采煤工作面收作期间防灭火技术

采煤工作面收作期间防灭火技术

吴克诚

(淮南矿业集团潘三矿,安徽淮南232096)

摘 要:介绍了采煤工作面收作期间的综合防灭火技术途径,对采煤工作面停产后不能及时封闭

可能引起自然发火的原因进行了分析,重点介绍了防止自然发火所采取的有针对性的各种防范

措施。对有煤炭自然发火倾向性的矿井具有很好的借鉴作用。 关键词:收作面;综合措施;防火效果

中图分类号: TD75+ 2. 2 文献标识码: B 文章编号: 1003 - 496X (2007) 01 - 0015 - 03

1 工作面概况

1261 (3)工作面位于淮南潘三矿西一采区第六

条带,工作面西临西一回风煤下山,东接近中央边界 煤柱,北邻F1251断层,工作面走向长1 140 m,倾斜 长170 m,煤厚为3. 8～4. 7 m,平均煤厚4. 2 m;顶 板为泥岩与13 - 2煤组成的复合顶板,厚度为2. 8 m,其中13 - 2煤为0. 9～2. 1 m;底板为泥岩,工作 面采用综合机械化一次采全高,全部垮落法管理顶 板,采高3. 8 m,局部地点丢0. 3～0. 9 m的顶煤,正 常回采期间月推进度在130～160 m。

工作面所在的13 - 1煤瓦斯含量为9. 2 m3 / t,

回采期间瓦斯涌出量高达42. 5 m3 /min,瓦斯涌出 不均衡系数为1. 47。为有效地防治工作面瓦斯,确 保安全回采,采取了高风量、强抽放措施,工作面配 风量1 800 m3 /min ,实际最高风量达2 270 m3 /min; 采用以后退式高抽巷抽放为主,辅以工作面上风巷 边孔抽放和老空区埋管抽放相结合的方法,抽放平 均瓦斯浓度分别为44. 4%、67%、4. 8% ,工作面平 均抽放瓦斯浓度为27%左右,平均抽放纯瓦斯量达

33. 6 m3 /min,混合抽放量为124. 4 m3 /min,抽放负

压为0. 022～0. 049 MPa。工作面从2004 年11 月

28日开始回采, 12月16日首次在地面抽排泵内发

现CO,于2005年6月23日停产收作,在回采的全 过程中, CO一直控制在(45～80) ×10- 6。13 - 1与 13 - 2煤均为易燃- 极易自燃煤层,自然发火期分 别为1～3个月和3个月。

2 收作封闭期间自然发火原因分析 (1)工作面推进速度减慢,自然发火带相对固

定在某一区域。为确保工作面顺利收作,抵御西一 回风煤下山与工作面之间的应力叠加,从工作面距 收作线25 m开始加强上下风巷管理及工作面联索 联网工作,且逐渐减慢工作面推进速度。1261 ( 3) 工作面最后20 m的回采时间达11 d,折合月推进度

仅54 m,停产至工作面封闭时间间隔达4. 5个月, 使工作面采空区自燃带长期稳定在某一特定区域。 (2)工作面及附近采空区浮煤增多。1261 ( 3) 工作面收作带处13 - 2煤厚达1. 1 m,距离巷道顶 板仅0. 8 m,为有效管理顶板,采煤队采取了留顶煤

0. 5～0. 8 m,降低回采高度逮顶的措施,使采空区内

的浮煤量增加70%以上,以__________致参与自燃反应活动的

煤量增大,加速了采空区的自燃发热。 ( 3)上下风巷及上下隅角顶板浮煤增加,裂隙

(6)注水后比注水前各处粉尘浓度均降低。煤 层注水在综合降尘中起到了一定的作用,在综合降 尘中呼吸性粉尘最大提高到61. 4 % ,全尘最大提高 到70. 6 %。

