吳勝明

【摘 要】 為研究綜采工作面過(guò)斷層期間防滅火技術(shù)，本文選取典型礦井3110工作面作為工程背景，對(duì)其自然發(fā)火機(jī)理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)受斷層影響，工作面推采速度放慢，使采空區(qū)煤體與氧氣能夠發(fā)生充分接觸;斷層帶附近煤巖體較為破碎，在推采后采空區(qū)遺煤量增加;同時(shí)受斷層及開(kāi)采擾動(dòng)影響導(dǎo)致采空區(qū)與工作面間存在多條漏風(fēng)通道;發(fā)火監(jiān)測(cè)設(shè)備陳舊等因素導(dǎo)致其具備發(fā)火條件，存在發(fā)火傾向。根據(jù)發(fā)火機(jī)理分析，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了防滅火措施，主要包括了在上隅角及支架間隙處設(shè)置阻風(fēng)設(shè)施、向采空區(qū)進(jìn)行注氮處理、改良過(guò)斷層開(kāi)采設(shè)計(jì)等，并對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)CO濃度由0.0077%降低到0.0015%，O2濃度由16.3%降低到4.7%，防控效果良好。

【關(guān)鍵詞】 斷層;綜采;防滅火;機(jī)理;措施

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TD75 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2019）06-0007-03

煤礦火災(zāi)作為煤礦常見(jiàn)的五大災(zāi)害之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)具有自然發(fā)火傾向的煤礦超過(guò)80%，而其中發(fā)生的事故絕大多數(shù)又是由于采空區(qū)遺煤自燃引起的。因此受煤層自然發(fā)火影響，礦井的高效安全生產(chǎn)受到極大制約，我國(guó)科技工作者也就此針對(duì)煤礦自然發(fā)火的機(jī)理及防控技術(shù)進(jìn)行了大量工作。張東坡、郝宇等針對(duì)綜放工作面煤層厚度大、易發(fā)火等特征提出采用注氮對(duì)采空區(qū)發(fā)火進(jìn)行控制。文虎、徐精彩等針對(duì)厚煤層采空區(qū)遺煤發(fā)火問(wèn)題，提出采用隔氧、降溫、堵漏效果更佳的凝膠加以控制。張丹等則對(duì)凝膠材料進(jìn)行了改性，提出采用高分子凝膠進(jìn)行防滅火控制，并在實(shí)踐中取得較好效果。翟小偉等針對(duì)綜放面推進(jìn)速度慢，遺煤易發(fā)生自燃等問(wèn)題，提出使用膠體隔離采空區(qū)并輔以注氮、阻化劑等措施來(lái)緩解控制煤層自燃。劉軍、陳貴、祝明亮等通過(guò)進(jìn)一步分析煤層自然發(fā)火機(jī)理，針對(duì)性地提出了使用固、液、氣三相混合后的發(fā)泡防滅火技術(shù)，通過(guò)實(shí)踐該方法能夠較好地解決遺煤自燃問(wèn)題。而在綜采工作面揭露斷層后，過(guò)斷層期間推采速度放慢，采空區(qū)遺煤與氧氣結(jié)合時(shí)間充分，煤層易發(fā)生火災(zāi)事故。張兵等通過(guò)采取降低工作面準(zhǔn)入風(fēng)量、使用三相泡沫封堵采空區(qū)遺漏風(fēng)通道及噴灑阻化劑等多維防滅火技術(shù)對(duì)金鳳煤礦過(guò)斷層期間易發(fā)火問(wèn)題進(jìn)行治理。陳鵬輝等通過(guò)注漿堵漏并進(jìn)行注氮降氧濃度，輔以安裝自燃發(fā)火束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)對(duì)過(guò)斷層期間采空區(qū)遺煤自燃問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防與治理。馬奎綜合分析了在綜采工作面過(guò)斷層期間使用灌漿、注氮、注CO2、注凝膠等方法的適用性?，F(xiàn)有技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中均取得了較好效果，但受限于使用條件，且未見(jiàn)對(duì)工作面隅角、支架連接處等遺漏失風(fēng)量位置的處理，尚不能完全解決此類(lèi)問(wèn)題，因此本文以山西某礦3110工作面為工程背景，對(duì)其開(kāi)采過(guò)斷層防滅火控制技術(shù)進(jìn)行研究。

