綜合滅火分析

1、 摘 要：塔山礦8102綜放工作面煤層超厚，采空區(qū)遺煤較多，停采撤架時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，易發(fā)生自燃。通過(guò)采用加快工作面推進(jìn)度、減風(fēng)降壓、注氮、注漿、堵漏風(fēng)等綜合防滅火技術(shù)措施，并通過(guò)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)所監(jiān)測(cè)的自燃標(biāo)志氣體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明采空區(qū)等容易自然發(fā)火區(qū)域的浮煤氧化得到了有效的抑制。     由于超厚煤層綜放工作面停采撤架期間受不放頂煤、采空區(qū)遺煤多、頂板控制困難等因素困擾，停采撤架時(shí)間較長(zhǎng)，如果不采取及時(shí)有效的防滅火技術(shù)措施，則極易發(fā)生采空區(qū)和局部區(qū)域自燃，乃至引起礦井火災(zāi)而封閉工作面，甚至引起瓦斯爆炸等嚴(yán)重后果。國(guó)內(nèi)外礦井曾多次出現(xiàn)過(guò)綜放面

2、停采撤架期間發(fā)生自燃的現(xiàn)象1-3。因此，在停采撤架期間，    在綜放開(kāi)采的現(xiàn)代化礦井采取有效的防滅火措施，對(duì)安全生產(chǎn)十分重要。    結(jié)合塔山礦8102綜放面煤層條件和開(kāi)采工藝特點(diǎn)，在停采撤架期間對(duì)容易發(fā)生自燃的危險(xiǎn)區(qū)域采取有針對(duì)性的綜合防滅火技術(shù)措施，使煤體在空氣中暴露時(shí)不發(fā)生自燃，取得了較好的防治效果。    1 塔山礦8102綜放工作面概況    塔山礦位于大同煤田東翼中東部邊緣地帶，井田東西走向長(zhǎng)17.2220.84km，平均

3、走向長(zhǎng)20.30 km，南北傾斜寬9.3612.56km，平均傾斜寬11.70km，井田面積170.91km2。    工作面長(zhǎng)度230m，走向長(zhǎng)度1450m，煤層厚度大，平均煤厚17m，局部最厚達(dá)到29m，回采高度3.5m，放煤高度13.5m，設(shè)計(jì)年產(chǎn)原煤6000kt，工作面風(fēng)量2700m3/min。    8102綜放工作面3#5#煤層屬自燃煤層，最短自然發(fā)火期為68d。3條主要運(yùn)輸巷道均布置在煤層，既不沿底板又不沿頂板布置。礦井設(shè)計(jì)服務(wù)年限長(zhǎng)達(dá)140a，受采動(dòng)影響，容易發(fā)生自燃。  

4、60; 2 停采撤架期間自燃危險(xiǎn)性區(qū)域分析    1)停采撤架前未放頂煤的“兩道”區(qū)域。8102綜放面采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷頂板存在支護(hù)，并在回采過(guò)程中不回收，使得“兩道”頂煤在工作面回采過(guò)程中無(wú)法放出，“兩道”與上下巷道形成漏風(fēng)通道，極易發(fā)生自燃。處于氧化帶內(nèi)的“兩道”區(qū)域是停采撤架期間自燃防治的重點(diǎn)區(qū)域4。    2)終采線支架頂部碎煤。支架頂部煤體有可能由于礦壓原因形成裂隙，支架上方存在固定的漏風(fēng)氧化通道，支架上方的碎煤比采空區(qū)遺煤更易氧化自燃。由于該礦井火與瓦斯共存，一旦支架上方出現(xiàn)明火，極易引起瓦斯爆

5、炸。所以，支架頂部部分煤體存在較強(qiáng)的自燃危險(xiǎn)性5。    3)采空區(qū)氧化帶與窒息帶交界處。8102綜放面所采煤層的最短自然發(fā)火期為68d，工作面推進(jìn)速度為4m/d，根據(jù)采空區(qū)“三帶”考察，采空區(qū)約160m以里為窒息帶，在撤架期間，處于采空區(qū)氧化帶與窒息帶交界處的遺煤與正常開(kāi)采期間氧化帶內(nèi)的遺煤相比，氧化時(shí)間大大延長(zhǎng)，煤體溫度相對(duì)較高，極易發(fā)生自燃。    3 停采撤架期間防火技術(shù)方案    針對(duì)8102綜放面特點(diǎn)，制訂并實(shí)施了停采撤架期間的綜合防滅火方案，包括提前明確終采線位

