文/亓偉

上行開采工作面采空區(qū)自然發(fā)火防治技術(shù)研究

文/亓偉

一、工作面概況

孫村煤礦2223工作面位于-1100m水平二采區(qū)二層煤第Ⅱ亞階段，東為一采區(qū)，未開拓；西鄰2222工作面采空區(qū)；南鄰F10-6斷層；北部未開采。 煤層厚度2.6m～5.1m之間，平均煤厚4.0m。工作面范圍東至切眼，西至2223（東）設(shè)計停采線，南到回風(fēng)巷，北至運(yùn)輸巷，由于受F10-5斷層影響工作面布置不規(guī)則，走向長912m～971m，平均走向長為921m，傾斜寬38m～166m，平均傾斜寬為128m，斜面積為131158m2。工作面標(biāo)高為-792m～-927m。工作面下方的2422工作面煤層已回采完畢，2煤層、4煤層間距15m～20m，平均間距17m。

二、上行開采采空區(qū)煤炭自燃防治技術(shù)

1.技術(shù)體系

建立了以監(jiān)測預(yù)報為基礎(chǔ)，以注膠灌漿堵漏降溫為主、以注氮惰化采空區(qū)為輔的綜合立體防控技術(shù)體系，最終形成完善的孫村礦防滅火技術(shù)體系。

2.上行開采采空區(qū)自燃防治技術(shù)

（1）似膏體自流充填杜絕采空區(qū)自然發(fā)火技術(shù)

該技術(shù)充填骨料主要為破碎的煤矸石、普通硅酸鹽水泥、粉煤灰。上述各料在攪拌桶中加水進(jìn)行高速攪拌，形成高濃度漿體，呈似膏體狀態(tài)，沿充填鉆孔和管道自流輸送至待充填采空區(qū)進(jìn)行充填，有效解決采空區(qū)漏風(fēng)、自然發(fā)火等問題。

（2）注氮杜絕采空區(qū)自然發(fā)火技術(shù)

注入氮氣滅火時，可以將氧氣排擠出去，從而使火區(qū)中因氧含量不足而將火源熄滅，或者使遺煤不能氧化自燃。向綜放面采空區(qū)注入氮氣，并使它滲入到采空區(qū)冒落區(qū)和裂隙帶，形成氮氣惰化帶，可達(dá)到抑制采空區(qū)自燃的目的。

(5)K6礦脈帶:屬于隱伏礦脈，礦體外推長度400 m，厚度0.96～1.26 m，鉬品位0.030%～0.034%。礦脈帶受構(gòu)造蝕變石英脈控制，該礦脈帶目前發(fā)現(xiàn)1個礦體和1個礦化體，礦體編號K6-1。

①注氮防滅火方式

注氮防滅火技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)與均壓和其他堵漏風(fēng)措施相配合使用，如果注入氮氣的采空區(qū)或火區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，氮氣會隨漏風(fēng)流失，就難以起到防滅火的作用。

注氮支管預(yù)先由進(jìn)風(fēng)順槽埋入采空區(qū)，前端接連0.5m左右的堵頭花管，花管斜向上指向采空區(qū)，并用木垛加以保護(hù)，以免堵塞注氮口。每個氮氣釋放口均與一根注氮支管連接，氮氣釋放口進(jìn)入采空區(qū)窒息帶不需注氮時，應(yīng)在工作面順槽內(nèi)將其關(guān)閉，并切斷與注氮主管路的聯(lián)系。每個注氮支管與主管路之間用三通連接，若要考察每個支管的注氮量，還應(yīng)安裝流量計。當(dāng)工作面推過30m（即氮氣釋放口間距），埋入下一個注氮釋放口及支管，以此類推。

②工作面采空區(qū)注氮防火系統(tǒng)

孫村煤礦在-1100擴(kuò)大區(qū)軌道下山上四車場以里內(nèi)安裝使用DM系列膜分離和分子篩制氮機(jī)兩套，產(chǎn)氣量600m3/h，氮氣純度98%以上。

輸?shù)苈愤x用Φ108mm的鋼管作為輸?shù)苈?，自制氮硐室?1100擴(kuò)大區(qū)軌道上山、2423運(yùn)輸巷敷設(shè)至2423工作面切眼處。設(shè)三個注氮管控制閥門，1#：制氮車間設(shè)總控制閥門；2#：在2423運(yùn)輸巷開門口；3#：在工作面上出口外50m附近。另外在主管路有分支處設(shè)三通加閥門。管路敷設(shè)平直，在管路低洼處設(shè)放水閥門；管路的三通位置設(shè)截止閥；對漏氣的管路及時更換或處理。