1工程背景

3110工作面位于3煤層1采區(qū)，走向長(zhǎng)度1000m，傾向長(zhǎng)200m，煤層厚5.8～6.9m，平均厚度6.35m。該煤層屬Ⅱ級(jí)自燃，發(fā)火傾向Ⅱ，發(fā)火期為34d。該工作面采用U型通風(fēng)方式。工作面開(kāi)切眼后能夠正常推采，推采至55m處揭露一條隱伏斷層F1，斷層落差5m，傾角55°，受F1影響，現(xiàn)推采位置巖體質(zhì)量較差，頂板破碎、支護(hù)困難，難以快速推采過(guò)斷層，在開(kāi)采時(shí)采用留底煤仰斜開(kāi)采方式，傾角為7°，如圖1所示。在過(guò)斷層期間對(duì)工作面周?chē)O(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，工作面上隅角處CO濃度由第三天的0.0054%達(dá)到第七天的0.0077%，并呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

2過(guò)斷層期間煤層發(fā)火機(jī)理

2.1推采速度慢，煤體與氧氣充分結(jié)合氧化

3110工作面在切眼形成后設(shè)備安裝到開(kāi)采期間共計(jì)需要35d，此間煤層與氧氣充分接觸，在工作面正式回采后，推采至55m揭露隱伏斷層，對(duì)開(kāi)采計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，為保證安全生產(chǎn)，降低了推采速度，且受斷層影響，斷層帶周?chē)鷰r體較為破碎，煤體在時(shí)間與空間上進(jìn)一步發(fā)生氧化，易發(fā)生煤層自燃現(xiàn)象。

2.2推采后采空區(qū)遺煤多

由于工作面在過(guò)斷層時(shí)采用了留底煤的仰斜開(kāi)采方式，隨工作面推進(jìn)，頂板破碎煤體及遺留底煤沿傾角向采空區(qū)滾落，導(dǎo)致采空區(qū)遺留松散煤體大大增加，且斷層附近巖體破碎，采空區(qū)遺漏風(fēng)量較大，采空區(qū)內(nèi)煤體能夠充分氧化，造成較為嚴(yán)重的安全隱患。

2.3采空區(qū)圍巖破碎，阻風(fēng)設(shè)施不完備，漏風(fēng)量較大

3110工作面在設(shè)計(jì)時(shí)選用了“U”型通風(fēng)，其上隅角進(jìn)風(fēng)巷與采空區(qū)之間無(wú)阻風(fēng)設(shè)施布置，新鮮風(fēng)流通過(guò)該通道及破裂圍巖涌入采空區(qū)，同時(shí)支架間無(wú)阻風(fēng)設(shè)施，造成新風(fēng)遺漏，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)散落煤體能夠充分接觸氧氣，為煤層發(fā)生自燃提供了必備條件。

2.4發(fā)火監(jiān)測(cè)設(shè)備陳舊，監(jiān)測(cè)靈敏度低

該工作面安裝的監(jiān)測(cè)設(shè)備為普通埋管監(jiān)測(cè)設(shè)備，設(shè)備較為陳舊，且難以及時(shí)監(jiān)測(cè)記錄采空區(qū)內(nèi)CO、O2準(zhǔn)確濃度，當(dāng)采空區(qū)內(nèi)CO、O2濃度超標(biāo)時(shí)不能及時(shí)報(bào)警，導(dǎo)致不能提前預(yù)知空區(qū)內(nèi)煤層狀態(tài)及制定防控措施。

3綜采工作面過(guò)斷層期間采空區(qū)遺煤防滅火技術(shù)

通過(guò)對(duì)3110工作面布置及發(fā)火機(jī)理分析發(fā)現(xiàn)該工作面已具備發(fā)火條件，存在自燃的傾向，需對(duì)其從控制、監(jiān)測(cè)兩方面進(jìn)行防滅火設(shè)計(jì)。

