东曲煤矿28216 综采工作面防灭火设计实践

张腾飞

（山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿，山西 太原 030200）

1 工作面概况

山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿（全文简称东曲煤矿）28216 综采工作面位于+860 m 水平二采区8 号煤层，为Ⅲ类不易自燃倾向性煤层，具有爆炸性，爆炸指数17.54%。东曲煤矿28216 综采工作面准备安装回采，预计煤层绝对瓦斯涌出量26 m3/min。工作面地表位于古交市东曲街道办事处小沙岩村西南部。地表有铁磨沟经过，平时无水，雨季时可能有少量积水。盖山厚度为304～449 m。该工作面北西为已形成的28214 工作面，北东为大巷保护煤柱及羊圈港断层，南西为860 东翼皮带巷，南东为羊圈港断层。上部有4 号煤采空区（14218 工作面），4—8 号煤的层间距约64 m。

工作面所回采8 号煤层属上石炭统太原组煤层，结构简单，煤层厚度变化不大，属稳定煤层。8 号层煤厚为2.5～4.5 m，平均煤厚4.1 m。8 号上煤厚度未0.5～0.8 m，平均0.6 m，8 号上煤与8 号煤夹矸厚度为0.1～0.4 m，平均厚度为0.15 m，8 号煤厚度为1.6～3.8 m，平均厚度为3.35 m。8 号煤局部有一层夹矸，厚度为0.05～1.90 m，平均厚度为0.47 m。28216 工作面轨顺长度1 110 m，皮顺长度1 105 m，倾斜长为210 m，轨顺巷道断面20 m2，皮顺巷道断面20 m2，切眼断面为34.4 m2。

2 工作面通风系统

28216 工作面采用“U”型通风设计，通过28216皮带顺槽进风由轨道顺槽回风。按28216 工作面的气象条件和瓦斯涌出量及CO2涌出量等要求进行分别计算，取最大值1 700 m3/min 做为工作面的需风量。

3 防灭火系统

28216 工作面所在的8 号煤属于Ⅲ类不易自燃煤层，CO 可以作为预测预报煤自然发火的指标气体，同时对O2、CO2、CH4（甲烷）、C2H4（乙烯）、C2H6（乙烷）、C2H2（乙炔）等气体进行检测，作为预测预报煤自然发火的辅助性指标气体。

根据煤层为Ⅲ类不易自燃煤层，确定对28216 综采工作面采空区采用简易束管监测系统对自然发火进行早期预测预报。28216 综采工作面正常生产期间不喷洒阻化剂，当月推进度低于60 m 时以及距停采线80 m 时将采取以喷洒阻化剂为主的防灭火措施。

3.1 防灭火监测监控

1）一氧化碳传感器。在工作面上隅角、28216 轨道顺槽、运输机机头等下回风流处，安装一氧化碳传感器，风侧10～15 m 处进行安装。

2）温度传感器。在工作面回风流距回风巷口10～15 m 处安设温度传感器。

3）风速传感器。在工作面回风流距回风巷口10～15 m 处安设风速传感器，在进风流距进风巷口10～15 m 处安设风速风向传感器。

4）烟雾传感器。在工作面皮带机头下风侧安设烟雾传感器。

3.2 预测预报

通过在28216 综采工作面回风顺槽敷设束管监测管路，利用简易束管装置安排专人定期在采样点运用专用进行球胆取气，取气后由地面化验室迅速进行化验分析，根据化验分析结果，对煤层自然发火进行早期预测预报。

3.2.1 采空区束管布置方式

束管沿28216 综采工作面回风顺槽向采空区敷设铺设如图1。在巷道底靠外帮铺设2 寸内径保护钢管，管内穿有三芯束管内径为8 mm。点与点间隔为30 m，束管采样器设置安装在1 号、2 号、3 号测点内，确保每个采样器连接一路束管，测点采样器安装保护装置防治损坏，4 号测点在工作面回风上隅角用便携式抽气泵直接取气。根据工作面的推进速度，依次布置1 号、2 号、3 号束管采样器顺利进入采空区，确保能抽取采空区深部的气体样本。推进至通过2 号点约30 m 处时，截开1 号点，再重新布点，依次循环至工作面开采活动结束[1]。

图1 工作面采空区各气体参数测点布置

在采气点操作人员用球胆取气，化验分析在地面进行，通过化验分析进行煤自然发火的早期预测。同时观测采空区浮煤在不同推进度时的气体产物特性[1-3]。

在工作面正常采样，自然发火标志气体没有监测到的情况下，取样时间设定为3 d 取样一次，采样测试完毕同时记录工作面推进度，发现工作面有自然发火征兆，应根据现场实际情况调整采样时间和分析次数。

3.2.2 取气方法

采用球胆取气方法，对于采空区取样点可直接采取气样。采样操作：首先将一路束管连接到真空泵进气口抽取5 min 左右，然后把向球胆内抽取的气体挤排清理干净，最后再将球胆连接到真空泵抽取气样，直至球胆充满。

3.2.3 气样分析

采用人工取样的方式进行气体分析，气样分析内容包括：CO2、O2、C2H4、CH4、C2H6、C2H2等气体；取样至化验分析的时间不能超过6 h。超过12 h 视气样作废，需重新采取气样进行分析。同时记录好工作面每天的推进速度[4-6]。

