閆小鵬
(同煤集團燕子山礦通風(fēng)區(qū),山西 大同 037037)
同煤集團燕子山礦核定生產(chǎn)能力480萬t/a,井田走向長8.8km,傾斜寬6.6km,面積58km2,于1988年正式投產(chǎn),采用綜采放頂煤開采方法。
該礦東區(qū)4#層302盤區(qū)最短自然發(fā)火期為82d,煤層平均厚度6.43m,8218為綜采放頂煤工作面,停采撤退期間風(fēng)量為1900m3/min。由于放頂煤工作面采空區(qū)遺煤較多,停采撤退時間較長,采空區(qū)漏風(fēng)大,為采空區(qū)持續(xù)供氧,造成尾端頭CO超限,有自燃預(yù)兆,CO濃度最大增長到3200ppm,機道最大800ppm,后溜最大1000ppm。搬家撤退期間治理自然發(fā)火是工作面安全搬家的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
滅火工作主要包括8218工作面風(fēng)量調(diào)控、均壓通風(fēng)、頭尾端頭封堵和采空區(qū)注氮、注阻化劑等措施。
(1)降低風(fēng)量。將8218工作面風(fēng)量從1900m3/min調(diào)控至1500m3/min。
(2)采用均壓通風(fēng)。在尾巷負壓風(fēng)門以外安裝兩臺2×30kW局部通風(fēng)機,開啟兩級,將風(fēng)筒延接至上隅角處,進風(fēng)順槽風(fēng)量降低至980m3/min,回風(fēng)順槽風(fēng)量為1500m3/min。采取均壓防滅火后,降低進風(fēng)順槽風(fēng)量,減少采空區(qū)漏風(fēng),使采空區(qū)氣體流場及采空區(qū)“三帶”位置發(fā)生變化,有效抑制采空區(qū)遺煤自燃。
(3)根據(jù)工作面及回風(fēng)巷CO濃度情況,進一步降低風(fēng)量,調(diào)控進風(fēng)順槽風(fēng)量為780m3/min,回風(fēng)順槽風(fēng)量為1230m3/min。
(4)隨著工作面支架的撤退,由于頂板塌落,使工作面自然降風(fēng),最后進風(fēng)量為520m3/min,回風(fēng)量945m3/min,尾局部通風(fēng)機風(fēng)筒末端風(fēng)量為410m3/min。均壓防滅火通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。
采空區(qū)的主要漏風(fēng)通道為頭尾端頭,撤架時為了減少采空區(qū)的漏風(fēng)和氮氣的泄漏,對頭尾端頭實施封堵。根據(jù)放頂煤工作面的條件,采取以下方法:
(1)構(gòu)筑粉煤灰袋墻。工作面撤架定位后,在工作面頭、尾端頭處用絲袋裝滿粉煤灰,構(gòu)筑粉煤灰袋墻并用風(fēng)筒布將墻體擋嚴,減少已撤除支架后的采空區(qū)漏風(fēng)。要求粉煤灰袋墻緊貼端頭支架,盡量減少漏風(fēng)。
圖1 均壓防滅火通風(fēng)系統(tǒng)示意圖
(2)注羅克休。為了進一步對采空區(qū)進行堵漏,對頭、尾端頭粉煤灰袋墻體縫隙和煤幫間隙注“羅克休”進一步封堵,A料與B料配比比例為1:4,更有效的減少采空區(qū)漏風(fēng),杜絕向采空區(qū)供氧。
8218注氮防滅火示意圖如圖2所示。
圖2 8218注氮防滅火示意圖
(1)在8218工作面推進至距離停采線30m時,提前在5218巷預(yù)埋一趟注氮管,以備撤支架倒系統(tǒng)時使用。
(2)相鄰巷道5220巷施工鉆孔注氮。由于工作面設(shè)備未撤退,施工鉆孔困難,因此在相鄰5220巷里360~400m處施工7個鉆孔,鉆孔位置在支架后5~50m范圍分布,增加8218采空區(qū)注氮含量。5220巷道為7趟Φ108mm的無縫鋼管,有4趟管路同時輸送氮氣到采空區(qū)防火。
(3)支架間施工鉆孔注氮。在8218工作面每隔10個支架施工一個鉆孔,鉆孔長度為15~30m,鉆孔位置為支架間低位孔,鉆孔位置距離底板50cm。利用原有2218巷Φ108mm無縫鋼管注氮系統(tǒng)與架間鉆孔相連接進行注氮。
(4)注氮流量計算。根據(jù)氧含量計算防火注氮流量見公式(1):
式中:
Q0-采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量,工作面風(fēng)量為1000m3/min,取Q0為12m3/min;
