新疆哈密大南湖一礦首采工作面回撤封閉期間防滅火技術(shù)

王 躍 馬洪濤 金 波 路 寧 董桂學

（神華國能哈密煤電有限公司大南湖煤礦，新疆維吾爾自治區(qū)哈密市，839000）

1 工作面概況

大南湖礦區(qū)位于哈密市南80km，主要含煤地層為侏羅系西山窯組，含煤29層（組），煤層平均總厚75m，煤種以長焰煤為主，褐煤次之。礦區(qū)預(yù)測面積1100km2，預(yù)測資源量625億t。

神華國能哈密煤電有限公司大南湖一礦是新疆哈密大南湖礦區(qū)第一個投產(chǎn)的礦井，1301綜放工作面是礦區(qū)內(nèi)的首采工作面，該區(qū)域從1958年即有人開采露頭煤冶煉鋼鐵，并引發(fā)部分煤層露頭自燃，國家先后組織多次滅火，1974—1975 年基本完成滅火工作。該區(qū)域以褐煤為主，深部煤質(zhì)為長焰煤，自然發(fā)火隱患嚴重，自燃傾向性等級為I級，屬容易自燃煤層。

1301工作面采用綜采放頂煤采煤工藝，走向長度1428.6m，傾斜長度240m，煤厚6m，可采指數(shù)96%，于2012 年5 月16 日開始回采，2013年8月5日縮面回采，2013年9 月4 日工作面終采，2013年10月22日封閉，2013年11月15日所有密閉施工完畢。自縮面回采至第一道封閉完成歷時79d，順利完成回撤封閉工作。

2 1301綜放工作面回撤封閉期間防滅火技術(shù)

2.1 注氮系統(tǒng)布置

1301綜放工作面采空區(qū)采用跨步埋管注氮工藝。具體作法是在1301綜放工作面采空區(qū)埋設(shè)1條直徑50mm、長240m 全花眼PVC 管路，花眼間距200mm，花眼直徑10mm，與進風巷主注氮管路對接，當管路埋入采空區(qū)50 m 后開始注氮，同時埋入第2條PVC 注氮管路 （注氮管路埋設(shè)的移動步距為50m），當?shù)?條注氮管路埋入采空區(qū)50m 后開始向采空區(qū)注氮，同時停止第1條注氮管路的注氮，重新敷設(shè)注氮管路，如此循環(huán)。工作面停采前120m 時調(diào)整注氮管路埋設(shè)步距為30m，工作面隔離帶造好后，調(diào)整注氮管路埋設(shè)步距為10m，工作面最后剩余40 m 時，每10 m 布置1根注氮管路，累計布置3根，同時進行注氮工作，直到工作面回撤封閉后結(jié)束采空區(qū)注氮。注氮量約1200m3／h，24h連續(xù)注氮，注氮管路出口壓力約為0.12 MPa，1301綜放工作面回撤封閉期間累計注氮665459m3，注氮機安設(shè)在地面制氮機房，注氮路線為：地面制氮機房→回風立井→+235回風石門→輔助運輸大巷二→三中車場→三煤層回風大巷→1301輔助運輸巷道→1301采空區(qū)，注氮埋管工藝如圖1所示。

2.2 灌漿系統(tǒng)布置

1301綜放工作面采空區(qū)采用末采跨步埋管灌漿工藝。具體作法是在1301綜放工作面采空區(qū)末采時跨步式埋設(shè)3條直徑50mm、長10m 全花眼PVC管路，花眼間距200mm，花眼直徑10mm，與進風巷主灌漿管路對接，3條灌漿管路埋設(shè)步距分別為70m、45 m、25 m，3條灌漿管路根據(jù)埋設(shè)步距不同，每條管路埋入采空區(qū)10m 后開始灌漿，3條管路全部埋入采空區(qū)后進行分別灌注，直到工作面回撤封閉后結(jié)束采空區(qū)灌漿。灌漿量約60m3／h，隨采間歇式灌漿，工作面出漿時停注，1301綜放工作面回撤封閉期間累計灌漿7649m3。灌漿設(shè)備安設(shè)在地面黃泥灌漿站，灌漿路線為：地面黃泥灌漿站→回風立井→+235回風石門→輔助運輸大巷二→三中車場→三煤層回風大巷→1301輔助運輸巷道→1301采空區(qū)，灌漿埋管工藝如圖1所示。

2.3 設(shè)置隔離帶

1301綜放工作面在距停采線30m 時開始停止放頂煤，在停止放煤前20 m 段，降低煤質(zhì)要求，不留頂?shù)酌?，將頂煤全部放干凈，并?0 mm 底板，形成20m 的防火隔離帶。有效地隔絕了采空區(qū)與外部的聯(lián)通，見圖1所示。

