物溶液吸水性强，能使煤体表面保持潮湿并降温，降低煤在低温时的氧化速度，有效延长了煤的自然发火期限，经现场应用、效果十分显著。

(4)巷道洒水降温方面

原先对巷道洒水，主要出于防尘考虑，工作面回撤期间增加了洒水频率，主要是降低了煤体温度，改变煤体的透气性，防止煤体自然发火。

(5)自然发火预测预报方面

通过人工防灭火检查结果和束管监测系统在线监测分析进行对比，准确的开展了自然发火预测预报工作，以便于发现自然发火征兆，及时采取措施处理。

(6)巷道封闭方面

1404工作面相关巷道施工密闭墙，封闭及时，有效的切断隔绝向采空区通风供氧，从时间上为工作面采空区防灭火工作提供了保障。

4.效益分析

(1)安全效益

在“三软”煤层自然发火期短——39天，防灭火管理范围广，工作面回撤工期长达134天的客观条件下，通过采取以上综合防灭火技术，1404工作面回撤期间无自然发火征兆，确保了工作面设备顺利回撤结束。

(2)经济效益

①从自然发火经济损失和投入方面分析经济效益

1404工作面采空区因综合防灭火措施落实不到位，造成煤层自然发火，导致工作面回撤中断，巷道封闭的损失和防灭火投入若按1000万元计算。本次工作面回撤期间，综合防灭火措施落实到位，为本次工作面设备回撤、安装奠定了基础，确保了矿井安全生产，可以为矿井节省1000万元。

②防灭火成本计算

从本次1404工作面回撤期间防灭火注氮、洒阻化剂、喷涂高分子材料的成本计算如下：

注氮成本计算：每个月连续性向采煤工作面采空区注氮75万m³，空气压缩机和制氮机运行耗电量为20万度，电费0.55元/度，每个月注氮所需电费为11万元，1404工作面从回采后期至设备回撤期间，累计注氮8个月，即注氮所用电费为88万元。

阻化剂成本计算：1404工作面采空区、回撤工作面累计喷洒阻化剂5吨，阻化剂0.12万元/吨，即阻化剂成本为0.6万元。

马丽散成本计算：1404工作面回撤期间封堵进、回风隅角以及支架后，共使用高分子材料（马丽散）7吨，马丽散2.2万元/吨，即马丽散成本为15.4万元。

防灭火注氮、洒阻化剂、喷注高分子材料累计成本=88+0.6+15.4=104万元。

③经济效益总计

综上所述，自然发火经济损失和投入方面按照1000万元计算，本次防灭火的成本投入为104万元，本次综合防灭火技术的成功应用，共计创造经济效益达896万元，见表1。

表1 综合防灭火措施经济效益表

(3)社会效益

实践证明，本方案比较适合“三软”煤层大采高综采工作面回撤期间通风防灭火管理，对综采工作面的防灭火工作具有较好的实施效果，并对今后综采工作面回采以及回撤防灭火具有很好借鉴价值，其他矿井也可以根据本方案建立适应本矿防灭火特点的快速高效防灭火技术。