郭旭宏
(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司,山西 高平 048407)
唐安煤礦3405工作面開采期間出現(xiàn)過(guò)重大發(fā)火隱患,由于及時(shí)采取防滅火技術(shù)措施,有效預(yù)防了煤炭自燃,保證了工作面順利回采。在治理煤層自然發(fā)火過(guò)程中,摸索出了一套較為完善的早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、早期綜合預(yù)防性治理技術(shù)體系及快速應(yīng)急防滅火治理技術(shù)體系,確保了礦井煤層自然發(fā)火逐年下降,保障了礦井安全生產(chǎn)。
唐安煤礦煤層自燃傾向性等級(jí)為I級(jí)。建礦以來(lái)共自然發(fā)火30次,百萬(wàn)噸發(fā)火率達(dá)5次,最短發(fā)火期為10d,每個(gè)B4煤層工作面在回采過(guò)程中都有自然發(fā)火發(fā)生,封閉火區(qū)過(guò)程中,共計(jì)發(fā)生瓦斯爆炸24次。
3405工作面煤層埋深219~40.5m,采面走向340m,傾向85~118m,平均采高1.7m,煤層傾角5°~10°,煤層堅(jiān)固性系數(shù)f=2~3。工作面以北為采空區(qū),以南未布置工作面,東、西為井巷煤柱和井田邊界煤柱。工作面有1條逆斷層,走向97°,傾向187°,傾角30°,落差1.5m,上盤煤變厚,下盤煤變薄0.2~1.4m,對(duì)回采有較大影響。采煤工作面示意圖如圖1所示。
圖1 3405采煤工作面示意圖
(1)3405工作面南面、西面、東面均為煤柱,無(wú)自然發(fā)火威脅;北面為采空區(qū),有自然發(fā)火威脅;上覆3403工作面開采期間受斷層影響留有大量煤柱,上覆3404工作面開采期間煤柱邊緣被壓松軟的煤體已被氧化且積存有熱量,一旦供氧充分會(huì)快速氧化自燃。
(2)3405工作面上覆B2、B3、B4煤層,在對(duì)B3、B4煤層工作面開采時(shí)遺留了大量浮煤,且上覆B3煤層采空區(qū)浮煤已被氧化,加之B2、B4煤層間距較近,B4采空區(qū)垮冒后將會(huì)漏穿B2煤層采空區(qū),致使B2煤層采空區(qū)的浮煤落入B4煤層采空區(qū)造成二次氧化,極易引起B(yǎng)4煤層采空區(qū)自燃。
(3)保持采場(chǎng)壓力均衡難度較大,上覆3404采空區(qū)相通的運(yùn)煤巷、材料道結(jié)束密閉均位于礦井主進(jìn)風(fēng)大巷內(nèi),進(jìn)風(fēng)壓力較大;3404采空區(qū)相通的3411、3413采空區(qū)為沿空護(hù)巷無(wú)煤柱開采,漏風(fēng)通道多;上覆3403采空區(qū)相通的3403邊界、風(fēng)巷密閉均位于工作面回風(fēng)巷內(nèi),回風(fēng)壓力相對(duì)較大;本煤層風(fēng)機(jī)巷掘進(jìn)過(guò)程中多次漏穿上覆采空區(qū)且有熱水流出,故整個(gè)采空區(qū)通風(fēng)壓差較大、系統(tǒng)復(fù)雜、漏風(fēng)通道多、難以保持采場(chǎng)壓力均衡,極易導(dǎo)致大量氧氣通過(guò)各漏風(fēng)通道進(jìn)入采空區(qū),引起采空區(qū)遺煤氧化自燃或氧化帶擴(kuò)大。
(1)機(jī)巷掘進(jìn)過(guò)程中有180m長(zhǎng)度范圍內(nèi)頂板淋水較大,隨工作面逐步開采頂板裂隙進(jìn)一步增加;風(fēng)巷掘進(jìn)時(shí)有約80m長(zhǎng)度巷道漏穿上部采空區(qū)形成多處孔洞,監(jiān)測(cè)CO濃度最大達(dá)到320ppm,受通風(fēng)壓差影響極易漏風(fēng)產(chǎn)生高溫氧化自燃。由于這種燃燒是在煤層內(nèi)部,外部很難檢查發(fā)現(xiàn),對(duì)回采影響較大。
(2)工作面開切眼正好位于上覆煤層開切眼邊緣,受工作面安裝及初期調(diào)采影響,開切眼碎煤暴露時(shí)間較長(zhǎng),極易氧化導(dǎo)致自然發(fā)火,特別是工作面開采初期推進(jìn)速度慢且工作面頂板極易垮落的情況下,上覆開切眼碎煤極易二次氧化自燃。
(3)3405邊界與機(jī)巷三角形煤柱燈子下方巷道頂板較破碎,采場(chǎng)壓力將煤柱壓松軟后,極易將3405進(jìn)風(fēng)巷與上覆采空區(qū)導(dǎo)通形成漏風(fēng),從而引起煤柱邊緣及上覆采空區(qū)浮煤氧化自燃。
