特厚煤層綜放工作面綜合防滅火技術(shù)實(shí)踐

張 宇

（中國大唐集團(tuán)能源投資有限責(zé)任公司，北京 100000）

1 工程概況

龍王溝煤礦61605工作面南接西翼開拓大巷，北至井田邊界，東側(cè)61603工作面和61607工作面均未采動(dòng)。61605工作面采面長(zhǎng)255 m，推進(jìn)長(zhǎng)度1156 m，開采6號(hào)煤層，傾角0°～5.5°，煤厚24.6 m，平均埋深389 m，綜放開采，采高5.1 m，放煤高度19.5 m，采放比1:3.8。6號(hào)煤層煤塵具有爆炸性，屬于Ⅱ類自燃煤層，煤的自然發(fā)火期為53 d，通過黃泥灌漿、注氮、隅角漏風(fēng)封堵和采空區(qū)永久密閉相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)進(jìn)行治理[1-4]。

2 監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)

2.1 工作面監(jiān)測(cè)

（1）人工監(jiān)測(cè)

對(duì)工作面回風(fēng)隅角支架后部采空區(qū)、間隔10架支架后部采空區(qū)和上、下巷迎頭等重點(diǎn)區(qū)域，每班由專人進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)需及時(shí)反饋，主要有CO、O2、CO2、CH4和溫度等指標(biāo)。

（2）在線監(jiān)測(cè)

在工作面內(nèi)布置KJ95X系統(tǒng)，對(duì)CO、溫度、煙霧進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。具體為：① 在工作面、回風(fēng)隅角、回風(fēng)巷三個(gè)地點(diǎn)各布置一臺(tái)CO傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO含量；② 工作面內(nèi)布置1臺(tái)溫度傳感器，監(jiān)測(cè)采面溫度；③ 在皮帶輸送機(jī)下風(fēng)側(cè)布置一臺(tái)煙霧傳感器。

2.2 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1-2]：（1）在61605工作面回風(fēng)隅角端頭支架后側(cè)、擋風(fēng)障前，距底板1.8 m處布置一趟單芯束管。該束管與支架固定，可隨支架移動(dòng)。（2）在工作面回風(fēng)順槽布置一趟三芯束管，束管安裝保護(hù)套，分設(shè)三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，間距40 m。隨著工作面的回采，3個(gè)束管依次進(jìn)入采空區(qū)。1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氧氣降至5%時(shí)，斷開該測(cè)點(diǎn)，在距離3#三通探頭40 m處重新布置采樣探頭，并以此方式進(jìn)行循環(huán)，直至整個(gè)工作面回采結(jié)束。

2.3 光纖測(cè)溫和視頻監(jiān)控

在工作面主運(yùn)順槽安設(shè)光纖測(cè)溫裝置，隨工作面推進(jìn)埋入采空區(qū)，對(duì)采空區(qū)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)工作面內(nèi)煙霧、粉塵及氣體傳感器報(bào)警情況進(jìn)行監(jiān)控，做到氣體數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)掌握。

3 綜合防滅火技術(shù)

3.1 黃泥灌漿

（1）灌漿工藝

在地面建立黃泥注漿站，完成漿液制備，之后通過管路泵送至井下，在工作面采空區(qū)埋管灌漿，隨工作面推進(jìn)逐步對(duì)采空區(qū)灌漿充填空隙。黃泥灌漿管路采用Ф114 mm×7 mm的無縫鋼管敷設(shè)至61605主運(yùn)順槽超前位置后，利用軟管與Ф108 mm內(nèi)絲套管相連，將Ф108 mm內(nèi)絲套管埋入采空區(qū)5～15 m，注漿步距為50 m。

（2）灌漿量及設(shè)備

61605工作面日產(chǎn)量為3.35萬t，黃泥漿水灰比取4:1，漿液覆蓋厚度0.2 m，按照1.0的防滅火效率因子計(jì)算，日灌漿930 m3，每日灌漿10 h，每小時(shí)93 m3。

3.2 采空區(qū)注氮

（1）注氮方式及管路鋪設(shè)

