閆林秀

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032612）

引言

左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司（以下簡稱宏遠(yuǎn)煤業(yè)）位于左權(quán)縣城北約20km寒王鄉(xiāng)平王村，現(xiàn)批準(zhǔn)開采15號煤層，生產(chǎn)能力為120萬t／年，井田面積為9.34km2，目前已建成投產(chǎn)。設(shè)計開采的15號煤層自然傾向性鑒定為不易自燃煤層。但由于其上部的14號煤層平均厚度為0.65m，與15號煤層層間距較小，且為自燃煤層，在15號煤層采用綜采放頂煤開采過程中14號煤極易隨頂板冒落到采空區(qū)上部形成遺煤自燃。與宏遠(yuǎn)煤業(yè)相鄰的石港礦、佳新礦采用綜采放頂煤開采后回撤期間均有不同程度的煤層自燃隱患。因此，根據(jù)煤層賦存狀況開展工作面回撤期間的“一通三防”綜合防治技術(shù)研究，科學(xué)合理地制定有效的防滅火措施，對保證礦井安全生產(chǎn)、避免資源損失及礦井的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

1 技術(shù)方案

1）利用尾巷排放瓦斯。

合理控制回風(fēng)巷和尾巷內(nèi)通過的風(fēng)量，使采空區(qū)涌出的瓦斯絕大部分由尾巷排出，大大提高了工作面通風(fēng)排放瓦斯能力，有效防止采空區(qū)自然發(fā)火。

2）工作面架后鋪設(shè)風(fēng)筒布減少采空區(qū)漏風(fēng)。

工作面回采結(jié)束后，在擴(kuò)循環(huán)期間鋪設(shè)頂網(wǎng)，同時在頂網(wǎng)上鋪設(shè)一層（或兩層）風(fēng)筒布，擴(kuò)機(jī)道結(jié)束后，將工作面上下隅角沿切頂線用瑞米1號快速密閉材料進(jìn)行封堵。在撤架空間與采空區(qū)形成一道隔離墻，隔絕或減少向采空區(qū)漏風(fēng)，人為強(qiáng)制減小氧化帶范圍將其變成窒息帶，是最有效最實(shí)用的防滅火措施［1］。

3）注氮?dú)?、合理控制瓦斯抽放量?/p>

采空區(qū)高位瓦斯抽放是解決綜放面瓦斯問題行之有效的措施之一。合理利用頂板高抽巷治理工作面瓦斯，有效控制抽放負(fù)壓和抽放流量，防止因采空區(qū)瓦斯抽放而導(dǎo)致煤炭自燃，同時利用瓦斯防火，推行瓦斯就是最好的防火材料的理念。工作面收尾拆除期間繼續(xù)向采空區(qū)氧化帶壓注氮?dú)?，減小氧化帶范圍，同時，在保證工作面風(fēng)流、架間局部及回風(fēng)流瓦斯不超限的前提下，合理控制高抽巷瓦斯抽采量，因宏遠(yuǎn)煤業(yè)主要為上鄰近層自燃高位火，利用甲烷密度小于氧氣的原理，利用采空區(qū)涌出的高濃度瓦斯，擠走采空區(qū)氧氣，從而減少采空區(qū)漏風(fēng)量、縮短氧化帶［2］。

4）回撤期間選用正壓通風(fēng)。

末采期間合理控制工作面風(fēng)量，對工作面調(diào)風(fēng)三次。設(shè)備列車和運(yùn)輸順槽設(shè)備回撤結(jié)束后，及時封閉150101運(yùn)輸順槽。工作面撤架期間改變原全負(fù)壓通風(fēng)方法為局扇風(fēng)筒正壓通風(fēng)。通過正壓通風(fēng)減小氧化帶范圍，同時隨著支架回撤，逐步減少供風(fēng)距離，已回撤區(qū)域形成氮?dú)饧淄橹舷?，有效防止自然發(fā)火［3］。