但是本次煤层注水压力低,造成注水后,煤的全 水分含量随掘进进尺增加而降低,粉尘浓度也随掘 进进尺增加而增加,因此,为了提高注水降尘效果, 应提高注水压力并添加湿润剂(洗衣粉、洗洁净等) 增加煤的湿润性。

作者简介:何正勇( 1969 - ) ,男,江苏东台人,安徽淮南 矿业集团潘三矿通防科科长,长期从事“一通三防”技术及 管理工作,并已发表论文多篇。

(收稿日期: 2006 - 06 - 28;责任编辑:王福厚)

技术经验 煤矿安全(2007 - 01) ·15·

带增长增宽,上下风巷及上下隅角处自然发火危险 性增强。在工作面收作期间,由于工作面切眼与上 下风巷之间联巷距离较近,上风巷口与联巷之间距 离仅25 m,下风巷口与联巷之间距离仅33 m,上下 风巷、上下端头直接受巷道与采动压力双重叠加作 用,使顶板碎裂带增大,巷道碎裂圈增加,巷道断面 缩小。上风巷断面由原来的12. 4 m2 缩小到2. 3 m2 ,宽度由原来的4. 1 m下降到1. 4 m,巷道高度由

2. 4 m下降到1. 5 m。工作面停产时,风压分布情况

为,下风巷口与上风巷口之间的总风压为1 128 Pa, 其中下风巷口与下隅角之间风压差为364 Pa,工作 面上下隅角之间风压差为384 Pa,上隅角与上风口 之间的风压差为380 Pa。在未降风前,上风巷瓦斯 涌出段由原10 ～15 m 增加至整个巷道( 25 m 以 上) ,顶部形成一条动态持续的高浓度瓦斯涌出带, 涌出瓦斯浓度在5 %～10 %之间,从而在巷道顶部 形成一稳定的自然带。

(4)工作面刷面期间高冒点增多且相互之间沟

通形成高冒带。受集中应力的影响,在刷面过程中 发生多处冒顶。一方面,高冒点增多,工作面易发生

高温地点增多,多个高冒点冒落孔隙或因冒落产生 的裂隙相互联通,形成高冒(孔)裂隙带,在通风条 件满足自燃要求的条件下,形成高温带。另一方面, 使高冒点高温源难以查找,当某一高冒点自燃时,其 产生的CO受漏风带影响,滞后一定距离(通常在10

m以上)涌出,从而使高冒高温点呈现隐蔽性特征, CO值有缩小的假值特征。

(5)高抽巷漏风量增加,抽放瓦斯浓度降低,抽

放气体的氧浓度增加,易在高抽巷与采空区之间形 成自燃带。高抽巷与工作面上风巷内错25 m,距工 作面直接顶5～25 m,随着工作面的推进,工作面顶 板垮落形成裂隙带与高抽巷裂隙带沟通形成稳定的 漏风区,从而改变了采空区的漏风方向。当工作面 停采并刷面后,受采面与西一回风煤下山集中应力 叠加的影响,大量采空区低瓦斯富氧带产生裂隙与 高抽巷沟通,高冒带的裂隙与高抽巷裂隙带沟通,从 而形成一条以高抽巷为中心,以抽放负压和通风负 压为动力的漏风带,加速了采空区深部与高冒带的 煤的自然氧化与自燃。在收作期间,高抽巷抽放的 瓦斯浓度由正常回采的48%下降至16%左右。 (6)上风巷边孔之间及边孔与巷道破碎圈沟 通,形成自燃圈带。受工作面与联巷压力的叠加作 用,原封孔6 m深度的抽放钻孔逐渐显得不足,钻孔 之间发生串孔,巷道破碎圈增大,并与钻孔沟通。在 抽放负压的影响下,一方面易发生抽放钻孔或煤巷 破碎圈煤炭自燃。另一方面在采取钻孔注浆时,抽 放孔内吸入浆水,造成抽放与注浆之间相互影响。 3 防治自然发火的措施