(4)工作面隨傾向逐步增長(zhǎng),在工作面加架的過(guò)程中,大量的浮煤將被丟入采空區(qū),極易引起浮煤長(zhǎng)期氧化自燃;工作面內(nèi)有斷層,采至斷層帶時(shí)若推進(jìn)速度受到影響,將會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)浮煤因長(zhǎng)期氧化而發(fā)生自燃。
(5)采面煤體較松軟,且煤層自然發(fā)火期短,采面回采過(guò)程中堆積的浮煤極易發(fā)生氧化自燃;采面一旦出現(xiàn)采場(chǎng)壓力調(diào)整不均勻,將會(huì)引起采空區(qū)大量供氧,加速浮煤的二次氧化,導(dǎo)致工作面發(fā)生氧化自燃。
3.1.1 堵漏
對(duì)周邊區(qū)域3403、3404、3411、3413采空區(qū)的10個(gè)密閉采取全部噴灑水泥漿、噴漿包裹等措施增加密閉的氣密性,并檢查處理好檢測(cè)軟管;同時(shí)加固密閉前的支護(hù),以保證各密閉完好,減少漏風(fēng)通道。對(duì)進(jìn)回風(fēng)之間相通壓差較大的采空區(qū)3404材料道、3403邊界、3403風(fēng)巷、3413風(fēng)巷及風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)巷5處施工夾心密閉。密閉墻之間用高分子滅火材料進(jìn)行充填確保氣密性。3405掘進(jìn)期間風(fēng)巷出現(xiàn)的80m垮冒漏穿處、機(jī)巷頂板淋水較大段180m、機(jī)巷與邊界交界處、機(jī)巷40m與邊界30m頂板破碎段進(jìn)行背頂及全面噴漿,包裹厚度不低于100m且包裹封閉嚴(yán)實(shí)。
3.1.2 均壓
全面檢查工作面區(qū)域的所有通風(fēng)設(shè)施,確保通風(fēng)設(shè)施牢固、可靠,保證采場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。全面調(diào)整采場(chǎng)及外圍通風(fēng)系統(tǒng)壓力(包括施工A風(fēng)門、取消B風(fēng)門以減少3405邊界與機(jī)巷三角形煤柱燈子下方巷道和工作面形成的壓差等),以采場(chǎng)及外圍區(qū)域密閉進(jìn)出風(fēng)不明顯為準(zhǔn)。
3.1.3 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)
在3405機(jī)巷、3405邊界頂板破碎段每間隔50m,3405風(fēng)巷頂板漏穿點(diǎn)每間隔30m施工一組觀測(cè)孔(每組施工兩個(gè),一個(gè)用于日常檢查,另一個(gè)用于開采期間注氮),鉆孔終孔于上覆采空區(qū),利用觀測(cè)孔監(jiān)測(cè)上部采空區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)氣體變化情況?,F(xiàn)場(chǎng)瓦斯安全員每天進(jìn)行一次全面檢查,救護(hù)隊(duì)每周一、三、五全面檢查三次并對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析。每周不低于兩次,對(duì)采面外圍區(qū)域各密閉全面檢查并對(duì)進(jìn)回風(fēng)重點(diǎn)密閉進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析。
3.1.4 惰化
救護(hù)隊(duì)用1000m3制氮機(jī)分別對(duì)3405工作面下隅角、上部煤層采空區(qū)及工作面機(jī)巷和邊界每組觀測(cè)孔注氮,根據(jù)防滅火檢查情況隨時(shí)對(duì)有威脅的地點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)注氮。
3.1.5 其他
由礦方安排、組織采面傾向逐步增長(zhǎng)過(guò)程中加架及采面二次集中加架工作,確保加架進(jìn)度及防止遺煤丟入采空區(qū)。提前制定好采面過(guò)斷層措施,對(duì)可能遇到的各種困難予以解決,以確保工作面過(guò)斷層進(jìn)度。工作面安裝支架前,應(yīng)將工作面開切眼遺煤清理干凈后再安裝支架。
3.2.1 救護(hù)隊(duì)采取的措施
