姜希印 李毅恒 陶維國

（1.西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧 272000；3.西安天河礦業(yè)科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000）

礦井熱動(dòng)力災(zāi)害是煤礦的重大災(zāi)害類型，礦井火災(zāi)是礦井熱動(dòng)力災(zāi)害中一種，而其中以煤自燃導(dǎo)致的礦井火災(zāi)尤為嚴(yán)重。它不僅會(huì)造成資源的大量損失，同時(shí)也易引起酸雨、霧霾等環(huán)境問題，而且還會(huì)產(chǎn)生溫室氣體（CO和CH4）、有毒有害氣體（CO、SO2、H2S、N2O、NOX等）和微量元素（As、F、Se、Hg等），對井下工作人員身體健康造成嚴(yán)重威脅。因此，運(yùn)用正確的方法，采取恰當(dāng)?shù)姆阑鸫胧?，對煤礦火災(zāi)防治工作具有重要意義。

濟(jì)二礦11310 綜放工作面在煤層厚、斷層多且落差大、推進(jìn)速度慢、丟煤多及沖擊地壓災(zāi)害嚴(yán)重等復(fù)雜因素影響下，存在煤自然發(fā)火隱患，此前進(jìn)行三次封閉處理。濟(jì)二礦對研究11310 綜放工作面回采期間和停采撤架期間的防火技術(shù)十分重視，緊密結(jié)合實(shí)際情況，分析工作面煤自燃危險(xiǎn)性，制定針對性的綜合防火方案，采取有效防火技術(shù)措施，消除工作面在正?；夭珊屯２沙芳芷陂g的自然發(fā)火隱患，保障11310 工作面完成回采及撤架工作。

1 工作面概況及煤自燃危險(xiǎn)性分析

1.1 工作面概況

11310 綜放工作面位于十一采區(qū)西部。11310 綜放工作面所采煤層為二疊系山西組3 煤及3下煤，黑色，以亮煤為主。工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含一層或多層粉砂巖夾矸，夾矸厚0.2～2.0 m。工作面整體地層為西部高、東部低的單斜構(gòu)造，煤層傾角2°～15°，平均7°，工作面中、西部煤層傾角較大，東部煤層傾角相對較小。

1.2 煤自燃危險(xiǎn)性分析

（1）松散煤體。11310 綜放工作面受斷層影響，采空區(qū)丟煤量大，出現(xiàn)自然發(fā)火隱患。另外由于綜放工作面架后遺煤量較多，均具備自然發(fā)火的環(huán)境，架后其他地點(diǎn)仍存在自燃高溫的可能。

（2）漏風(fēng)供氧。采空區(qū)存在大量漏風(fēng)供氧通道，漏風(fēng)充足，為采空區(qū)自燃以及隱患點(diǎn)復(fù)燃提供了良好的供風(fēng)供氧和自燃蓄熱條件。

（3）氧化時(shí)間。由于回采條件復(fù)雜、頂板破碎等因素影響，工作面推進(jìn)速度慢，停留時(shí)間較長，為煤自燃或復(fù)燃提供充足的時(shí)間保障。

2 工作面防火方案及綜合防火技術(shù)

2.1 工作面防火方案

結(jié)合11310 綜放工作面的實(shí)際條件和各種防滅火技術(shù)特點(diǎn)，按照盡快減少采空區(qū)漏風(fēng)、降低采空區(qū)氧濃度、消除高溫點(diǎn)的原則，確定治理方案：施工碎煤墻、隔離垛，建立防火隔離墻，鋪設(shè)風(fēng)筒布，并在進(jìn)風(fēng)端頭及斷層前后注凝膠建立膠體隔離帶；向采空區(qū)壓注液態(tài)CO2，降低采空區(qū)氧濃度和空氣溫度；同時(shí)減少采空區(qū)遺煤量，斷層丟煤隱患點(diǎn)注凝膠處理。對綜放工作面進(jìn)行綜合治理。

2.2 綜合防火技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 工作面監(jiān)測預(yù)報(bào)