6、置和不放頂煤長(zhǎng)度，加快綜放面推進(jìn)，工作面減風(fēng)降壓，地面裂隙封堵，以及對(duì)終采線附近采空區(qū)采取綜合防滅火技術(shù)措施。    3.1 提前明確終采線位置和不放頂煤長(zhǎng)度    依據(jù)8102綜放面回采過(guò)程中開(kāi)采工藝的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并考慮到大巷保護(hù)煤柱的留設(shè)、機(jī)電設(shè)備的限制、設(shè)備列車、膠帶和轉(zhuǎn)載機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備的尺寸限制，以及終采線位置的煤層地質(zhì)情況等因素的影響，提前明確終采線位置為距開(kāi)切眼1200m，不放頂煤長(zhǎng)度為80m。    3.2 停采撤架前加快綜放工作面推進(jìn)  

7、60; 要保證采空區(qū)內(nèi)重點(diǎn)發(fā)火區(qū)域的遺煤不發(fā)生自燃，必須在煤體自然發(fā)火期內(nèi)將其甩入窒息帶。在其他防火措施正常實(shí)施的情況下，加快工作面的推進(jìn)速度，以縮短采空區(qū)氧化帶內(nèi)的遺煤氧化時(shí)間。8102綜放面推進(jìn)到距開(kāi)切眼1200m時(shí)開(kāi)始不放煤，并以10m/d的速度快速推進(jìn)，保證了工作面安全回采、順利撤架和工作面密閉。    3.3 減風(fēng)降壓    8102綜放面采空區(qū)的漏風(fēng)主要來(lái)自工作面，通過(guò)降低工作面風(fēng)量，可減少向采空區(qū)的漏風(fēng)量。停采撤架期間，在確保工作面瓦斯不超限的情況下盡可能減風(fēng)降壓，并參考類似礦井風(fēng)量的調(diào)節(jié)方

8、法，將工作面風(fēng)量逐步從3300m3/min降到2000m3/min。并通過(guò)束管對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：采空區(qū)“氧化帶”的最大寬度從180m減小到140m。通過(guò)對(duì)工作面的“減風(fēng)降壓”，減少采空區(qū)的漏入風(fēng)量，使得采空區(qū)“散熱帶”和“氧化帶”寬度大大縮短，明顯降低了采空區(qū)自然發(fā)火區(qū)域的危險(xiǎn)性6-7。    3.4 地面裂隙堵漏    8102綜放面煤層超厚，煤層頂板距地面約400m，頂板垮落容易導(dǎo)致地表塌陷形成裂隙，使地表與采空區(qū)形成良好的供風(fēng)通道，增加地表向采空區(qū)遺煤供氧。通過(guò)對(duì)地面裂隙區(qū)域?qū)嵤┒ㄆ谘膊?，發(fā)現(xiàn)地面裂

9、隙立即采取封堵措施，并結(jié)合束管監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和信息反饋。該措施減少了地面向采空區(qū)的漏風(fēng)量，確保了采空區(qū)遺煤不發(fā)生自燃8。    3.5 對(duì)終采線附近采空區(qū)實(shí)施自燃預(yù)防措施    1)采空區(qū)埋管注氮。塔山礦綜放面特殊的煤層賦存條件和開(kāi)采工藝特點(diǎn)，使得采空區(qū)體積大、遺煤多，且呈立體分布，最有效的方法是向采空區(qū)注氮，以達(dá)到降低采空區(qū)遺煤的氧含量、惰化空氣的效果。    到終采線位置時(shí)，采空區(qū)預(yù)埋6趟注氮管路：進(jìn)風(fēng)側(cè)3趟，回風(fēng)側(cè)3趟。注氮管徑為159mm，并采用多通管路連

10、接。進(jìn)、回風(fēng)側(cè)采空區(qū)注氮管路采用跨步式預(yù)埋：當(dāng)工作面向前推進(jìn)時(shí)，利用已經(jīng)埋入進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)內(nèi)50m的管路進(jìn)行24h連續(xù)注氮；埋管步距為50m，交替埋管；當(dāng)綜放面推進(jìn)到終采線時(shí)，利用進(jìn)風(fēng)側(cè)3趟預(yù)埋注氮管路連續(xù)24h注氮。并根據(jù)自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)結(jié)果，確定回風(fēng)側(cè)3趟注氮管路注氮量和注氮時(shí)間。具體的注氮參數(shù)見(jiàn)圖1、表1。    圖1 停采撤架前采空區(qū)自燃預(yù)防措施示意圖        表1 采空區(qū)預(yù)埋注氮管路要求      