利用1000m3制氮機(jī)每天不間斷對(duì)上部采空區(qū)、下角懸空密閉內(nèi)工作面機(jī)巷漏穿點(diǎn)與邊界觀測(cè)孔實(shí)施注氮惰化,有效惰化上覆煤層采空區(qū)及本煤層采空區(qū)。針對(duì)鄰近層與本煤層采空區(qū)導(dǎo)通而漏風(fēng)的情況,增加60m2制氮機(jī)對(duì)直通3405上覆煤層采空區(qū)的3404材料道等進(jìn)風(fēng)巷道密閉內(nèi)進(jìn)行注氮,有效控制鄰近區(qū)域漏風(fēng)及降低上覆煤層采空區(qū)氧氣指標(biāo)。
定期灌注液態(tài)二氧化碳惰化采空區(qū)的氧氣和吸收采空區(qū)的熱量,以降低自燃速度。每天利用熱成像儀器對(duì)工作面進(jìn)行全面掃查,發(fā)現(xiàn)溫度異常立即進(jìn)行匯報(bào)處理。全天候現(xiàn)場(chǎng)待機(jī),定時(shí)定點(diǎn)檢查氣體參數(shù),每個(gè)小班向調(diào)度室匯報(bào)3次。收集氣體參數(shù),建立數(shù)據(jù)圖表,對(duì)自然發(fā)火的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。
3.2.2 礦方采取的措施
每3d在工作面上下隅角沿走向施工1次懸空密閉,采煤隊(duì)負(fù)責(zé)在機(jī)頭、機(jī)尾設(shè)置檔風(fēng)簾,減少向采空區(qū)的漏風(fēng),瓦斯安全員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督落實(shí)并匯報(bào)。工作面每次回柱前后對(duì)采面上下隅角均噴灑防滅火石灰。
每周2次對(duì)采場(chǎng)區(qū)域的通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行全面檢查,確保設(shè)施可靠。每天檢查周邊密閉及對(duì)上、下隅角氣體取樣,保證密閉呈進(jìn)出風(fēng)不明顯狀態(tài),若有變化,及時(shí)調(diào)整通風(fēng)壓力做到區(qū)域均壓防火。保證機(jī)巷、風(fēng)巷通風(fēng)斷面,特別是上、下端頭的斷面無(wú)障礙物,使采場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、暢通,減少采場(chǎng)壓力變化;積極協(xié)調(diào)解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題,保證采面正常推進(jìn)。救護(hù)隊(duì)對(duì)采煤隊(duì)全隊(duì)職工進(jìn)行培訓(xùn),講解防滅火措施重要性,確保各項(xiàng)防滅火措施得到認(rèn)真執(zhí)行。
為確保采面的順利推進(jìn),每天由礦方總工程師負(fù)責(zé)對(duì)工作面斷層分布情況進(jìn)行詳細(xì)分析,制定過(guò)斷層的技術(shù)措施和生產(chǎn)措施,保障工作面的推進(jìn)。每天早、夜班在工作面上下隅角各施工1次懸空密閉,封堵上下隅角,將采空區(qū)與工作面隔開,以減少采空區(qū)的漏風(fēng)。通過(guò)上述措施的實(shí)施,上隅角懸空密閉內(nèi)溫度逐步下降并穩(wěn)定在28℃左右,20d后工作面防滅火效果分析采面上隅角懸空密閉內(nèi)CO濃度降低為10ppm,之后穩(wěn)定在5~10ppm之間至工作面開采結(jié)束。采面回風(fēng)CO消失、外圍直通采空區(qū)密閉內(nèi)氧氣指標(biāo)均控制在6%以下,保障了工作面順利回采、回撤。
(1)有效監(jiān)控采空區(qū)及相鄰區(qū)域氣體指標(biāo)變化情況是采面防滅火的重要工作,有效控制發(fā)火威脅區(qū)域的氧氣濃度是防滅火工作的關(guān)鍵,采場(chǎng)均壓是減少采場(chǎng)漏風(fēng)量的重點(diǎn),工作面快速推進(jìn)是防止煤層自然發(fā)火的必要手段。
(2)注氮?dú)饪梢远杌煽諈^(qū),由于注氮量有限,氮?dú)庾⑷氲攸c(diǎn)及方式選擇是關(guān)鍵,既要將氮?dú)庾⑷腙P(guān)鍵地點(diǎn),又要使有限的氮?dú)獍l(fā)揮作用時(shí)間最長(zhǎng),惰化效果最佳,以提高防滅火效果。