大屯礦區(qū)深部開(kāi)采綜放面撤除期間防滅火技術(shù)實(shí)施效果淺議

梁紅立

文章通過(guò)對(duì)礦區(qū)深部易自燃綜放面撤除期間煤炭自燃起因及特點(diǎn)分析，介紹了深部易自燃綜放面撤除期間針對(duì)性的防滅火技術(shù)安全措施，例如選擇合適的停采位置，綜放面在頂板下撤除、維持全負(fù)壓下行通風(fēng)、減小采空區(qū)漏風(fēng)寬度、建立采空區(qū)無(wú)煤防火隔離帶、插管壓注羅克休泡沫、埋管注漿等，突出“預(yù)防為主”的原則，使用多種監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)掌握拆除期間工作面、采空區(qū)氣體濃度變化情況，采取針對(duì)性防治措施，實(shí)現(xiàn)了大屯礦區(qū)最近5年來(lái)未發(fā)生煤炭自然發(fā)火事故。

大屯礦區(qū)進(jìn)入深部開(kāi)采，由于地溫高、頂板壓力大，支架上方易出現(xiàn)松動(dòng)煤體，加之煤層屬于易自燃煤層、采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)量大、煤層自然發(fā)火期短，因此極易造成煤炭自然發(fā)火。支架拆除期間，通過(guò)采取爬頂選擇合適停采位置、維持全負(fù)壓下行通風(fēng)、減小采空區(qū)漏風(fēng)寬度和建立采空區(qū)無(wú)煤防火隔離帶等針對(duì)性的防滅火技術(shù)安全措施，大屯礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了最近5年來(lái)未發(fā)生煤炭自然發(fā)火事故。

一、概況

大屯公司共有四對(duì)礦井，年核定生產(chǎn)能力為910萬(wàn)砘，低瓦斯礦區(qū)，煤層平均厚度為5米，煤層具有自然發(fā)火特征，屬Ⅰ類(lèi)～Ⅱ類(lèi)自然發(fā)火傾向性煤層，實(shí)際自然發(fā)火期不足1個(gè)月。目前公司已進(jìn)入深部開(kāi)采，深部綜放面在停采撤除期間，支架上方及后方采空區(qū)的浮煤易松動(dòng)，存在漏風(fēng)容易發(fā)生煤炭自燃，一旦發(fā)生自然發(fā)火事故，會(huì)擾亂礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，威脅礦井的安全生產(chǎn)。因此研究綜放面撤架期間的防滅火技術(shù)對(duì)策，保證綜放面安全封閉，具有十分重要的意義。

二、撤除期間煤炭自燃起因及特點(diǎn)分析

煤炭自燃是具有自燃傾向性的煤在有適宜的供氧量、有蓄熱氧化環(huán)境和時(shí)間的條件下發(fā)生的物理化學(xué)的結(jié)果。煤炭能否發(fā)生自燃主要取決于以下4個(gè)條件：①破碎的煤炭堆積厚度在0.4米以上;②周?chē)哂行顭岘h(huán)境;③有連續(xù)供氧條件;④以上條件共存時(shí)間大于煤的自然發(fā)火期。綜放面停采前頂煤不能放出，采空區(qū)遺煤多，漏風(fēng)暢通，在具備充氧化和良好蓄熱的環(huán)境下，煤炭自然的可能性大大增加。

（一）支架上方頂煤。工作面停采后，支架和后部溜子上方的煤炭，由于采場(chǎng)壓力作用下，煤體壓酥，呈裂隙狀，并隨著支架的撤除而離層、破碎、冒落。由于支架上方的碎煤有支架的支護(hù)，存在固定的漏風(fēng)通道，如果工作面的撤除速度過(guò)慢，此處煤炭自燃的可能性增加，一旦產(chǎn)生CO氣體，將嚴(yán)重影響工作面的撤除速度，從而使得煤炭有了更長(zhǎng)氧化、聚熱時(shí)間，形成惡性循環(huán)。

