王 瑞

(山西焦煤集團(tuán)有限公司 官地礦,太原 030022)

官地礦28412工作面拆架期間的防滅火技術(shù)措施的應(yīng)用研究

王 瑞

(山西焦煤集團(tuán)有限公司 官地礦,太原 030022)

官地礦28412工作面拆架的擴(kuò)循環(huán)時(shí)間過長,采煤工作面發(fā)現(xiàn)CO涌出超限及溫度異常,28412工作面具有發(fā)火危險(xiǎn)。采取了采空區(qū)注氮-注漿-注水的聯(lián)合噴注系統(tǒng),同時(shí)在進(jìn)風(fēng)上隅角噴灑阻化劑,實(shí)行人機(jī)協(xié)同監(jiān)測監(jiān)控,在采取綜合防滅火措施后,回風(fēng)流CO濃度降低到15 ppm,支架后方溫度在25 ℃左右,取得了良好的效果,保證了拆架工作順利安全的進(jìn)行。

拆架;異常;采空區(qū);綜合防滅火

礦井下的綜放工作面在回采結(jié)束后的撤架期間,往往由于停采周期長,煤體破碎范圍大,同時(shí)工作面機(jī)械設(shè)備的拆卸運(yùn)輸、頂板垮落,使得撤架期間通風(fēng)不穩(wěn)定,漏風(fēng)復(fù)雜,大幅增加了撤架工作面的煤炭自燃危險(xiǎn)性[1-3]。此外,隨著井下機(jī)械化采掘設(shè)備的普及,拆架過程持續(xù)時(shí)間較長,對于易自燃煤層而言,多數(shù)拆架工作持續(xù)時(shí)間超過了自燃煤層的自然發(fā)火期,這就造成了煤層自燃危險(xiǎn)增大[4-6],西山官地礦的28412工作面在拆架期間發(fā)現(xiàn),CO涌出超限,同時(shí)支架后區(qū)域溫度異常,溫度最高可達(dá)41 ℃,嚴(yán)重威脅了工作面的安全生產(chǎn),因此需要采取相應(yīng)防滅火措施對拆架工作面進(jìn)行治理,保證人員安全及設(shè)備的及時(shí)拆移。

1 工作面概況

官地礦中四采區(qū)28412綜放工作面開采8#、9#煤層,其中8#煤層自燃發(fā)火傾向性為Ⅱ類自燃煤層,9#煤為Ⅲ類不易自燃煤層。28412綜放工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開采,具體方式為“采9放8”。該工作面由正巷(1520 m)、副巷(1660 mm)和切眼(197 m)構(gòu)成,工作面總支架數(shù)為132個(gè),采用副巷進(jìn)風(fēng),正巷回風(fēng)的U型通風(fēng)系統(tǒng)。在回采結(jié)束后,擴(kuò)循環(huán)進(jìn)行了29 d,之后拆除采機(jī)及刮板運(yùn)輸機(jī)期間,發(fā)現(xiàn)回風(fēng)風(fēng)流中CO含量達(dá)到129 ppm,并在50#支架后方發(fā)現(xiàn)熱異常區(qū)域,采空區(qū)著火危險(xiǎn)大,對礦井的安全生產(chǎn)造成了隱患,為此針對28412綜放工作面的自燃區(qū)域,制定了“保證供風(fēng),全面防治,重點(diǎn)監(jiān)控”的綜合防滅火措施。

2 拆架期間的穩(wěn)定供風(fēng)

2.1拆架期間的風(fēng)流(量)控制

由于拆架期間出現(xiàn)了CO涌出異常及熱異常區(qū)域,加之?dāng)U循環(huán)持續(xù)將近一個(gè)月,表明拆架區(qū)域內(nèi)的煤層(包括工作面煤壁,支架上方、后方,采空區(qū))均有著火危險(xiǎn)。煤炭的自燃需要充足的氧氣,隔絕空氣有助于滅火,但同時(shí)拆架過程需要通過通風(fēng)而保證人員的呼吸,這就造成了風(fēng)量供給的矛盾,同時(shí)拆架過程中頂板垮落,有減少回風(fēng)風(fēng)流及堵塞回風(fēng)風(fēng)道的危險(xiǎn)[7-8]。因此,在基于足夠風(fēng)流保證工作面人員呼吸的前提下,減少采空區(qū)漏風(fēng),將風(fēng)量調(diào)控在合理范圍內(nèi)。具體措施如下:

1)進(jìn)風(fēng)上隅角用黃泥裝袋構(gòu)筑隔離墻堵實(shí),厚度與支架后方齊平,防止采空區(qū)的進(jìn)一步漏風(fēng)造成著火加劇。

