閆小鵬

（同煤集團燕子山礦通風(fēng)區(qū)，山西 大同 037037）

1 工程概況

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)。

2 搬家撤退期間自然發(fā)火治理方案

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。

2.1 8218工作面風(fēng)量調(diào)控及均壓通風(fēng)

（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。

2.2 頭尾端頭封堵

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。

2.3 注氮防滅火

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。

2.4 噴灑阻化劑和注水

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。

3 撤退方案設(shè)計

3.1 先撤退 1～80#支架

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。

3.2 調(diào)整8218工作面通風(fēng)系統(tǒng)

（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。

3.3 重新調(diào)整注氮系統(tǒng)

（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。

3.4 撤退 81～120#架

（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。

4 效果分析

4.1 防滅火效果

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 效益分析

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)。