（二）支架后方網(wǎng)上煤炭。網(wǎng)上煤炭是指工作面在距停采線15～20米處因準(zhǔn)備撤除支架而鋪網(wǎng)時(shí)，頂煤帽落在網(wǎng)上不能放出的煤炭。支架后方由于沒(méi)有支護(hù)，煤炭自然垮落，形成破碎堆積狀。這種堆積碎煤由于比較厚，加之靠近工作面，不能靠注漿滲透整個(gè)浮煤。工作面停采后，該處煤炭所處位置具備持續(xù)供氧、熱量聚集和足夠的氧化時(shí)間自然發(fā)火條件，極易自燃。

（三）支架部分撤除后，采空區(qū)的漏風(fēng)分布發(fā)生了變化，增大了漏風(fēng)范圍。當(dāng)工作面支架開(kāi)始撤除后，支架上部的煤炭隨之冒落，縮小或堵塞了原有的通風(fēng)斷面，局部阻力加大，迫使工作面的進(jìn)風(fēng)流向采空區(qū)深部擴(kuò)散，增大了采空區(qū)的漏風(fēng)寬度。因此，在工作面支架撤除過(guò)程當(dāng)中，工作面回風(fēng)側(cè)從停采線至采空區(qū)更大范圍遺留煤炭和工作面處于進(jìn)風(fēng)側(cè)支架上方煤炭更易發(fā)生自燃。

三、撤除期間防滅火技術(shù)

（一）選擇合適的停采位置，綜放面在頂板下撤除

盡可能選擇兩道頂板無(wú)高冒區(qū)，無(wú)斷層、地質(zhì)構(gòu)造帶位置以及綜放面處于仰采、條件較好的地點(diǎn)作為停采線。頂板條件好，撤架較為容易，而且支架上方的煤體較完整，較少或者沒(méi)有漏風(fēng)通道，則支架上方的煤炭不易自燃。工作面處于仰采位置作為停采線，可較多注漿，有利于防滅火。

如果條件許可，綜放面在兩道掘進(jìn)時(shí)，設(shè)計(jì)在停采線附近沿頂掘進(jìn)，這樣工作面在頂板收作，避免支架上方煤炭自燃的威脅，有利于撤面期間防滅火工作的重點(diǎn)突破。

（二）維持全負(fù)壓通風(fēng)，并優(yōu)選下行風(fēng)

為防止支架撤除后煤與矸石冒嚴(yán)冒實(shí)，工作面撤架前，施工兩排鐵錨桿和一排錨索。兩排護(hù)頂錨桿之間布置一排沿傾斜方向的錨索，一架一根，間距與架寬相同;采用木錨桿支護(hù)煤幫。在下出口煤壁拐角處和隔離墻前用半圓木構(gòu)建三個(gè)木垛，隨著支架的撤除，每1000毫米施工一木垛，邊撤除邊施工，沿撤除面煤壁形成一回風(fēng)通道。頂板支護(hù)較好，可減少因回架頂板冒落產(chǎn)生的浮煤，保持了通風(fēng)道暢通，同時(shí)通風(fēng)阻力也較小，減小了撤除面回風(fēng)側(cè)靠近停采線附近采空區(qū)的供風(fēng)量及其供風(fēng)深度，有利于防滅火。

采用下行通風(fēng)系統(tǒng)，在上巷新鮮風(fēng)流中拆架作業(yè)，人員涼爽安全，能提高勞動(dòng)效率，有利于縮短撤架時(shí)間，從而縮短遺煤氧化時(shí)間。