2)支架前方至煤壁范圍內(nèi)用木垛及單體支架支撐,防止拆架后頂板垮落堵塞回風(fēng)風(fēng)道。

3)進(jìn)風(fēng)巷道口及回風(fēng)巷道實(shí)時(shí)測風(fēng),保證拆架區(qū)域內(nèi)新鮮風(fēng)流的供給。

4)進(jìn)入拆架工作面的人員數(shù)量嚴(yán)格控制,拆架、打鉆、瓦檢、注漿人員及各工種帶班管理人員必須上報(bào),進(jìn)而確定區(qū)域內(nèi)人員數(shù)量,從而確定最低供風(fēng)風(fēng)量。同時(shí),隨著拆架的進(jìn)行和防滅火工作的持續(xù),逐漸降低供風(fēng)風(fēng)量。在拆架開始時(shí)工作面需配風(fēng)量為300 m3/min。

2.2拆架期間供風(fēng)應(yīng)急措施

拆架期間頂板會(huì)有垮落的危險(xiǎn),首先木垛及單體支撐部分空間防止回風(fēng)風(fēng)道的堵塞,同時(shí),在進(jìn)風(fēng)巷道口附件安設(shè)2X kW的局部通風(fēng)機(jī),風(fēng)筒(mm)延至拆架處,隨著拆架的進(jìn)行,拆卸風(fēng)筒,并保持局部通風(fēng)機(jī)始終處于待開啟的狀態(tài)。

3 拆架期間的防滅火措施與操作

3.1瓦斯、溫度及CO的監(jiān)測監(jiān)控

28412綜放工作面的拆架初期,CO涌出異常并出現(xiàn)熱異常區(qū)域,需要加強(qiáng)對該區(qū)域的溫度、瓦斯和CO進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控,首先用紅外熱成像儀全面監(jiān)測撤架工作面區(qū)域內(nèi)(包括支架上方,煤壁,支架后方)的溫度分布及最高溫度,每6 h 1次,圖1是發(fā)現(xiàn)異常當(dāng)天90#支架后方區(qū)域的溫度熱成像,可以看到該區(qū)域總體溫度處于18 ℃～25 ℃,但也存在40 ℃左右的高溫?zé)狳c(diǎn),這些熱點(diǎn)對于煤的氧化自燃是個(gè)隱患。同時(shí),用瓦斯檢測儀及CO檢測儀器測定拆架工作面區(qū)域內(nèi)及回風(fēng)風(fēng)流中的瓦斯及CO濃度,依然每6 h 1次。回風(fēng)風(fēng)道內(nèi)吊掛CO、瓦斯及溫度監(jiān)測儀器,實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)至地面監(jiān)控機(jī)房。監(jiān)測監(jiān)控時(shí)期,保證每天瓦檢員早晚2班倒,并及時(shí)匯報(bào)監(jiān)測數(shù)據(jù),同時(shí)有科隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)實(shí)時(shí)跟班。

圖1 90#支架后方某日溫度熱成像結(jié)果Fig.1 Thermal Imaging of one day temperature at the rear of No.90 support

3.2拆架期間的防滅火措施

針對28412拆架工作面CO涌出異常及熱異常區(qū)域,基于煤自燃機(jī)理理論,選擇對整個(gè)拆架工作面的支架間及支架上方注漿,在支架后方打鉆注氮,在進(jìn)風(fēng)上隅角區(qū)域內(nèi)噴化劑的聯(lián)合治理措施,同時(shí)對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的熱異常區(qū)域?qū)嵤皡^(qū)別對待,重點(diǎn)治理”的放滅火措施。

1)由于注漿需要及場地條件限制,在28412正巷設(shè)置注漿水池,通過普遍性注漿,可以濕潤煤體,降低煤體溫度,同時(shí)通過高濃度漿液的灌注也可以達(dá)到封堵煤體裂隙的效果,要求每班注漿前對每個(gè)注漿孔先注水后注漿,防止鉆孔堵塞,并對出水溫度進(jìn)行監(jiān)測,水溫只要高于注漿池內(nèi)漿液溫度就表明該注漿孔為有效注漿孔。注漿鉆孔一般打到15 m左右,同時(shí)采取加裝有孔套管的方式,增加漿液灌注面積。圖2為28415工作面注漿、注氮示意圖。

圖2 28415工作面注漿、注氮示意圖Fig.2 Diagram of grouting and nitrogen injection of No.28415 working face

2)通過在拆架工作面中心位置打鉆,打鉆套管。圖3為打鉆套管圖。并利用原有注氮泵站對支架后方實(shí)施注氮處理,通過注氮可以有效地降低支架后方采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度,抑制自燃發(fā)火,在拆架進(jìn)行期間持續(xù)注氮,每拆30個(gè)支架更改新的注氮位置,每小時(shí)注氮400 m3。