(1) 减风均压措施。为达到减风均压目的,采

取了三项措施。措施一:在西一回风煤下山距工作 面轨顺口以上50 m处施工两道调节挡风木板墙,总 体提高轨运顺能位,起到减风和降低收作面两端的 压差作用。调风后,收作面风量由1 960 m3 /min降 至1 120 m3 /min,工作面上下风巷口之间压差降到 360 Pa,工作面上下端头之间压差降至145 Pa。措 施二:扩修上下风巷,使所有巷道高度不低于2. 2 m,宽度在3. 8 m,断面积不小于8 m2 ,从而有效地解 决了巷道及上下端头台阶的自然发火隐患。措施 三:在轨顺外口一车场处安装一台28 kW局部通风 机,用直径600 mm胶质阻燃风筒导风,当巷道扩修 后,立即向收作面上隅角及绞车窝通风,既解决了上 隅角及绞车窝瓦斯超限,又减少了工作面过风,提高 了落三角能位,降低了工作面两端的能位差。开启 局部通风机后,工作面风量降至890 m3 /min,上下

端头压差降到100 Pa,从而缩短了采空区自然发火 带的宽度。

(2)堵漏措施。堵漏方面,主要采取了两方面

措施,首先加强上下隅角充填。在停采当班,由施工 单位在上下隅角用FSA掺合矸石施工两道麻袋墙, 在麻袋墙的外部施工1道木板墙,在木板墙与麻袋 墙之间预注罗克休泡沫充填,增强了封闭效果。其 次,在下端头往上30 m范围内悬挂风障,减少采空 区漏风。

(3)减少瓦斯抽放。在工作面收作封闭期间, 随着落煤的减少和停产,采空区的高浓度瓦斯带逐 步稳定。工作面瓦斯来源也逐步由落煤工序为主向 以采空区瓦斯涌出为主,随着减风、均压措施的实 施,采空区内的瓦斯涌出逐步减少。为此,采用停止 边孔抽放,减少高抽巷巷抽,保持落三角抽放的措 施,使抽放混合量降至21 m3 /min,抽放纯量减少至 2. 69 m3 /min,有效地避免了边孔抽放着火,降低了 高抽巷抽放对自然发火的影响,消除了落三角瓦斯 积聚和超限。

(4)加强防火参数检测。为能准确地掌握自然

发火情况,有效防治收作及停采期间的自然发火,工 作面安设专职瓦斯检查工经常检查上下风巷及工作 面的气体参数情况,对刷面期间发生的高冒点,立即

·16· 煤矿安全(Total 386) 技术经验 用18 mm小孔钢质管捆绑检测胶管预埋观测孔,同 时在每个高冒处的最高区域预埋不少于2根钢质多 小孔的措施管。检测的主要参数为CO 和水温,当 某片高冒区发现CO并出现升温后,可通过测定流 水或注水水温,判断高温火区的准确位置。 (5)分级处理高温点。根据检测出的高温点,

按指标值的大小分为三级管理。对于温度< 35 ℃, CO浓度< 24 ×10- 6的加强检测;对于CO 浓度在 24 ×10- 6 ～100 ×10- 6的采取注水降温措施; 对于 CO浓度达到100 ×10- 6或温度达到35 ℃且继续上 升,则采用罗克休泡沫充填封闭措施。在1261 ( 3) 的收作期间,总计设点观测与处理的高冒点18个, 计施工各类措施孔168个,计670 m,预注罗克休泡 沫充填的地段4处,计使用罗克休6 t,从而有效地 防治了工作面高冒区域的自然发火。由于罗克休的 高发泡倍数和微小的收缩率,使用在充填高冒点的 质量明显优于凝胶。