（三）減小采空區(qū)漏風(fēng)寬度

1.封堵進(jìn)回風(fēng)隅角。工作面采空區(qū)的內(nèi)部漏風(fēng)主要是由上下兩道壓差造成。上下兩道因支護(hù)原因在回采過(guò)程中冒落不實(shí)，特別是采用錨網(wǎng)、錨索支護(hù)形式的巷道，回采后上、下隅角往后頂板冒落滯后，使采空區(qū)的漏風(fēng)深度加大。工作面停采后，立即對(duì)上、下隅角采取堵漏風(fēng)措施。在端頭支架以里，用魚(yú)鱗袋裝碎煤和高分子材料混合物緊貼工作面上、下隅角切頂線的位置，各打一道臨時(shí)擋風(fēng)墻;墻體預(yù)留觀察孔、放水孔和注膠孔，然后分別在隔離墻內(nèi)、外壓注和噴涂羅克休泡沫，并分別向支架延伸3～4架。對(duì)進(jìn)、回風(fēng)隅角進(jìn)行封堵，均衡了采空區(qū)壓差，控制風(fēng)流從兩道漏進(jìn)或漏出，改變漏風(fēng)風(fēng)流的分布，縮小漏風(fēng)的寬度，從而減少了采空區(qū)漏風(fēng)，使采空區(qū)“三帶”位置前移，對(duì)采空區(qū)浮煤自燃能起到事半功倍的作用。

2.控制風(fēng)量。綜放面在回采期間，風(fēng)量一般在800～1200m3/min，工作面停采后立即進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，使風(fēng)量降到300～400m3/min之間，以減少采空區(qū)的漏風(fēng)量和漏風(fēng)寬度。

（四） 建立采空區(qū)無(wú)煤防火隔離帶

在工作面進(jìn)入停采準(zhǔn)備前，將頂煤徹底放凈，在采空區(qū)內(nèi)形成一定寬度的無(wú)煤防火隔離帶。該隔離帶建立在網(wǎng)上冒落區(qū)的后部，其寬度為20～30米，能有效隔離無(wú)煤區(qū)后部采空區(qū)煤炭的自燃，阻止自燃災(zāi)害向工作面擴(kuò)散。

（五） 插管壓注羅克休泡沫

在支架上方松散、破碎煤體插管壓注羅克休。在發(fā)現(xiàn)隱患點(diǎn)支架上方打眼，插6分鋼管，用樹(shù)脂和催化劑以4：1的比例，注羅克休泡沫，注到頂板煤體裂隙出漿為止。對(duì)支架頂板破碎區(qū)域每班進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常即設(shè)點(diǎn)觀測(cè)，測(cè)出CO氣體呈上升趨勢(shì)，即進(jìn)行插管灌注羅克休泡沫。

羅克休泡沫反應(yīng)速度快，常溫下20～30s即可反應(yīng)完畢，10～15℃時(shí)3～5min內(nèi)膨脹結(jié)束，并在20min內(nèi)硬化，具有良好的機(jī)械抗壓性（0.2MPa左右），能承受煤（巖）的壓力，對(duì)頂板起到加固作用;泡沫具有高膨脹性，膨脹體積為原體積的25～30倍，能最大限度的充滿到松散煤體的裂隙中，消除松散、破碎煤體的蓄熱環(huán)境，同時(shí)也減少了通過(guò)支架上方向采空區(qū)的漏風(fēng)量，減小自燃氧化帶的寬度，給工作面撤架工作贏得時(shí)間。

（六）埋管注漿

1.注漿。工作面停采前，在上巷預(yù)埋注漿管2～3趟，管徑4英寸為宜。第一根管出口位置在網(wǎng)上煤炭區(qū);第二根出口在無(wú)煤區(qū)以里的采空區(qū)內(nèi)。注漿是一種長(zhǎng)效而經(jīng)濟(jì)的防滅火措施，漿液能夠滲入浮煤縫隙中，達(dá)到包裹碎煤，防止煤炭表面與氧氣接觸，同時(shí)吸收煤炭氧化產(chǎn)生的熱量。注漿的主要目的是預(yù)防作用，如果采空區(qū)煤炭出現(xiàn)自燃征兆，可采取注膠體泥漿。

