徐世波 張朝川 張紅剛

鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大興煤礦 遼寧調(diào)兵山 112700

礦井火災(zāi)是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，由于煤炭自然發(fā)火而引發(fā)的礦井火災(zāi)占總發(fā)火次數(shù)的90%-94%，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)25個(gè)主要產(chǎn)煤省區(qū)的130余個(gè)大中型礦區(qū)均不同程度地受到煤層自然發(fā)火的威脅[1-2]。礦井自燃火災(zāi)產(chǎn)生的大量有毒有害氣體不僅會(huì)造成人員傷亡，同時(shí)還可能引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸，使得事故危害進(jìn)一步擴(kuò)大[3]。大興煤礦是鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大型骨干礦井，1990年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3．0Mt/a。大興煤礦自投產(chǎn)以來，發(fā)生過數(shù)次自然發(fā)火事故，造成工作面被動(dòng)封閉，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)及采掘接替。現(xiàn)階段，大興煤礦進(jìn)入深部開采，地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜、火成巖侵入災(zāi)害嚴(yán)重，開采環(huán)境進(jìn)一步惡化，傳統(tǒng)防滅火技術(shù)手段已不能完全滿足深部開采防滅火需求。鑒于此情況本文提出利用頂板瓦斯道防火技術(shù)，最終達(dá)到有效抑制采空區(qū)遺煤自燃的目的[4-6]。

1 南二905工作面概況

南二905工作面可采走向長(zhǎng)1124m，傾斜寬152-190m，開采儲(chǔ)量123．2萬(wàn)t，工作面四周均為未采動(dòng)區(qū)，工作面上鄰7-2煤層，北部未采動(dòng)，南部為南五719上采空區(qū)，7-2煤層厚度在1．36-4．93m 之間，一般為 2．96m，與 9 煤層間距 33．07-36．73m，一般為34．99m。工作面所采9煤層大部分為長(zhǎng)焰煤，南部有少量不粘煤，煤層厚度在4．50-6．80m之間，一般為5．30m。工作面從切眼推進(jìn)至468m范圍內(nèi)，平均煤厚為6．40m，推進(jìn)468m至采止線范圍內(nèi)，平均煤厚為4．80m。煤的自燃發(fā)火期為1-3個(gè)月，煤塵爆炸指數(shù)為 33．81%。

圖1 南二905工作面平面示意圖

2 工作面自然發(fā)火過程

2.1 出現(xiàn)自然發(fā)火隱患過程

南二905綜采工作面于5月15日試采，5月16日-18日期間生產(chǎn)部門對(duì)切眼頂板采取主動(dòng)放炮放頂措施。5月20日回風(fēng)開始出現(xiàn)CO氣體，5月30日回風(fēng)流CO當(dāng)日最高值達(dá)5．47ppm。

5月31日，南二905綜采工作面運(yùn)順回采42m、回順回采46m。工作面風(fēng)量1819m3/min ，最大瓦斯涌出量27．90m3/min，最大瓦斯抽采量14．81m3/min。21：00左右，現(xiàn)場(chǎng)瓦檢員正常檢查工作面架間、上隅角高頂、老塘束管及5月22日布置束管等地點(diǎn)CH4、CO氣體濃度情況。

從58#支架至機(jī)尾支架架間均有CO氣體，其中96#-97#架間CO氣體濃度最高為312ppm；上隅角高頂CO氣體濃度為225ppm；老塘束管CO氣體濃度為257ppm；5月22日布置束管CO氣體濃度為387ppm；工作面回風(fēng)CO氣體濃度為22ppm，并且呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)；瓦檢員立即向保安區(qū)調(diào)度匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)CO氣體情況，保安區(qū)調(diào)度向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。

2.2 煤炭氧化原因分析

工作面切眼前部10#支架附近及中部50#支架處各有一斷層，回采期間斷層處遺留浮煤在漏風(fēng)供氧作用下氧化生成大量的CO氣體。另外，工作面開采后，采取主動(dòng)放頂措施，但冒落效果不理想，造成工作面后部漏風(fēng)嚴(yán)重。

3 頂板瓦斯道防火技術(shù)

根據(jù)煤炭氧化發(fā)展規(guī)律及現(xiàn)場(chǎng)回采實(shí)踐，為降低采空區(qū)CO濃度，利用南二905的頂板瓦斯道對(duì)南二905采空區(qū)進(jìn)行治理。主要采取利用預(yù)埋的管路進(jìn)行注水、注漿、注液態(tài)二氧化碳等綜合防火措施進(jìn)行治理[7]。

3.1 頂板瓦斯道停止抽采措施

發(fā)生隱患后，首先要控制漏風(fēng)場(chǎng)，除了工作面進(jìn)行封堵漏風(fēng)外，在6月23日至6月27日期間，對(duì)頂板瓦斯道采取了停抽措施，這樣大大減少采空區(qū)的漏風(fēng)，減小了采空區(qū)CO氣體的外泄。