采用埋管注氮方式，24 h施工。注氮管路為直徑100 mm鋼管，由輔運(yùn)順槽鋪設(shè)至工作面，再利用配套軟管與Ф108 mm內(nèi)絲套管相連，并將內(nèi)絲套管從工作面切眼向外25 m埋入，內(nèi)絲套管用快速接頭連接，氮?dú)忉尫趴诓捎没ü苓B接，花管側(cè)壁均有小孔，與底板成90°放置。工作面回采50 m時(shí)啟動(dòng)注氮，當(dāng)工作面推采至75 m時(shí)，鋪設(shè)2#Ф108 mm內(nèi)絲套管，末端均采用花管連接，并與1#內(nèi)絲套管保持平行；當(dāng)工作面推采至100 m時(shí)，1#套管停止注氮，之后在2#內(nèi)絲管口連接軟管進(jìn)行注氮。每隔50 m為一個(gè)注氮間隔，關(guān)閉前一個(gè)注氮口并開啟下一個(gè)注氮口，交替換管注氮，直至工作面采完。注氮管路布置圖如圖1。

圖1 注氮管路布置圖

（2）注氮量及設(shè)備

按照采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)量取15 m3/min，氧化帶平均氧濃度12%，采空區(qū)惰化防火指標(biāo)取7%，氮?dú)鉂舛?7%，考慮1.5備用系數(shù)。經(jīng)計(jì)算61605綜放工作面防火注氮流量為1 687.5 m3/h。工作面配套選用5套DT-1200型制氮裝置，兩用三備。

3.3 工作面上下隅角防漏風(fēng)措施

（1）開切眼兩端頭封堵

61605工作面初采期間推采過程中不放頂煤，且開切眼處的頂煤很難垮落，易形成貫通工作面全長(zhǎng)的風(fēng)流通道。為防止煤自燃，在工作面上、下端頭架后開切眼中各打設(shè)一堵砌塊墻或囊袋進(jìn)行封堵。

（2）上、下隅角封堵

上下隅角頂板垮落不充分，易造成頂板懸頂，形成漏風(fēng)通道，需對(duì)其封堵。進(jìn)風(fēng)隅角采用加氣混凝土砌塊墻與囊袋結(jié)合的方式構(gòu)筑擋風(fēng)墻，并在墻體表面固定一層風(fēng)筒布。砌墻間距為4～6 m，無法砌墻時(shí)，采用囊袋構(gòu)筑擋風(fēng)墻，囊袋規(guī)格為4 m×4 m×1 m?；仫L(fēng)隅角采用囊袋與充填材料構(gòu)筑擋風(fēng)墻，擋風(fēng)墻間隔為10 m，每隔3 m懸掛擋風(fēng)簾。

3.4 采空區(qū)永久防火密閉措施

61605工作面回采結(jié)束后，必須在45 d內(nèi)構(gòu)筑墻體進(jìn)行永久性封閉。墻體構(gòu)筑完成后，采用高壓注漿泵注黃泥漿，將密閉周圍所有裂隙全部封堵，確保密不漏風(fēng)。密閉墻預(yù)留觀測(cè)孔、措施孔、束管孔、U型壓差計(jì)孔、反水管、注黃泥漿孔。觀測(cè)口選用Ф50 mm鋼管，布置在密閉墻中部距底板高的2/3處，并安裝2個(gè)Ф25 mm球閥；放水管選用直徑108 mm鋼管，布置在密閉后下方距底板300 mm處，并安裝Ф108 mm閘閥及1個(gè)反水U型管，接頭為法蘭連接；措施管選用Ф108 mm鋼管，布置在密閉左上方，距巷道頂板不小于100 mm處，并安裝Ф108mm閘閥，接頭采用法蘭連接。束管保護(hù)套管選用Ф50 mm鋼管，布置在密閉下方距底板1000 mm處。保護(hù)套管經(jīng)密閉外墻、充填層、里墻、敷設(shè)至停采線處，束管探頭經(jīng)束管三通安裝距停采線5 m范圍內(nèi)，束管經(jīng)保護(hù)套管與礦井KQF-8礦用多組分氣體分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，定期抽樣分析密閉墻內(nèi)氣體變化情況。束管保護(hù)套管管口處用黃泥封堵嚴(yán)實(shí)。

4 效果分析

61605工作面于2020年12月回采完畢，并于2021年1月完成采空區(qū)封閉。通過采用以上綜合防滅火技術(shù)[3-4]，工作面在回采過程中及回采結(jié)束后，均未出現(xiàn)采空區(qū)浮煤自然發(fā)火現(xiàn)象，工作面回風(fēng)隅角和面內(nèi)CO濃度較為穩(wěn)定，出現(xiàn)10次CO報(bào)警現(xiàn)象，最大值98 ppm，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間530 s。

5 結(jié)語

預(yù)防為主、防控結(jié)合是回采工作面采空區(qū)自然發(fā)火的治理方法，在采空區(qū)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過黃泥灌漿、采空區(qū)注氮、隅角漏風(fēng)封堵及采空區(qū)永久密閉的方法，可以有效防止工作面采空區(qū)發(fā)火。