3.3 束管敷设布置

束管布置要遵循直、平、稳的原则，保持与动力电缆间距应大于0.5 m，避免与其他管、线交叉。为防止束管堵塞，在井下监测点进气口处设置过滤及干燥装置。为防止束管间连接处漏气，用10 mm 的铜管连接，接口用环氧树脂加强密封。保持束管所经巷道的完好率，安排专人定期检查束管管路运行状态，避免漏气或损坏失效。束管保护管间用橡胶套隔离保护，防止导电。

3.4 阻化剂防灭火

28216 工作面所在的8 号煤属于Ⅲ类不易自燃煤层，当月推进度低于60 m 时以及距停采线80 m 时对28216 工作面及采空区进行阻化剂喷洒，每天检修班喷洒一次，在采空区形成阻化带。

3.4.1 阻化防灭火技术

阻化剂选用卤化物盐类水溶液为主，通过喷洒，在浮煤煤粒表面形成液膜，液膜包裹浮煤及煤体裂隙表面，避免煤与氧气的接触，抑制浮煤氧化和自燃，采空区内相对湿度较大，阻化液膜吸收空气中的水分，增加阻化作用。使用轻便型阻化泵喷射阻化剂溶液及喷洒阻化汽雾溶液防止煤层自然发火，即用阻化喷枪直接向采空区残煤喷射又可利用雾化喷头喷洒，其特点是设备体积小、质量轻，运输携带方便，只需2～3 人及在设备列车储液箱盛装阻化剂溶液就可进行工作。

3.4.2 阻化剂选择及配制浓度

选用阻化剂为吸水盐类阻化剂，成分为氯化钙、氯化镁等，阻化效果好，性价比高、方便运储。本工作面选用氯化镁作为阻化剂，配比浓度为20%。严格控制执行药液配制比，过浓则增加防火成本，过浓度则影响使用效果。

3.4.3 喷洒阻化剂防灭火工艺

建立阻化剂喷洒系统，在采煤工作面向采空区及采煤工作面进行喷洒阻化剂溶液。移动式喷洒系统在设备列车上，包括：阻化泵和储液箱等。移动式阻化泵站随工作面的推进而跟进移动[1-6]，如图2 所示。

图2 阻化剂喷洒示意图

3.4.3.1 阻化剂喷洒方法

按需将w（MgCl2）为20%的MgCl2溶液注入储液箱内，供水管路按照预设比例注入清水，注入清水配成溶液后搅拌均匀，使用阻化泵将阻化剂溶液沿顺槽铺设的Φ25 mm 高压胶管压至工作面与Φ13 mm 的胶管相连，间隔20 m 安装一个三通及截止阀，使用Φ13 mm 的胶管连接喷枪，安排专人操作阻化剂喷枪，利用检修时间，对综采工作面上下端头区域及从支架间隙向采空区均匀喷洒，充分湿润液压支架后浮煤和工作面丢遗的浮煤。同时对工作面切眼后部采空区进行全面喷洒。

3.4.3.2 工作面喷洒量

移动式阻化剂喷洒系统：采用BH-40/2.5 型阻化剂液压泵站，选择使用氯化镁阻化剂为原料，质量分数为20%。阻化泵、储液箱和开关等安装在设备列车上，喷洒阻化剂在采煤工作面向采空区或工作面喷洒阻化剂溶液。

工作面喷洒工作安排在移架冒落前，工作面底板浮煤喷洒量计算公式如下：

式中：G 为按质量计算浮煤一次喷洒量，t；K1为一次喷洒量系数，取1.2；K2为松散煤（浮煤）的密度，1.4 t/m3；L 为工作面长度210 m；B 为一次喷洒宽度，0.8m；h1为底板浮煤厚度，0.01 m；A1为浮煤吸液量，58 kg/t；p为阻化剂溶液的质量分数为20%。

喷洒工作每天一次，保证均匀喷洒不留死角，确保隔绝外部氧气，防止采空区残煤氧化，每次喷洒阻化剂量为33 kg 以上。

3.5 构筑防火门墙

在28216 工作面两顺槽端口处内侧（皮带顺槽、轨道顺槽距联络巷口6 m 以内）设置防火门门墙。防火门板材厚度30 mm，宽度不小于150 mm，外部包阻燃性材料。防火门距巷道口6 m 以内，必须采用砖、沙等不燃性材料构筑。墙体厚度不小于500 mm。墙体四周应掏槽，以见实帮实底为准，凸出巷帮370 mm。墙体无重缝、干缝，灰浆饱满不漏风。防火门中间采用防火板封闭。墙体凹槽采用槽钢加工，嵌入墙体中，并留有方便防火板安装的插口。

4 结语

东曲煤矿28216 综采工作面防灭火工作采用一面一策，按照措施严格落实，并利用简易束管监测进行监测预报，28216 综采工作面工作面正常生产期间进行喷洒阻化剂、两顺槽口要构筑防火门墙、配套消防器材等防灭火措施，保障了综采工作面防灭火安全，为矿井安全奠定了有力基础。