（1）每天對工作面兩隅角、回風(fēng)流、支架后方、架間監(jiān)測孔、采空區(qū)預(yù)埋束管氣體進(jìn)行取樣分析 1 次，分析成分有 CH4、CO2、CO、O2、C2H6、C2H4，發(fā)現(xiàn)有氣體異常時(shí)及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

（2）瓦斯檢查員必須每班對工作面兩隅角、回風(fēng)流中的CO 氣體濃度、空氣溫度進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常立即匯報(bào)。

（3）將11310 工作面采空區(qū)束管引入循環(huán)系統(tǒng)，每天循環(huán)監(jiān)測一次，并記錄形成報(bào)表，發(fā)現(xiàn)異常立即采取措施進(jìn)行處理。

2.2.2 回采期間防火技術(shù)措施

（1）堵漏風(fēng)技術(shù)

① 綜采一區(qū)每間隔5 m 在運(yùn)順隅角施工一道碎煤墻，軌順隅角在64#處開始施工碎煤墻，進(jìn)行噴涂賽福特，減少漏風(fēng)。施工碎煤墻示意圖如圖1。

圖1 施工碎煤墻示意圖

② 在兩條順槽后部采空區(qū)堆積土袋（或砂袋），建立防火隔離墻，間距為60 m。在工作面上、下隅角每隔5 m 用碎煤矸和膠體防滅火材料摻和，用水灑濕，裝進(jìn)編織袋，打一道擋風(fēng)墻。

③ 在運(yùn)輸順槽61.5#～63#點(diǎn)斷層揭露處高冒區(qū)提前敷設(shè)風(fēng)筒布，減少向采空區(qū)漏風(fēng)。對進(jìn)風(fēng)端頭及軌順隅角各懸掛2 道擋風(fēng)簾，分別位于順槽支架后立柱及人行過橋里側(cè)、146#支架后立柱及后部機(jī)尾，擋風(fēng)簾接頂接幫。

④ 在運(yùn)順揭露9F38 斷層處施工高位鉆孔，利用運(yùn)順雙液泵（1#泵），對施工的鉆孔壓注水玻璃膠體，單孔壓注量為50～300 m3。根據(jù)回采進(jìn)度，利用運(yùn)順2#雙液泵對碎煤墻間注滿水玻璃膠體，形成隔離實(shí)體，每個(gè)墻間注膠量不得低于90 m3。注膠鉆孔剖面圖如圖2。

圖2 注膠鉆孔剖面圖

⑤ 工作面支架后方沿傾斜方向鋪設(shè)高壓膠管貫穿整個(gè)工作面，工作面移架時(shí)，對采空區(qū)進(jìn)行注漿作業(yè)。每次開閥數(shù)量一般為2～4 個(gè)。當(dāng)工作面下機(jī)巷有漿涌出時(shí)，即可停止注漿。工作面注漿每進(jìn)一刀注漿一次。

（2）降氧抑溫

通過11310 運(yùn)順端頭每20 m 預(yù)留管路向采空區(qū)內(nèi)壓注液態(tài)CO2，降低采空區(qū)內(nèi)O2濃度及空氣溫度。隨工作面回采及碎煤墻施工預(yù)埋管路的情況，待預(yù)埋管路進(jìn)采空區(qū)30～50 m 范圍內(nèi)時(shí)，及時(shí)更新惰性氣體管路連接情況，保證壓注范圍保持在采空區(qū)50 m 以內(nèi)。

（3）其他措施

① 減少采空區(qū)遺煤量。綜采一區(qū)加強(qiáng)放煤管理，后方放煤要見矸，并根據(jù)情況對兩順槽施工的錨帶進(jìn)行退錨，實(shí)施放煤。

② 斷層丟煤隱患點(diǎn)處理。對斷層的丟煤隱患點(diǎn)進(jìn)行注凝膠處理。自工作面60#架開始向機(jī)尾方向打鉆，對鉆孔壓注凝膠，預(yù)計(jì)單孔注膠量10～20 m3。

2.2.3 停采撤架期間防火技術(shù)措施

（1）堵漏風(fēng)技術(shù)