(6)注氮防灭火。在工作面收作过程中,利用

注氮系统将氮气送至工作面下风巷口,从下隅角向

采空区预埋注氮管20 m,在上下隅角充填严实并预 注罗克休泡沫堵漏后,开始合茬注氮,惰化采空区气 体。

(7)灌浆。灌浆作用主要在于黄泥包裹煤粒阻

燃和浆水降温并将氧化产生的热量带出采空区,从 而起到阻止氧化进程,使其达不到自然发火的条件 而起到防火作用。1261 ( 3)是大倾角工作面,平均 角度为23°,局部地点最大达37°,老空区埋管灌浆 跑漏现象十分明显,针对此情况,采用在轨顺做钻 场,向采空区顶板破碎带打顶板走向扇形钻孔,向采 空区顶部裂隙带灌浆,利用裂隙网自然分浆,这样, 单孔灌浆后在收作面及架后形成浆雨带,从而使浆 液有足够的时间沉淀和疏水,达到包裹煤粒,降低氧 化速度,降低高温点温度、阻燃的目的。在1261 (3) 共计施工灌浆钻孔7 个,钻孔总长度289 m左右。 每天灌浆时间不少于8 h,顶板走向孔灌浆使采空区 受浆面积大大增加,同时还能与阻化剂联合使用。 在1261 (3)灌浆期间,总计预灌工业NaCl 10 t。 通过采取综合防止自然发火措施,确保了工作 面在收作期间CO浓度始终维持在45 ×10- 6以内, 有效地遏制了自然发火威胁,保证了工作面在长达 4. 5个月的停产期安全拆除和封闭。 4 应注意的几个问题

(1)合理确定收作线位置,减少应力叠加对巷

道所造成的损害,加快拆除进度。1261 ( 3)工作面 收作线确定过于接近采区回风煤下山,使打运系统 及联巷压损严重,巷修量大,修护工期过长是收作时 间增长的根本因素。1261 (3)停产刷面仅用7 d时 间,拆除支架耗时18 d,而其余时间均用于整道与巷 修。另外,受高地应力的影响,封闭墙位置顶板破 碎,为采空区防火留下了长期的自然发火隐患。 (2)正确处理与改进高冒处充填问题。高冒处 充填防治自然发火,首先要求充填材料本身不自燃, 其次是充填成本问题。在1261 (3)工作面四处高冒 充填中,因罗克休泡沫本身需要凝固时间,短时间内 流动性强,滴漏严重,造成大量成本浪费,解决该问 题的根本措施还在于处理高冒时,除正常支护外,还 应用抗静电阻燃胶袋装矸石封闭高冒空间,借以充 填和缓冲罗克休原液的流动,防止大量滴冒现象,才 能充填严实,节约成本。

(3)采用注水降温,不仅影响工作面的工作环 境,而且不可间断。在准备注水降温时,必须提前完 善疏排水系统,拥有足够的排水能力,避免在工作面 局部地点和下隅角造成积水,影响拆除进度。另一

方面,采用注水降温的地点,煤表面的氧化膜被水溶 解,当停止注水时,煤的氧化进度加快,因此,应保持 注水的持续性,防止高温点复燃。

(4)注氮防灭火应采取防泄漏伤人措施和提高 N2 纯度。N2 阻化采空区煤自燃的作用取决于O2 在采空区的浓度,当N2 浓度过低或O2 含量过高,则 不但起不到防火作用,反而因空气流动加速采空区 自然发火。因此,N2 的出口孔口正压不得低于0. 2 MPa,以防止N2 从下隅角附近溢出,管内N2 浓度不 得低于97% ,注氮巷道及其附近空间必须加强O2 等气体参数检测,当O2 浓度下降或CO浓度、温度 上升必须立即查明原因。

(5)要正确处理瓦斯抽放、减风、均压三者之间 的关系。必须将瓦斯防治与自然发火之间的阶段性 主次矛盾分清,在防止瓦斯积聚和超限的同时,实现 局部空间气体参数最优化。

作者简介:吴克诚(1967 - ) ,男,工程师, 1992年毕业于 淮南矿业学院通风与安全专业,现在淮南矿业集团公司潘三 矿安监科从事技术管理工作。

(收稿日期: 2006 - 06 - 28;责任编辑:郭瑞年)

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