充填工作面停采撤架期间综合防灭火技术研究

朱勇

（冀中能源股份有限公司 邢东矿，河北 邢台 054000）

0 引 言

火灾是煤矿五大自然灾害之一，火灾事故的发生会给矿井安全生产带来极大的威胁[1-3]。工作面停采撤架期间，由于撤架时间长等因素，采空区遗煤易出现自然发火现象，因此应当重视工作面停采撤架期间的防灭火。近年来，我国学者对工作面停采撤架期间的防灭火技术进行了诸多研究，取得了一系列成果。

赵璇[4]针对官地矿工作面拆架过程中工作面出现温度异常区域和CO 涌出异常现象，采用注氮、注浆、喷洒阻化剂等综合措施保障了拆架工作顺利完成；孔庆军等[5]基于大采高综放工作面遗煤多、煤体破碎、漏风通道多等实际状况，针对性地提出了大采高工作面撤架期间的防灭火措施；侯树宏[6]针对羊场湾煤矿综放工作面停采撤架期间CO 浓度超限、采煤区自燃问题，综合运用局部通风、高位钻孔注浆和架前钻孔注高分子胶体等综合防灭火技术保证了工作面相关设施安全撤出；张良飞等[7]分析了造成自然发火的危险因素，研究了易自燃综放工作面快速拆架的防灭火技术；赵杰[8]以新景公司15 号煤层15021 工作面为研究对象，分析回撤期间易自燃区域及其成因，制定了相应的防灭火技术措施；关景顺等[9]为解决易自燃煤层在工作面停采回撤期间出现采空区自然发火，提出了以压注粉煤灰胶体和注液态CO2降温为主、封堵采空区减小漏风和注氮等治理技术为辅的综合防灭火措施；吕长刚等[10]创新性地提出了构建高地温特厚煤层综放面末采-撤架期间的双重防灭火体系。

综上所述，目前专家学者对各种条件下的防灭火技术进行了研究，但是对充填工作面停采撤架期间的防灭火技术研究较少。本文以邢东矿为例，结合国内已有的研究，总结出了一套适应于充填工作面停采撤架期间的防灭火技术措施，保障了工作面的安全撤架。

1 矿井概况

邢东矿隶属于冀中能源股份有限公司，核定生产能力为125 万t/a。矿井为立井多水平开拓方式，布置主、副2 个井筒，主井井筒装备1 对多绳箕斗，用于提煤作业，副井为立井罐笼提升，用途为提升人员和物料。通风方式为中央并列式，通风机工作方法为抽出式，副井进风，主井回风，采区实行分区通风，回采工作面采用全风压独立通风，掘进工作面采用压入式局部通风。11213 综采工作面主采煤层是2 号煤，自燃倾向性属Ⅱ类自燃，煤种为气肥煤，具有低灰、特低硫、低磷发热量高的特点，是良好的工业用煤。11213 工作面布置如图1所示。

图1 11213 工作面布置Fig.1 No.11213 Face layout

2 充填工作面撤架期间遗煤自燃因素分析

（1） 采空区遗煤因素。

11213 工作面为充填工作面，与自然垮落法管理顶板相比，支架后方采空区遗煤对比如图2 所示。采用自然垮落法管理顶板时，直接顶随采随垮，采空区遗煤覆盖在采空区垮落矸石下方。充填工作面由于充填体支撑顶板，支架与充填体之间的采空区遗煤直接暴露在空气中，因此与自然垮落法管理顶板相比，采空区遗煤暴露更加彻底，更易氧化产生有毒有害气体。

图2 自然跨落法与充填工作面遗煤对比Fig.2 Comparison of residual coal between natural falling method and filling working face

（2） 煤质因素。

11213 综采工作面主采的2 号煤层自燃倾向性属Ⅱ类自燃煤层，吸氧速度快。

（3） 时间因素。

综采工作面撤架时间一般较长，采空区遗煤有充足的时间氧化，增加了撤架期间的安全风险。

3 防灭火技术措施及效果

3.1 技术措施

依据遗煤自燃因素分析，结合现场实际情况，制定了相应的撤架前、撤架中和撤架后的防灭火技术措施。

（1） 撤架前措施。

停采后，在撤架开始前对工作面及隅角喷洒氯化镁阻化剂。之后在上、下隅角排设双排沙袋墙，减少采空区漏风，如图3 所示。要求排沙袋处底板平整，沙袋墙接帮接顶，沙袋排设完成后向隅角沙袋墙顶帮、缝隙注波雷音，保证沙袋墙的密闭性。

图3 撤架前沙袋排设示意Fig.3 Sandbag arrangement before support removal

（2） 撤架中措施。

撤架开始后，将11213 运输巷密闭，使撤架工作面改为局部供风，减少工作面的通风量，如图4所示。改为局部通风后风筒要紧跟撤架处，保证工作面撤架处有足够的风量。随着撤架，随时按顺序对工作面喷洒氯化镁阻化剂。

图4 11213 运输巷密闭示意Fig.4 11213 transportation lane closed schematic

（3） 撤架后措施。

支架撤出后，及时构筑密闭墙和充填，直至支架完全撤出，如图5 所示。构筑各墙前要找掉顶板活碴，四周要掏槽，深度不小于500 mm 或见硬帮硬底。

图5 撤架后充填示意Fig.5 Filling schematic after removing support

整个撤架期间利用人工取样监测，对11213 工作面回风流和工作面进行气体化验和温度检查，在同一地点、同样条件下，每2 d 监测1 次。连续取样，准确掌握采空区气体的变化情况，发现异常情况立即采取措施。

3.2 应用效果

将撤架期间监测到的回风流CO 浓度和工作面温度绘制成曲线，如图6 所示。

图6 CO 浓度和温度监测曲线Fig.6 CO concentration and temperature monitoring curve

由图6 可知，撤架期间回风流CO 浓度和工作面温度均呈现出先增加后降低的趋势。撤架初期，遗煤暴露时间较短，还没来得及氧化，随着撤架时间的增加，遗煤吸氧氧化导致回风流CO 浓度升高和工作面温度升高，但是随着阻化剂的喷洒和继续撤架充填，暴露在空气中的遗煤逐渐减少，CO 浓度和温度逐渐下降。

综合图中曲线可知，整个回采撤架期间CO 浓度最高为36×10-6，温度最高为35 ℃，回风流CO浓度和温度都控制在安全范围内，说明措施的实施有效抑制了遗煤的氧化自燃，保障了撤架工作的顺利完成。

4 结 论

（1） 充填工作面由于充填体支撑顶板，防止顶板垮落，使得支架后方采空区遗煤暴露在空气中更加彻底，遗煤更易氧化产生有毒有害气体。

（2） 在分析充填工作面撤架期间遗煤自燃因素的基础上，针对性地提出了撤架前减少漏风、撤架中减少通风量和撤架后及时充填、全程喷洒阻化剂的防灭火措施。

（3） 措施实施后，整个撤架期间回风流的最大CO 浓度为36×10-6、温度最高为35 ℃，保障了支架的安全回撤。