① 對運(yùn)順端頭懸掛2 道擋風(fēng)簾，分別位于順槽支架后立柱及人行過橋里側(cè)；對軌順隅角懸掛2 道擋風(fēng)簾，分別位于146#支架后立柱及后部機(jī)尾。擋風(fēng)簾必須接頂接幫，防止向采空區(qū)漏風(fēng)。

② 停采前架后鋪設(shè)風(fēng)筒布。

③ 軌、運(yùn)順端頭注膠。利用雙液泵超遠(yuǎn)距離注膠系統(tǒng)，對兩順槽76#及75.5#兩道碎煤墻間充填凝膠，注膠量不得低于100 m3。鉆孔施工，壓注凝膠。停采后利用雙液泵對架間和架后鉆孔進(jìn)行注膠，單組孔注膠量不少于10 m3。根據(jù)工作面內(nèi)架后丟煤情況，重點(diǎn)處理兩端頭及9F38 斷層面附近，每5組支架施工深鉆孔，單組孔注膠量不少于50 m3。

④ 架間防滅火鉆孔壓注凝膠工藝，嚴(yán)格控制凝膠比例，水玻璃按12%配比，小蘇打按5%配比，成膠時(shí)間控制在0.5～1 min。停采后10 d 內(nèi)完成注膠工作。

（2）降氧抑溫

在11310 軌順敷設(shè)1 路PVC 管路，通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后利用72#、74#預(yù)留管路向采空區(qū)內(nèi)壓注液態(tài)CO2，降低采空區(qū)內(nèi)O2濃度及空氣溫度。

（3）其他措施

① 減少采空區(qū)遺煤。工作面停采開始上網(wǎng)時(shí)必須沿頂截割，減少停采線丟煤。綜采一區(qū)減少采空區(qū)丟煤及停采位置留頂煤情況，及時(shí)清理工作面浮煤。

② 減小設(shè)備回撤周期。合理安排工作面撤架工作，保證工作面機(jī)械設(shè)備有序、安全、快速、高效地撤出。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 回采期間防火效果分析

工作面及回風(fēng)流CO 濃度存在異常，在此期間，采取相應(yīng)的防火措施，工作面和回風(fēng)流CO 濃度均呈逐漸下降的趨勢。其中回風(fēng)流CO 濃度由最大值80 ppm 逐漸下降至0 ppm；工作面CO 濃度由最大值287 ppm 逐漸降至0 ppm（圖3、圖4）。這說明防火措施起到消除自然發(fā)火隱患的作用，為工作面正常回采提供有力保障。

期間，2018 年4 月，CO 濃度出現(xiàn)略微的升高，是由工作面推進(jìn)速度減慢造成的。

圖3 工作面CO 濃度變化情況

圖4 回風(fēng)流CO 濃度變化情況

3.2 停采撤架期間防火效果分析

由圖5 和圖6 可知，工作面停采撤架期間雖出現(xiàn)短暫CO 濃度升高情況，但均未超過24 ppm，由此可知防火措施有效消除了11310 綜放工作面停采撤架期間自然發(fā)火隱患。

圖5 工作面CO 濃度變化情況

圖6 回風(fēng)流CO 濃度變化情況

4 結(jié)論

（1）從松散煤體、漏風(fēng)供氧、氧化時(shí)間三個(gè)角度對濟(jì)二礦11310 工作面進(jìn)行煤自燃危險(xiǎn)性分析，闡述11310 工作面存在的煤自燃隱患，以便后續(xù)開展準(zhǔn)確有效的防治工作。

（2）根據(jù)11310 工作面煤自燃危險(xiǎn)性，結(jié)合工作面基本情況，按照盡快減少采空區(qū)漏風(fēng)、降低采空區(qū)氧濃度、消除高溫點(diǎn)的原則，提出針對性的煤自燃治理方案。

（3）通過應(yīng)用堵漏風(fēng)、降氧抑溫以及減少采空區(qū)遺煤量和斷層丟煤隱患點(diǎn)處理等有效的防火技術(shù)措施，明顯降低了工作面和回風(fēng)流的CO 濃度，從而消除煤自燃隱患，保證11310 綜放工作面正?；夭珊屯２沙芳芷陂g工作的順利進(jìn)行。