5）現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)施過程。

2012年9月15 日末采階段由宏遠(yuǎn)煤業(yè)與施工方共同探討，立項(xiàng)將150101工作面回撤期間的瓦斯治理與防滅火管理作為一項(xiàng)重要的科學(xué)調(diào)研項(xiàng)目，并進(jìn)行了工作面回撤期間的瓦斯治理與防滅火管理方案設(shè)計。設(shè)計中確立回撤期間的通風(fēng)系統(tǒng)及防滅火管理、瓦斯管理等。具體工作面實(shí)施情況如下：

150101 工作面于2012年3月份開始回采，于2012年10月8日終采回撤。擴(kuò)機(jī)道期間，采用頂網(wǎng)上部鋪設(shè)風(fēng)筒布隔離，工作面上下隅角采用瑞米1號快速密閉材料進(jìn)行封堵。

回撤期間采用正壓通風(fēng)的方式對綜采工作面供風(fēng)，10月15日將150101運(yùn)輸順槽封閉，在150101回風(fēng)順槽巷道口安裝型號為FBDNo7.1的局部通風(fēng)機(jī)兩臺，功率為30kW×2，兩臺局部通風(fēng)機(jī)要連接雙電源，并與工作面電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)風(fēng)電閉鎖。根據(jù)需風(fēng)量計算中，綜采面回撤期間需風(fēng)量最大值是500m3／min，滿足風(fēng)速驗(yàn)算。選用FBDNo7.1功率為30kW×2的局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為460～660m3／min可滿足工作面回撤期間生產(chǎn)需求，如圖1所示。

圖1 150101工作面回撤期間的通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

在拆架處、拆架巷距回風(fēng)口10～15m處、內(nèi)錯排瓦斯巷分別安設(shè)一組CH4、CO、溫度監(jiān)測探頭；拆架處甲烷傳感器報警、斷電值瓦斯體積分?jǐn)?shù)分別為0.8%、1.2%，復(fù)電值＜0.8%；回風(fēng)口甲烷傳感器報警、斷電值均為0.8%，復(fù)電值＜0.8%。一氧化碳體積分?jǐn)?shù)探頭報警均為24×10－6，溫度探頭報警值為26℃。工作面甲烷傳感器必須實(shí)現(xiàn)瓦斯電閉鎖。

工作面回撤期間采用連續(xù)注氮的方法對采空區(qū)注氮，縮小“三帶”范圍，注氮量不得小于1 200m3／min。

回撤期間CH4和CO均得到有效控制。10月25日工作面上隅角瓦斯增大，為了防止瓦斯積聚，宏遠(yuǎn)煤業(yè)采取了在工作面上隅角安裝風(fēng)障引導(dǎo)風(fēng)流吹散上隅角瓦斯的方法，取得了良好的效果。

11月3日150101 工作面采空區(qū)、抽放巷、上隅角CO增加，將抽采低負(fù)壓系統(tǒng)關(guān)閉、封閉內(nèi)錯排瓦斯巷，加大采空區(qū)注氮量的方法，降低采空區(qū)漏風(fēng)量有效地控制了采空區(qū)氧化自燃速度，控制了CO濃度增長，如圖2所示。

圖2 拆架期間工作面CO曲線變化圖

11月12日150101 工作面支架順利回撤，工作面正式開始封閉。11月17日工作面封閉完成。

2 技術(shù)共性和創(chuàng)新點(diǎn)

1）工作面架后采用風(fēng)筒布隔開，上下隅角噴射瑞米1號高分子材料封堵。

在擴(kuò)循環(huán)期間鋪設(shè)頂網(wǎng)同時在頂網(wǎng)上部鋪設(shè)一層（或兩層）風(fēng)筒布，擴(kuò)機(jī)道結(jié)束后，將工作面上下隅角沿切頂線用瑞米1號快速密閉材料進(jìn)行封堵。在撤架空間與采空區(qū)形成一道隔離墻，隔絕或減少向采空區(qū)漏風(fēng)，從而改變了采空區(qū)氧化帶的范圍和供氧條件，使氧化帶提前進(jìn)入窒息帶。人為強(qiáng)制減小氧化帶范圍將其變成窒息帶是最有效最實(shí)用的防滅火措施。