2.4 溫度監(jiān)測系統(tǒng)布置

由停采線外30m 至1301綜放工作面后180m沿后部輸送機全面埋設(shè)直徑50mm 鋼管，間隔30 m 設(shè)置1個觀測點 （三通），總計6個觀測點。三通長度為1.0m，三通出口處設(shè)置防堵裝置。鋼管內(nèi)安設(shè)單芯束管 （不同顏色）、單回路導線 （不同顏色）、鉑電阻，每個觀測點設(shè)置1套。利用負壓采樣泵抽取采空區(qū)氣體裝入球膽，帶至地面進行色譜分析采空區(qū)氣體變化情況，人工采用萬用表測定鉑電阻電阻值，比對電阻對應(yīng)溫度計算出測點溫度，束管溫度監(jiān)測系統(tǒng)布置工藝如圖2 和圖3 所示。

2.5 上隅角及架后全斷面噴漿堵漏風

上隅角及架后全斷面噴涂工藝分兩步實施，在末采期間，每天對上隅角進行噴涂堵漏風，要求噴涂嚴密，噴涂長度不小于15 m；在停采時，在工作面支架后掛網(wǎng)處進行全斷面噴漿封閉，隔絕采空區(qū)漏風，防止氮氣逸出。

圖2 1301工作面后束管、測溫點布置圖

圖3 1301工作面后束管、測溫點探頭布置圖

3 采空區(qū)溫度測定結(jié)果分析

煤自燃是在常溫常壓下，煤與空氣中的氧自發(fā)反應(yīng)升溫的過程。大量松散煤體同時接受漏風供氧發(fā)生氧化放熱，靠近圍巖和漏風邊界的煤體散熱條件好，不易造成熱量積聚；由于煤體不斷地消耗氧氣，風流滲透到離漏風邊界較遠的深部時，氣流中的氧濃度已很小，煤自身的氧化放熱強度小，不易產(chǎn)生熱量積聚；在距漏風邊界一定距離的范圍內(nèi)，氧氣濃度合適，蓄熱條件好，熱量易于積聚，造成煤體自熱升溫；在供氧和蓄熱條件最佳的區(qū)域，煤體升溫速度最快，該區(qū)域周圍的煤體升溫速度依次減慢；升溫過程開始是一個很緩慢的過程，隨著煤溫的逐漸升高，化學反應(yīng)加劇，產(chǎn)生的熱量增多，升溫過程也加快；隨著煤體內(nèi)溫差的加大，形成熱力風壓，漏風強度加大，同時，隨著煤體內(nèi)各點耗氧速度的變化，氧濃度分布發(fā)生動態(tài)變化，煤體內(nèi)部的高溫區(qū)域會發(fā)生移動。

經(jīng)74d的連續(xù)觀測，6個測點中有2個測點因線路故障失效，得到4組采空區(qū)溫度隨時間變化的曲線，由于多種措施同時對采空區(qū)進行了管控，溫度變化情況有緩慢下降平穩(wěn)運行趨勢，與煤體升溫理論相背離，未形成升溫過程，導致采空區(qū)內(nèi)化學反應(yīng)平穩(wěn)，未形成化學反應(yīng)加劇的階段，煤體內(nèi)溫差變化平緩導致未形成熱力風壓，也側(cè)面減小了采空區(qū)漏風，有效地預(yù)防了采空區(qū)遺煤的氧化過程。1301工作面溫度變化如圖4所示。

圖4 1301工作面采空區(qū)溫度變化圖

4 結(jié)論

經(jīng)過采取注氮、灌漿防滅火技術(shù)為主，與設(shè)置隔離帶、上隅角及架后全斷面噴涂堵漏風和溫度檢測的綜合防滅火措施，1301綜放工作面從末采至安全回撤歷時79d，時長遠大于煤樣最短自然發(fā)火期實驗報告中的發(fā)火天數(shù)，未發(fā)生自然發(fā)火事故，順利進行了封閉。

（1）采用綜采放頂煤技術(shù)開采厚煤層、易自燃煤層時，采用采空區(qū)240 m 全面埋設(shè)注氮管路進行連續(xù)注氮工藝能夠全面有效地稀釋采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度，惰化采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化過程，為首采工作面安全回撤及礦井的安全生產(chǎn)提供可靠的安全保障。

（2）仰采工作面采用合理的間歇式灌漿工藝，漿液能夠有效地包裹漿液擴散半徑內(nèi)的煤體，起到隔絕遺煤的氧化升溫過程。灌漿工藝的有效實施及方案設(shè)計能夠?qū)ΦV區(qū)內(nèi)仰采工作面的灌漿工藝提供可靠的實踐依據(jù)。

（3）采空區(qū)內(nèi)隔離帶的設(shè)置能夠有效隔絕采空區(qū)內(nèi)遺煤的連續(xù)性，上隅角及架后全斷面噴涂工藝能夠起到有效地堵漏風效果。

（4）采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)鉑電阻測定采空區(qū)內(nèi)溫度的變化情況能夠?qū)崟r掌控采空區(qū)內(nèi)遺煤溫度變化情況，對是否采取下一步防滅火措施能夠提供可靠有效地實際依據(jù)。

（5）大南湖一礦1301綜放工作面作為新疆哈密地區(qū)大南湖礦區(qū)第一個回采工作面，在短自然發(fā)火期長時間回撤的復(fù)雜情況下，所采用的綜合防滅火措施能夠有效地指導礦井及礦區(qū)內(nèi)其他礦井的防滅火實施工作，具有實際的指導意義。

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