圖3 打鉆套管圖Fig.3 Drilling sleeves

3)鑒于進(jìn)風(fēng)上隅角區(qū)域瓦斯容易積聚,是自然發(fā)火的危險(xiǎn)區(qū)域,因此對進(jìn)風(fēng)上隅角噴撒阻化劑,可以減少氧氣與煤體表面的接觸面積,進(jìn)而使進(jìn)風(fēng)上隅角區(qū)域內(nèi)的煤體自燃危險(xiǎn)性降低。

4)由于部分支架后方出現(xiàn)了熱異常區(qū)域,高溫點(diǎn)溫度甚至超過了50 ℃,因此,首先通過拆除熱異常區(qū)域的支架并打單體支護(hù)該區(qū)域的方法,使熱量更容易散失,方便熱異常區(qū)域的監(jiān)控和治理,同時(shí)對熱異常區(qū)域表面噴水,內(nèi)部打鉆注漿,進(jìn)一步對熱異常區(qū)域煤體直接進(jìn)行部分剝離的措施,以期迅速降低煤體溫度。

3.3治理效果與分析

礦井火災(zāi)具有一定隱蔽性,一般通過煤炭自燃伴隨著的溫度和CO濃度的變化來判定放滅火措施執(zhí)行后的效果。圖1支架后方煤體溫度變化趨勢,可以看出,通過表面噴水,內(nèi)部打鉆注漿等措施治理30天后,熱異常區(qū)域從50 ℃逐漸降低到常溫的25 ℃,并在治理后期保持穩(wěn)定,說明漿液抵達(dá)了采空區(qū)高溫帶,起到了良好效果,熱異常區(qū)域基本已經(jīng)消除。同時(shí)圖1為28412工作面回風(fēng)流CO濃度,圖1顯示,回風(fēng)流中地CO濃度呈現(xiàn)先上升后下降的狀態(tài),在初期對溫度異常區(qū)域灌漿處理時(shí),一方面可能由于可能治理時(shí)間較短,漿液未明顯控制高溫區(qū)域,使得煤自燃趨勢依舊存在,另一方面,也可能是水和高溫煤體在缺氧環(huán)境中接觸,基于水煤氣原理,進(jìn)一步產(chǎn)生CO,增加了回風(fēng)流中的CO濃度[9]。而隨著治理工程的推進(jìn),煤氧反應(yīng)逐漸得到抑制,CO濃度會(huì)迅速降低,在治理45 d后,降低為15 ppm左右,符合安全規(guī)程中的要求,保證了礦井安全生產(chǎn)。

圖4 支架后方煤體溫度變化趨勢Fig.4 Temperature variation of coal body at the rear of the support

圖5 工作面回風(fēng)流CO濃度Fig.5 CO concentration in return current of the working face

4 結(jié)論

針對官地礦28412工作面拆架期間的CO涌出超限及溫度異常現(xiàn)象,采取了采空區(qū)注氮——注漿——注水的聯(lián)合噴注系統(tǒng),同時(shí)在進(jìn)風(fēng)上隅角噴灑阻化劑,實(shí)行人機(jī)協(xié)同監(jiān)測監(jiān)控,在采取綜合防滅火措施45 d后,回風(fēng)流CO濃度降低到15 ppm,支架后方溫度在25 ℃左右,取得了較好的效果,保證了拆架工作順利安全的進(jìn)行。本方法使滅火的隱蔽工程變得極具顯現(xiàn)化,對礦井火災(zāi)的治理有著顯著的效果,在相近條件下具有一定的推廣應(yīng)用。

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(編輯:劉新光)

ApplicationofFirePreventionandControlwhenDismantlinginNo.28412WorkingFaceofGuandiMing

WANGRui
(GuandiMine,ShanxiCokingCoalGroup,Taiyuan030022,China)

The cycle time of the dismantling is so long that the CO emission overrunning and the temperature anomaly occur in No.28412 working face of the Guandi Mine. Therefore, the No.28412 working face is threatened by combustion hazards. In view of safe production, Guandi Mine adopted a combined system of nitrogen-grouting-water injection, spraying resistance agents in the upper corner and implementing man-machine coordination monitoring at the same time. With the comprehensive fire prevention measures, the CO concentration in return air flow has dropped to 15ppm and the temperature at the rear of the support has been around 25 ℃, which is effective to ensure the smooth and safe dismantling.

dismantling; anomaly; goaf; comprehensive fire prevention and control

TD752

A

1672-5050(2017)03-0060-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.017

2017-03-15

王 瑞(1987-),男,山西忻州人,碩士,助理工程師,從事礦山通風(fēng)工作。