11、0; 2)堵漏風(fēng)、注漿、束管監(jiān)測(cè)和測(cè)溫等措施。綜放面推進(jìn)到距終采線150m位置開(kāi)始，每推進(jìn)50m，在綜放面進(jìn)、回風(fēng)端頭各施工1道擋風(fēng)墻，共建3道封堵墻，減少工作面向采空區(qū)漏風(fēng)。墻體位置與注氮管路出口錯(cuò)開(kāi)25m，防止?jié){液堵塞注氮管口。2道封堵墻之間，每5m掛1道風(fēng)障。在封堵墻上部靠近側(cè)幫位置，預(yù)埋1趟注漿支管和1趟束管。注漿支管管徑為80mm，用于綜放面推進(jìn)后，進(jìn)行采空區(qū)氧化帶內(nèi)密閉預(yù)防性注漿。并在進(jìn)風(fēng)巷和預(yù)回風(fēng)巷打鉆孔到支架頂部，鉆孔均勻分布于各支架頂部，達(dá)到較好地覆蓋支架頂部破碎煤體的作用。預(yù)埋束管用于對(duì)采空區(qū)氣體情況進(jìn)行及時(shí)、在線預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況能夠及時(shí)采取防滅火技術(shù)措

12、施，具體布置情況和要求如圖1、表1-2所示。    表2 采空區(qū)注漿、束管和風(fēng)障要求        綜放面推進(jìn)到終采線前，封堵墻被埋入采空區(qū)一定距離之后，對(duì)工作面后方回風(fēng)側(cè)浮煤再加大注漿量，進(jìn)行預(yù)防性注漿，達(dá)到較好地包裹浮煤抑制氧化的作用。對(duì)進(jìn)、回風(fēng)上下端頭浮煤進(jìn)行預(yù)防性噴漿，對(duì)終采線附近的上下端頭擋風(fēng)墻后方的“兩道”浮煤進(jìn)行預(yù)防性注漿，防止局部發(fā)生氧化高溫和燃點(diǎn)出現(xiàn)。采空區(qū)內(nèi)封堵可能因?yàn)轫敯鍋?lái)壓等原因造成變形，還應(yīng)根據(jù)自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和防火效果分析隋況進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

13、0;   撤架期間，在工作面支架間隙打鉆孔，并測(cè)定煤體溫度，若發(fā)現(xiàn)煤體溫度異常，及時(shí)注MEA。    4 停采撤架期間防火效果考察    塔山礦8102綜放面從停采開(kāi)始，上隅角(CO)從3×10-5降到0。對(duì)采空區(qū)氣體的監(jiān)測(cè)情況如圖2-3所示。由圖2-3可見(jiàn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1(距工作面100m處采空區(qū))(CO)逐漸從最高的2.4×10-4降低到2×10-5，(O2)也從9%降低到1%以下；監(jiān)測(cè)點(diǎn)2(距工作面50m處采空區(qū)) (CO)逐漸從1.9×10-4

14、降低到1×10-6，(O2)從20%降低到1%左右，說(shuō)明上述兩個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的煤體氧化性較差。這主要是由于減風(fēng)使得采空區(qū)漏入的風(fēng)量大為減少，同時(shí)逐漸增加注氮量，并采取注漿、堵漏風(fēng)等綜合防滅火技術(shù)措施，使得采空區(qū)空氣被惰化的效果明顯提高，采空區(qū)遺煤氧化得到有效抑制，采空區(qū)“三帶”的范圍明顯縮小，對(duì)防治采空區(qū)遺煤自燃起到了很好的作用。       5 結(jié)語(yǔ)    通過(guò)對(duì)塔山礦超厚煤層綜放工作面停采撤架期間容易自燃的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行分析，提前明確了終采線位置和不放頂煤的長(zhǎng)度，并對(duì)自燃危險(xiǎn)區(qū)

15、域采取有針對(duì)性的綜合防滅火技術(shù)措施，包括如下幾方面：    1)通過(guò)加快工作面的推進(jìn)速度，降低了遺煤氧化蓄熱的時(shí)間；    2)對(duì)工作面進(jìn)行減風(fēng)降壓，減少了工作面向采空區(qū)的供風(fēng)；    3)地面裂隙封堵，減少了地表向采空區(qū)的漏風(fēng)供氧    4)對(duì)終采線附近采空區(qū)實(shí)施自燃預(yù)防措施，注氮隋化采空區(qū)，注漿包裹浮煤、降低浮煤溫度，擋風(fēng)墻可以減少工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)。    利用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)綜放面和采空區(qū)

16、多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的自燃標(biāo)志氣體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，實(shí)施綜合防滅火措施有效抑制了采空區(qū)和局部容易自然發(fā)火區(qū)域的浮煤氧化和自燃，保證了工作面的安全撤架和密閉。    參考文獻(xiàn)：    1于海勇，吳健放頂煤開(kāi)采理論與實(shí)踐M徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992    2胡社榮，蔣大成煤層自燃災(zāi)害研究現(xiàn)狀與防治對(duì)策J中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，200011(4)：69-71    3王省身，張國(guó)樞礦井火災(zāi)防治M徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1990    4王顯政煤礦安全新技術(shù)M北京：煤炭工業(yè)出版社，2005    &