工作面埋管注氮和遠(yuǎn)距離工作面采空區(qū)密閉內(nèi)預(yù)防性注氮相結(jié)合。工作面采空區(qū)每天三班注氮，每班注氮時間不低于5小時，特殊情況下，延長注氮量和注氮時間或兩臺制氮機(jī)連續(xù)注氮。根據(jù)工作面“三帶”觀測結(jié)果和推采情況再調(diào)整注氮量。在進(jìn)風(fēng)巷老空內(nèi)埋管注氮，考慮注氮管路合茬，預(yù)先在工作面開切眼上口位置埋設(shè)二趟4寸鋼管作注漿埋管，每趟管路的末端相隔10m～15m。第一趟管路用鋼編管與輸?shù)鞴苓B接，第二趟管路用2寸膠管與注氮漿主管連接，當(dāng)工作面推采10m～20m時,開始注氮。注氮管末端埋入老空至少10m～15m以上時再注入氮氣。

（3）黃泥灌漿降低采空區(qū)遺煤溫度防滅火技術(shù)

黃泥灌漿是煤礦最主要的防滅火手段之一，其原理是：泥漿中的水分吸收大量熱，起到滅火降溫的作用；黃土覆蓋浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌漿防滅火時，泥漿濃度越大效果越好。

①永久灌漿站。孫村煤礦在-800擴(kuò)大區(qū)大斷面巷道處建1個永久灌漿站，永久黃泥灌漿管路為2423面及2223面服務(wù)，灌漿管路由-1100擴(kuò)大區(qū)回風(fēng)上山敷設(shè),便于檢修維護(hù)。灌漿用水使用井下防塵水，安裝粘土制漿機(jī)1部,灌漿池1個,輸送泵1臺。

②集中灌漿系統(tǒng)。井下安裝NL20型粘土制漿機(jī)1部,灌漿池1個,規(guī)格為 2×1.5×1.5,輸送泵3NBB-260型1臺，輸送能力15m3/ h，垂直輸送50m。NL20型粘土制漿機(jī)為實用新型泥漿攪拌機(jī)械。

根據(jù)孫村煤礦的實際，水土比在2∶1～4∶1之間，視注漿的地點而定；采空區(qū)灌漿量可按黃土可覆蓋采空區(qū)2cm厚度為佳。漿液靠自重向下部采空區(qū)流動，灌漿管路應(yīng)埋入采空區(qū)15～20m左右后開始注漿，防止?jié){液竄面，每日輪流灌注漿體。

工作面采用隨采隨灌的方法，經(jīng)灌漿管路直接向工作面采空區(qū)灌漿。為了不影響工作面的正常生產(chǎn)，灌漿滯后工作面50m，每50m為一個灌漿點，重新安設(shè)DN108管路，隨工作面的回采而埋設(shè)，不予回收。根據(jù)礦井的具體情況和煤層的自燃規(guī)律以及特性，灌漿時應(yīng)注意灌好兩道、兩線，在采空區(qū)周圍形成一個密封的黃泥帶，以保證達(dá)到灌漿效果。為保證安全，采空區(qū)灌漿后必須脫水，脫水由下順槽水溝流出至采區(qū)水倉。

（4）井下移動式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)

ZMJ-15井下移動式膠體防滅火系統(tǒng)由連續(xù)式定量制漿系統(tǒng)、漿液過濾系統(tǒng)、漿液壓注系統(tǒng)、輸漿管網(wǎng)系統(tǒng)和外加劑添加系統(tǒng)構(gòu)成。

孫村煤礦使用的防滅火膠體主要有以下四種：①凝膠，以硅膠為主體，由基料（水玻璃）、促凝劑（碳酸氫鈉）、增強(qiáng)劑（黃土或粉煤灰等）和水按比例混合而成。②稠化膠體，由稠化懸浮劑（JXF1930）、黃土和水按比例混合而成。③復(fù)合膠體，由膠凝劑（FCJ12）、黃土和水按比例混合而成。④高分子膠體，由滅火劑（MCJ12）和水按比例混合而成。

膠體材料具有如下防滅火性能：①固水降溫性：膠體中90%以上是水，易于流動的水被固結(jié)起來，充分發(fā)揮水的降溫作用；成膠過程是吸熱反應(yīng)，煤溫上升使膠體中的水汽化，也吸收大量的熱。②滲透和堵漏性：成膠材料是易于流動的液體，滲透到煤層縫隙中后形成膠體，堵住漏風(fēng)通道。③阻化性：促凝劑和基料本身都是阻化劑，兩者反應(yīng)生成的材料也是阻化劑，膠體具有通用阻化劑的性能。

三、結(jié)語

本項目通過綜合應(yīng)用理論分析、現(xiàn)場實測等多種研究方法，系統(tǒng)地對上行開采采空自燃防治技術(shù)進(jìn)行研究，并在孫村煤礦成功進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，形成工作面應(yīng)急防滅火技術(shù)體系，為有效采取防滅火措施和應(yīng)急救災(zāi)，提供技術(shù)保障，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

（作者單位：山東能源新礦集團(tuán)孫村煤礦）

（責(zé)任編輯：龐永厚）