C1-采空區(qū)內(nèi)氧化帶平均氧含量,取為15%;
C2-采空區(qū)氧化帶防火惰化指標,取為7%;
Cn-注氮防火時氮氣純度,取為98%;
k-輸?shù)苈窊p失系數(shù),取為1.2;
n-工作面防滅火系數(shù),防火為1,治理CO超限或滅火為3;
r-煤層自然發(fā)火期,Ⅱ類取為1。
工作面治理CO氣體超限所需注氮流量取為4200m3/h。
(5)增大采空區(qū)注氮量。初期將注氮量由3000m3/h增加至4500m3/h,經(jīng)過觀察上隅角及回風(fēng)流CO濃度略有降低,效果不明顯,后又將注氮量增加至6000m3/h,CO濃度降低幅度較大,效果明顯。
在支架上方及架間打小鉆孔注氯化鎂和注水,每隔3架支架用錨桿鉆機或巖石電鉆向支架上方或架縫打鉆。鉆孔長度為10~50m,鉆孔直徑為Φ25mm,鉆孔內(nèi)插入Φ15mm鋼管作為套管,鉆孔用高壓軟管與井下移動式注漿泵及靜壓水管連接。每個鉆孔在施工完畢后,每天注氯化鎂2t,并對每個鉆孔每天注水20min,對工作面進行防滅火及采空區(qū)降溫。
經(jīng)過一系列防滅火措施的實施,8218工作面1~80#支架處CO濃度降底到24ppm以下,1~80#支架具備撤退條件。為了縮短受CO氣體影響時間,盡快撤出支架,封閉8218工作面,保證礦井正常生產(chǎn)銜接。決定對8218工作面1~80#支架從頭巷撤出,剩余40個支架,待8218工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后,再進行撤退,確保了撤退工作安全順利完成。
(1)提前在2218巷回風(fēng)繞道至皮帶巷之間砌筑兩道負壓風(fēng)門,并打開2218繞道臨時密閉墻,砌筑調(diào)節(jié)風(fēng)門。
(2)停止5218巷2×30kW局部通風(fēng)機運轉(zhuǎn),打開5218巷負壓風(fēng)門,同時關(guān)閉2218巷負壓風(fēng)門,封閉5218巷回風(fēng)繞道。
(3)調(diào)控2218巷回風(fēng)繞道風(fēng)量,使2218巷回風(fēng)量為600m3/min。
(1)停止5220巷鉆孔注氮,并對鉆孔進行封堵。
(2)將5218巷注氮管與主注氮管路相連,對8218采空區(qū)實施注氮。
(3)利用8218后40架架間鉆孔進行注氮,總注氮量為3500m3/h。
(1)倒完系統(tǒng)后,81~120#架處于新鮮風(fēng)流中,撤退時不受氣體威脅,能夠確保人員作業(yè)安全。
(2)經(jīng)過前期的防滅火治理,在開始撤退81#架時,回風(fēng)流CO濃度降至20ppm,并有繼續(xù)下降的趨勢。
燕子山礦8218放頂煤工作面因采空區(qū)自然發(fā)火,給停采撤面帶來較大困難,研究采用調(diào)風(fēng)、頭尾端頭封堵、加大注氮量和注阻化劑等綜合治理的方法,成功治理了采空區(qū)發(fā)火,順利撤出工作面支架,解決了放頂煤工作面自然發(fā)火、CO超限的難題,實現(xiàn)了工作面安全快速撤退。
4.2.1 經(jīng)濟效益
(1)8218工作面采空區(qū)發(fā)火的成功治理,避免了因采空區(qū)發(fā)火而將工作面長時間封閉的情況發(fā)生,確保8218面120個支架順利撤退復(fù)用。
(2)8218面120個支架順利撤退,并應(yīng)用于8214工作面,確保了燕子山礦正常生產(chǎn)銜接,保證了8214面提前3個月順利出煤,創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。
4.2.2 安全效益
8218工作面采空區(qū)綜合防火治理,消除了安全隱患,使CO濃度降低到安全范圍,確保人員施工安全,保證礦井安全生產(chǎn)。
4.2.3 社會效益
(1)通過一系列防火措施的實施,證明了防火措施的有效性、時效性,為礦井回采工作面采空區(qū)發(fā)火治理提供了實踐經(jīng)驗。
(2)此次8218采空區(qū)發(fā)火的成功治理,增強了工程技術(shù)人員的實踐經(jīng)驗,提高了業(yè)務(wù)水平,同時提高了廣大干部員工的防火意識,為以后礦井安全生產(chǎn)打下堅實基礎(chǔ)。