陜 峰

(大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大雪坪煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000)

煤礦井下采空區(qū)自燃發(fā)火所造成的井下瓦斯爆炸、有害氣體溢出等事故在我國井下易自燃煤層中時有發(fā)生[1-3]，尤其在煤層群開采過程中，采礦條件復(fù)雜，回采工作面采空區(qū)多，采空區(qū)自燃的機(jī)率及對回采工作安全生產(chǎn)的影響均大大增加[4-5]，本文以山西某礦為工程背景，探討了采空區(qū)防自燃的一些技術(shù)措施，并綜合這些措施，成功運用于該礦采空區(qū)預(yù)防自燃當(dāng)中，取得了較好的效果。

1 礦井概況

山西某礦位于山西省孝義市西南16 km處的柱濮鎮(zhèn)賀南溝村至下柱濮村一帶，井田面積為5.205 km2，井田范圍內(nèi)有公路與主要城市相連，交通位置十分便利，該礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬t/a，井田內(nèi)可開采煤層為2#～11#煤層，井田內(nèi)開采煤層數(shù)量多，開采方式屬于煤層群綜采開采，采空區(qū)較多，且與工作面的空間位置較為復(fù)雜，根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心2018年度自燃傾向性鑒定報告，10#和11#煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，自燃傾向性質(zhì)為自燃，由于10#和11#煤層距離近，同時需開采的工作面多，采空區(qū)多，所以該地段開采時極易發(fā)生采空區(qū)煤層自燃發(fā)火事故。為解決該礦煤層群開采時，采空區(qū)易自燃發(fā)火的安全問題，在探討前人提出的采空區(qū)防自燃發(fā)火技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，提出了針對煤層群開采采空區(qū)防自燃發(fā)火的綜合安全措施，并在該礦成功應(yīng)用，取得了較好的效果，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。

2 采空區(qū)防滅火技術(shù)

影響采空區(qū)煤的自燃的因素很多，如采空區(qū)煤層自燃難易程度、漏風(fēng)情況、采礦條件、煤田地質(zhì)條件、煤層氧化發(fā)熱條件等。多種因素作用下的影響機(jī)理較為復(fù)雜，煤層群開采時采空區(qū)數(shù)量多，工作面與采空區(qū)空間位置關(guān)系復(fù)雜，需采取多種措施相結(jié)合的方法綜合防治煤層群開采時采空區(qū)自燃發(fā)火。

2.1 開采工藝防采空區(qū)自燃發(fā)火技術(shù)

相關(guān)研究證明，影響采空區(qū)自燃的開采技術(shù)參數(shù)主要有：工作面推進(jìn)速度、最小煤層露頭、煤層回采率、隔離封堵采空區(qū)的及時性、工作面的開采順序等，因此在采空區(qū)容易發(fā)生自燃的條件下應(yīng)特別注意這類開采參數(shù)。

2.2 灌漿防采空區(qū)自燃發(fā)火技術(shù)

煤礦井下注漿防火滅火是防止采空區(qū)煤炭自燃的傳統(tǒng)技術(shù)措施之一，近年來成功運用于各個礦山。灌漿防滅火的作用機(jī)理包括阻斷供氧通道和煤體散熱，注漿防滅火原理示意圖，如圖1所示。

圖1 注漿防滅火示意圖

2.3 阻化劑防采空區(qū)自燃發(fā)火技術(shù)

目前常用的阻化可通過噴霧和霧化輸送到采空區(qū)和煤體，從而抑制煤層自燃。其基本原理如下：1) 阻化劑在煤體在表面可形成隔氧層，并封堵煤層裂隙，吸收空氣中水分，使煤體保持濕潤，由于試劑具有很強(qiáng)的吸水能力，煤體長時間保持濕潤。2) 在煤體表面，破壞煤的表面力場，煤中抑制劑與活性分子的相互作用在一定程度上增加了氧分子的活化能，從而大大降低了煤與氧之間的有效碰撞概率。阻化劑移動式噴灑系統(tǒng)工藝圖，如圖2所示。

圖2 移動式噴灑系統(tǒng)工藝圖

2.4 惰氣采空區(qū)防自燃發(fā)火技術(shù)

經(jīng)過長期的發(fā)展，惰性氣體采空區(qū)的防火滅火技術(shù)已在一些發(fā)達(dá)國家和采礦科學(xué)技術(shù)先進(jìn)的國家的煤礦中得到應(yīng)用。移動式惰性氣體注入系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 移動式惰性氣體注入系統(tǒng)

2.5 采空區(qū)漏風(fēng)封堵技術(shù)

通過對某些漏氣源采取一些堵塞措施和設(shè)施，可以有效減少采空區(qū)漏風(fēng)，防止漏風(fēng)引起的采空區(qū)煤炭自燃。近年來我國學(xué)者也在采空區(qū)堵漏放滅火方面進(jìn)行了大量研究，提出了一些適應(yīng)我國煤礦地質(zhì)條件的采空區(qū)堵漏措施，包括：利用封閉墻堵漏、使用噴射泥漿堵漏、以及使用高惰性泡沫堵漏等。