2）合理選擇通風(fēng)方法，控制抽放量，利用CH4防火。

回撤期間根據(jù)工作面瓦斯涌出量合理配風(fēng)，取消全風(fēng)壓通風(fēng)方式，采用正壓通風(fēng)?？梢杂行б种撇煽諈^(qū)有毒有害氣體涌出量，減少采空區(qū)漏風(fēng)，采空區(qū)及已回撤區(qū)域形成氮?dú)饧淄橹舷?，有效防止自然發(fā)火。

3 性能指標(biāo)與同類技術(shù)的比較

綜采放頂煤是綜合機(jī)械化生產(chǎn)采煤工藝的一次改革。由于在緩傾斜厚煤層中基本上是一次采全厚，極大地簡化了采區(qū)生產(chǎn)準(zhǔn)備、減少了分層開采工藝過程，明顯地具有高產(chǎn)、高效、投入少、效益好的優(yōu)越性；但也極大地增加了防治瓦斯與防滅火管理的技術(shù)難度，很難用單項(xiàng)技術(shù)達(dá)到目的并取得良好效果，宏遠(yuǎn)煤業(yè)將抽采及內(nèi)錯尾巷、通風(fēng)方式等技術(shù)結(jié)合保證了工作面的安全回撤。

4 應(yīng)用條件的推廣前景

隨著礦井開采深度增加，我國目前高瓦斯易自燃礦井?dāng)?shù)量也逐漸增加，部分礦井在回撤期間均發(fā)生過自然發(fā)火事故封閉工作面，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，直接威脅員工生命安全，此應(yīng)用推廣可防止自然發(fā)火及瓦斯事故的發(fā)生，確保高瓦斯易自燃綜放面安全順利回撤、封閉結(jié)束，市場推廣應(yīng)用前景廣闊。

5 社會經(jīng)濟(jì)效益

5.1 提供經(jīng)驗(yàn)

宏遠(yuǎn)煤業(yè)礦井周邊大多為高瓦斯易自燃礦井，大多在回撤期間發(fā)生過自然發(fā)火事故而封閉工作面。目前國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究較少。此次研究應(yīng)用為今后生產(chǎn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，積累了較多的數(shù)據(jù)可供參考。

5.2 保證安全生產(chǎn)

礦井積極探索新技術(shù)，保證了礦井的安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了該150101工作面安全順利回撤。

5.3 創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益

此項(xiàng)目的研究保證了工作面的安全回撤，為今后的安全生產(chǎn)積攢經(jīng)驗(yàn)。宏遠(yuǎn)煤業(yè)臨近礦井清河店煤礦在2011年發(fā)生煤炭自然發(fā)火，導(dǎo)致礦井封閉10個月，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。直接經(jīng)濟(jì)損失3 000萬元人民幣，間接經(jīng)濟(jì)損失2.6億元人民幣。石港公司兩次封閉采煤工作面，封閉期間發(fā)生多次爆炸，均造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

間接經(jīng)濟(jì)效益分析：項(xiàng)目實(shí)施以后有效避免了采空區(qū)自然發(fā)火，間接減少資產(chǎn)損失、防滅火費(fèi)用，保證了工作面安全回撤。

［1］ 祝經(jīng)康.綜采放頂煤工作面自然火災(zāi)防治技術(shù)［J］.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2002（1）：28.

［2］ 馬魁，王德民，畢強(qiáng)，等.高瓦斯易自燃綜放面自燃危害的綜合防治［J］.工礦自動化，2008（2）：44.

［3］ 裴印昌，楊俊民，王軍，等.焦化煤體綜采工作面自燃危害的綜合防治［J］.煤炭技術(shù)，2007（6）：81.