3.1綜采工作面過(guò)斷層期間采空區(qū)遺煤防滅火方法

3.1.1通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，3110工作面遺留失風(fēng)主要原因是在工作面上隅角處進(jìn)風(fēng)巷與采空區(qū)交界處無(wú)阻風(fēng)障礙物及移架過(guò)程中縫隙漏風(fēng)。對(duì)此，在回采過(guò)程中在機(jī)頭距進(jìn)風(fēng)巷10m處安裝“Z”型阻風(fēng)屏障，阻斷新風(fēng)直接流入采空區(qū)通道。在兩支架間安裝阻風(fēng)幕（柔性伸縮風(fēng)幕），對(duì)兩支架間漏失風(fēng)量進(jìn)行控制，以此阻斷新風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)的通道，減少采空區(qū)散落煤體與氧氣接觸量。

3.1.2采用采空區(qū)注氮的方式來(lái)減低采空區(qū)空氣含氧濃度，同時(shí)將斷層帶破碎圍巖中空氣進(jìn)行置換，降低采空區(qū)煤體與氧氣接觸發(fā)生氧化的可能。

3.1.3調(diào)整開(kāi)采方式來(lái)控制推采過(guò)斷層過(guò)程中采空區(qū)遺煤量較大的問(wèn)題。將留底煤仰斜開(kāi)采調(diào)整為偽斜回采方式，在推采至斷層后進(jìn)行工作面回轉(zhuǎn)調(diào)整，平行斷層走向進(jìn)行進(jìn)一步回采，并在過(guò)斷層后進(jìn)行調(diào)面，繼續(xù)按原設(shè)計(jì)進(jìn)行開(kāi)采工作，詳見(jiàn)圖2。

3.2綜采工作面過(guò)斷層期間采空區(qū)遺煤防滅火措施

3.2.1對(duì)原有發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，使其監(jiān)測(cè)靈敏度增加。由原有普通發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)為JSG5型煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)能夠有效進(jìn)行氣體分辨、預(yù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)取樣、分析處理及上傳。當(dāng)監(jiān)測(cè)氣體濃度超過(guò)設(shè)定閾值后，該系統(tǒng)在上傳的同時(shí)能夠發(fā)出警報(bào)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行預(yù)警。改造后在工作面上隅角處、45#支架與46#支架間、125#與126#支架間進(jìn)行安裝，如圖2所示。

3.2.2同時(shí)進(jìn)行人工檢測(cè)分析預(yù)警。在過(guò)斷層期間，防火檢查由原1次/天改為1次/班，重點(diǎn)對(duì)巷道高冒區(qū)、工作面上隅角處、圍巖松散煤體處以及支架間進(jìn)行CO濃度測(cè)定，并取樣上井進(jìn)行進(jìn)一步分析記錄直至過(guò)斷層推采活動(dòng)結(jié)束。

4工程應(yīng)用

通過(guò)發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，3110工作面在過(guò)斷層期間采取防滅火控制措施后，其漏風(fēng)量及空區(qū)內(nèi)CO、O2濃度均有下降，如圖3所示。

CO濃度由0.0077%降低到0.0015%，O2濃度由16.3%降低到4.7%，可知采用采空區(qū)遺煤防滅火技術(shù)有效控制了新風(fēng)流入量，降低了采空區(qū)空氣含氧度，并減少了采空區(qū)遺煤量，避免了采空區(qū)火災(zāi)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了工作面過(guò)斷層的高效、安全生產(chǎn)。

5結(jié)論

文章分析了3110工作面自然發(fā)火機(jī)理，主要包括：推采速度慢，煤體能夠發(fā)生充分氧化;推采后采空區(qū)遺煤量大;采空區(qū)與工作面間存在多條漏風(fēng)通道;發(fā)火監(jiān)測(cè)設(shè)備陳舊。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)煤層具備發(fā)火條件，存在發(fā)火傾向。

根據(jù)發(fā)火機(jī)理，進(jìn)行針對(duì)性控制及監(jiān)測(cè)措施設(shè)計(jì)。主要通過(guò)對(duì)遺漏失風(fēng)量較為嚴(yán)重的上隅角及支架間隙處設(shè)置阻風(fēng)設(shè)施，并向采空區(qū)進(jìn)行注氮處理使采空區(qū)煤體與氧氣隔絕，同時(shí)對(duì)過(guò)斷層設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，由仰斜留底煤開(kāi)采改為回旋調(diào)面直接過(guò)斷層開(kāi)采，大大減小了采空區(qū)遺煤量。通過(guò)新型發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)CO濃度由0.0077%降低到0.0015%，O2濃度由16.3%降低到4.7%，效果良好。

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