2.6 采空區(qū)均壓防滅火技術(shù)

波蘭學(xué)者于1950年首次提出采空區(qū)均壓防火滅火技術(shù)。自20世紀(jì)60年代以來，壓力均衡防滅火在世界各地的煤礦得到應(yīng)用，我國也對該技術(shù)進(jìn)行了大量探索，并在我國一些煤礦得到了成功的應(yīng)用，取得了較好的防滅火效果，均勻放滅火技術(shù)分閉區(qū)和開區(qū)兩種。自動控制均壓防滅火系統(tǒng)，如圖4所示。

3 工程實踐

根據(jù)該礦煤層數(shù)量多，間距小的實際地質(zhì)條件，屬于煤層群開采方式，煤層群開采時采空區(qū)數(shù)量多，位置復(fù)雜，結(jié)合以上采空區(qū)防自燃發(fā)火技術(shù)措施，需通過通風(fēng)、防塵、防滅火等綜合措施，來保障井下采空區(qū)不發(fā)生自燃發(fā)火。

圖4 自動控制均壓防滅火系統(tǒng)

3.1 通風(fēng)措施

通風(fēng)方式及通風(fēng)量對防治采空區(qū)煤層自燃發(fā)火有重要影響，應(yīng)采取合理的通風(fēng)通道，來保證采空區(qū)不進(jìn)風(fēng)，礦井副立井進(jìn)風(fēng)量2 019 m3/min、主斜井進(jìn)風(fēng)量2 073 m3/min，礦井總進(jìn)風(fēng)量4 092 m3/min，總回風(fēng)量4 278 m3/min，負(fù)壓500 Pa，礦井等級孔3.63 m，滿足礦井通風(fēng)需要。主扇型號為FBCDZ-10-№26，配套電動機(jī)功率2×200 kW，電機(jī)型號：YBF-560S2-10，額定風(fēng)壓2 450 Pa～649 Pa,額定風(fēng)量4 320 m3/min～9 600 m3/min，為防爆抽出式對旋軸流風(fēng)機(jī)。

3.2 綜合防塵措施

煤塵的生成及堆積，也易造成自燃發(fā)火事故，因此應(yīng)采取綜合防塵措施來消除該類事故隱患，礦井現(xiàn)使用2個600 m3高山靜壓水池，管路沿主斜井至井底車場鋪設(shè)到井下各個地點，供各大巷、作業(yè)地點用水，井下各采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)大巷、采、掘工作面進(jìn)回風(fēng)巷均按照規(guī)程規(guī)定數(shù)量安裝了隔爆設(shè)施、凈化水幕，所有轉(zhuǎn)、裝、卸載點全部安裝了噴霧裝置，各類裝置均靈敏、可靠，運行正常。

3.3 防滅火措施

通風(fēng)措施及防塵措施可作為煤層群開采時采空區(qū)防自燃發(fā)火的輔助措施，因此，也需要采取防滅火的直接措施，來徹底杜絕煤層群開采時的采空區(qū)自燃發(fā)火事故，結(jié)合礦井實際條件采用以下直接防滅火措施。

1) 束管監(jiān)測系統(tǒng)

地面安裝了SG-2003型煤礦自燃火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)，選用GC-4085型煤礦專用氣相色譜儀，在11103工作面上隅角及其他測點共布置了7個束管監(jiān)測探頭，每日抽取氣體進(jìn)行分析，積極開展自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報工作，防止煤層自燃。

2) 黃泥灌漿系統(tǒng)

建立了地面集中黃泥灌漿站，選用ZJ-90制漿機(jī)1套，井下干管采用DN125×6的無縫鋼管，支管采用DN125×6的無縫鋼管，管路采用法蘭連接，管路沿11103主運巷敷設(shè)至11103工作面，在11103采空區(qū)實施注漿。

3) 注氮系統(tǒng)

井下回采工作面選用有1臺DTJY-800/0.6型制氮設(shè)備，制氮量800 m3/h，輸出壓力≥0.6 MPa，氮氣純度≥97%。注氮管路采用Φ50mm無縫鋼管，管路已鋪設(shè)至101運巷閉墻、101材巷閉墻、11103運輸巷至工作面，注氮系統(tǒng)運行正常。

4 結(jié)語

煤礦井下煤層群開采時采空區(qū)防自燃發(fā)火的具體措施，主要有：注漿、均勻防滅火、惰性氣體防滅火

等。同時，在探討采空區(qū)防自燃發(fā)火的基礎(chǔ)上以山西某煤業(yè)為工程背景，結(jié)合實際地質(zhì)條件提出了可在該礦使用的綜合防采空區(qū)自燃發(fā)火措施。