3.2 頂板瓦斯道注水措施

由于南二905自然發(fā)火的位置靠近運(yùn)順一側(cè)，因此針對(duì)本次出現(xiàn)的實(shí)際情況，在南二905頂板瓦斯道利用預(yù)設(shè)的管路對(duì)南二905采空區(qū)進(jìn)行注水。由于采動(dòng)影響，七煤層與九煤層之間可能產(chǎn)生裂隙。采取對(duì)頂板瓦斯道向南二905工作面采空區(qū)注水措施，一是降低南二905工作面采空區(qū)內(nèi)浮煤溫度；二是水可以通過層間裂隙導(dǎo)入九煤層采空區(qū)，對(duì)頂板瓦斯道下部的地方也可以降溫。6月1日至6月27日，南五719采空區(qū)共計(jì)注水6270m3。

3.3 頂板瓦斯道注液態(tài)二氧化碳措施

為降低南二采空區(qū)氧氣濃度，控制采空區(qū)遺留浮煤氧化，在頂板瓦斯道采取注氮?dú)獯胧?月20日至6月25日，通過頂板瓦斯道預(yù)留的管路向采空區(qū)注入液態(tài)二氧化碳20噸，并根據(jù)CO變化趨勢(shì)對(duì)注液態(tài)二氧化碳管路出口進(jìn)行調(diào)整。

3.4 頂板瓦斯道注漿措施

為降低南二采空區(qū)氧氣濃度，控制采空區(qū)遺留浮煤氧化，在頂板瓦斯道采取注漿措施，6月1日至6月20日，通過頂板瓦斯道預(yù)留的管路連續(xù)進(jìn)行注漿，每天注漿8小時(shí)，累計(jì)注漿3456m3。

4 治理效果考察分析

利用頂板瓦斯道防滅火技術(shù)后，工作面回風(fēng)流CO氣體濃度變化規(guī)律如圖2。

圖2 南二905工作面回風(fēng)流CO氣體濃度變化曲線圖

6月4日工作面回風(fēng)流CO氣體濃度為平均13ppm；6月22日達(dá)到85ppm，由于采空區(qū)治理，CO氣體濃度隨后逐漸下降，6月29日達(dá)到5ppm，但隨后CO氣體濃度快速增加，7月4日達(dá)到128ppm。

6月4日工作面回順三角點(diǎn)高頂CO 氣體濃度為平均370ppm；6月21日達(dá)到2172ppm，由于采空區(qū)治理，CO氣體濃度隨后逐漸下降，6月28日達(dá)到149ppm，但隨后CO氣體濃度快速增加，7月4日達(dá)到3051ppm。

6月4日工作面回順老塘高頂束管CO氣體濃度為平均530ppm；6月22日達(dá)到2951ppm，由于采空區(qū)治理，CO氣體濃度隨后逐漸下降，6月29日達(dá)到272ppm，但隨后CO氣體濃度快速增加，7月3日達(dá)到3377ppm。

通過上述氣體濃度分析，說明前期采空區(qū)治理并沒有從根本上消除遺煤自然發(fā)火隱患，并且工作面運(yùn)順推進(jìn)133m時(shí)，距離工作面25m-60m之間存在2m-5m的巖墻，回采期間巖墻附近遺留浮煤在漏風(fēng)供氧作用下有可能氧化生成大量的CO氣體。所以在防滅火工作中，采取本層和7煤同時(shí)采取防滅火措施，并采用惰性耦合氣體治理方法。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)大興煤礦近距離煤層群開采中面臨的自然發(fā)火隱患防止難題，本文以南二905工作面為例，提出頂板瓦斯道防滅火技術(shù)，主要結(jié)論如下：

（1）南二905工作面在回采期間，采空區(qū)遺煤出現(xiàn)自然發(fā)火隱患后，運(yùn)用頂板瓦斯道防滅火技術(shù)對(duì)南二905采空區(qū)進(jìn)行治理。主要采取利用預(yù)埋的管路進(jìn)行注水、注漿、注液態(tài)二氧化碳等綜合防火措施進(jìn)行治理，經(jīng)過綜合治理，取得了較好的效果。

（2）由于頂板瓦斯道垮落沒有嚴(yán)格的規(guī)律，因此利用頂板瓦斯道進(jìn)行注漿和注氮時(shí)，須計(jì)算出口最佳位置才能保證各措施的合理性。

（3）當(dāng)大興礦其它工作面具備頂板瓦斯道，也可借鑒該經(jīng)驗(yàn)措施，但需要根據(jù)各工作面自然發(fā)火標(biāo)志性氣體來制定各措施參數(shù)