2.注膠體泥漿。利用靜壓埋管注漿系統(tǒng)，在風(fēng)井添加5%的水玻璃，在井下工作面，使用TBW型凝膠泵及相應(yīng)管路，添加2.5%的偏鋁酸鈉促凝劑，對(duì)采空區(qū)壓注膠體泥漿。凝膠濃度加大到以不堵管為最終濃度，凝膠成膠時(shí)間為2分鐘左右。注到采空區(qū)的膠體泥漿對(duì)遺煤達(dá)到吸熱降溫，固化和減少采空區(qū)的出水量，同時(shí)漿體在采空區(qū)能得到有效堆積，從而破壞漏風(fēng)供氧和蓄熱環(huán)境，消滅煤炭自燃。

（七）氣體監(jiān)測(cè)

停采撤架期間，對(duì)CO等有害氣體和溫度的檢測(cè)，分析判斷其發(fā)展趨勢(shì)，可以有效指導(dǎo)防滅火工作的開(kāi)展。一是及時(shí)在工作面支架上部頂煤破碎區(qū)、支架后部采空區(qū)布置測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)支架上部頂煤和后方浮煤溫度和氣體的變化情況;每天派人對(duì)工作面回風(fēng)隅角、回風(fēng)流和設(shè)置的測(cè)點(diǎn)測(cè)量、取樣化驗(yàn)。測(cè)量?jī)x器和人員盡量固定，儀器及時(shí)校正，避免出現(xiàn)較大的誤差;二是充分利用安全監(jiān)控系統(tǒng)的CO、CH4和溫度傳感器對(duì)回風(fēng)流的有毒有害氣體濃度和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)傳感器加強(qiáng)維護(hù)與調(diào)校，確保監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)靈敏可靠;三是對(duì)工作面支架頂部高冒區(qū)以及支架后部地點(diǎn)，及時(shí)利用紅外線測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)溫度變化情況。

（八）制定防滅火應(yīng)急預(yù)案

在工作面上、下兩巷永久密閉墻位置提前預(yù)備構(gòu)筑墻體材料，如果撤架過(guò)程中發(fā)生煤炭自燃發(fā)火且無(wú)法控制，可立即在上下兩道構(gòu)筑密閉墻，進(jìn)行壓注CO2滅火，待火徹底熄滅后，再啟封火區(qū)。工作面撤除過(guò)程中，建立應(yīng)急預(yù)案及時(shí)封閉工作面，將事故損失減少到最低程度。

四、 結(jié)語(yǔ)

（一）易自燃綜放面撤架期間極易造成采空區(qū)遺煤自燃，研究此期間自然發(fā)火原因、特點(diǎn)以及合理有效的防滅火技術(shù)意義重大。

（二）防治易自燃綜放面撤除期間自然發(fā)火要突出“預(yù)防為主”的原則，使用多種監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)掌握采空區(qū)自然發(fā)火隱患點(diǎn)的氣體成分變化情況，分析可能出現(xiàn)的后果，能夠正確指導(dǎo)自然發(fā)火防治工作，使防治措施做到有的放矢，實(shí)現(xiàn)對(duì)自燃隱患的可靠控制。

（三）綜放面撤除期間自然發(fā)火的防治，必須加強(qiáng)組織管理，保證各部門(mén)協(xié)調(diào)到位、設(shè)備運(yùn)輸路線暢通、防滅火措施充分等，以提高工作面設(shè)備撤除速度，盡量縮短撤除時(shí)間。

（四）大屯礦區(qū)通過(guò)采取的針對(duì)性防滅火技術(shù)安全措施，實(shí)現(xiàn)大屯礦區(qū)最近5年來(lái)未發(fā)生煤炭自然發(fā)火事故，說(shuō)明采取的措施是科學(xué)的、合理的、有效的，為類(lèi)似條件下開(kāi)展礦井防滅火工作提供了重要的借鑒。（作者單位：上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦）