朱佳

摘要：貴州省鎮(zhèn)寧縣宏發(fā)煤礦主采M7煤層屬自燃煤層，煤層自然發(fā)火期3～6個(gè)月。礦井采用注氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)成功對(duì)11701采煤工作面火區(qū)進(jìn)行連續(xù)性注氮?dú)鉁缁鸷蟀踩珕⒎猓⒃诓擅鎲⒎夂蟛扇￠g斷性注氮?dú)夥阑鸺夹g(shù)確保工作面安全順利回采結(jié)束，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：煤礦;注氮?dú)?防滅火;應(yīng)用

一、概述

貴州省鎮(zhèn)寧縣宏發(fā)煤礦礦井開采煤層為M7煤層，M7煤層位于龍?zhí)督M第三段，M7煤層可采厚度為1.60—3.50 m，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有1—3層夾矸，夾矸厚度0.05—0.4m結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，分布范圍內(nèi)全區(qū)可采，屬較穩(wěn)定煤層。煤層傾角14～30°，平均傾角約20°。煤種為：貧煤，符號(hào)為PM，牌號(hào)為11;煤層容重1.35。

M7煤層屬突出煤層，礦井屬煤與瓦斯突出礦井。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為10.41m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為29.57m3/t。

M7煤層的自然發(fā)火傾向性為二類，屬自燃煤層。煤層自燃發(fā)火期一般為3～6個(gè)月。

M7煤層具有煤塵爆炸性。

11701采煤工作面采用2.5m的單體液壓支柱配2.6m的Π型鋼長(zhǎng)梁，二梁五柱支護(hù)。采煤方法為走向長(zhǎng)壁后退式，放炮落煤，全部垮落法管理頂板。工作面采用U型通風(fēng)。

二、注氮?dú)鉁缁饐⒎饣饏^(qū)

（一）工作面發(fā)火原因分析

宏發(fā)煤礦一采區(qū)11701采煤工作面回風(fēng)巷走向長(zhǎng)300米，運(yùn)輸巷走向長(zhǎng)240米，平均走向長(zhǎng)約270米，采面平均傾斜長(zhǎng)115米。于2011年3月12日切眼貫通形成采面開始回采。至2011年9月中旬，11701采煤工作面推采至平均走向長(zhǎng)約160米時(shí)，由于采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火，在采面上、下出口和中部可見明火和煙霧，礦首先采取向火源點(diǎn)插管注水、注漿措施進(jìn)行滅火，由于采空區(qū)火源未能完全控制熄滅，為確保安全，于2011年10月15日，礦對(duì)11701采面采取了全面封閉措施。

分析其發(fā)火原因，11701采煤工作面發(fā)生采空區(qū)遺煤自燃主要原因有以下三個(gè)方面：

一是所開采M7煤層本身具有自燃傾向性，屬二類自燃煤層。

二是該工作面煤層較厚，為3.5米，開采時(shí)一次未能采全高，采空區(qū)煤炭丟失較多，存在自燃發(fā)火熱源。

三是抽采瓦斯時(shí)間不足，瓦斯治理難度大，開采時(shí)受瓦斯制約，工作面經(jīng)常停下來施工抽（排）放鉆孔，致使采面推采速度緩慢，推采時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致從運(yùn)輸巷后尾向采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)供氧時(shí)間長(zhǎng)，最終造成采面采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火。

（二）注氮?dú)鉁缁饐⒎饣饏^(qū)

宏發(fā)煤礦在2011年10月15日11701采面發(fā)火封閉后，一直處于停產(chǎn)狀態(tài)。直到2012年5月8日由救護(hù)隊(duì)對(duì)火區(qū)氣體進(jìn)行取樣分析化驗(yàn)，火區(qū)仍未熄滅。

2012年5月8日火區(qū)氣體取樣分析化驗(yàn)結(jié)果為：瓦斯88.41%，二氧化碳5.24%，氧氣0.96%，一氧化碳0.0021%，空氣溫度37°。

針對(duì)上述情況，考慮采空區(qū)注氮?dú)饩哂腥缦路罍缁鹱饔茫?/p>

1、氮?dú)饪梢猿錆M任何形狀的空間并將氧氣排擠出去，從而使火區(qū)中因氧含量不足而將火源熄滅，或者使采空區(qū)中因氧含量不足而使遺煤不能氧化自燃;當(dāng)對(duì)防滅火區(qū)域注入大量的氮?dú)夂?，使得采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度下降;氮?dú)獠糠值靥娲鯕膺M(jìn)入到煤體裂隙表面，與煤的微觀表面進(jìn)行交換吸附，從而使得煤表面對(duì)氧氣的吸附量減少，在很大程度上抑制或減緩了遺煤的氧化作用。

2、在有瓦斯和火存在的氣體爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，注入氮?dú)夂罂梢越档脱鯕鉂舛群涂扇夹詺怏w濃度，能防止可燃性氣體爆炸;

3、向采空區(qū)或火區(qū)中大量注入氮?dú)夂螅梢栽黾硬煽諈^(qū)相對(duì)壓力，致使新鮮空氣難以漏入，使遺煤不易氧化;

4、較低溫度的氮?dú)庠诹鹘?jīng)煤體時(shí)，吸收了部分煤氧化產(chǎn)生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質(zhì)的溫度，使煤的氧化因聚熱條件的破壞而延緩或終止。

為了加速火區(qū)熄滅，提前啟封火區(qū)，宏發(fā)煤礦決定采用向火區(qū)內(nèi)注氮?dú)鉁缁鸷髥⒎狻?/p>

具體做法是從2012年5月8日在主斜井口20米的地面工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)租用安裝DT1000/5井下移動(dòng)式碳分子篩制氮裝置一套，通過4寸鋼管向11701運(yùn)輸巷密閉內(nèi)的火區(qū)注入氮?dú)猓ǖ獨(dú)鉂舛炔坏陀?7%，注氮?dú)饬科骄鶠?00m3/h），到5月15日對(duì)火區(qū)內(nèi)氣體取樣分析化驗(yàn)，火區(qū)內(nèi)一氧化碳濃度降到10PPm以下。

2012年5月15日火區(qū)氣體取樣分析化驗(yàn)結(jié)果為：瓦斯63.23%，二氧化碳1.12%，氧氣1.73%，一氧化碳0.0002%，空氣溫度32°，火區(qū)內(nèi)空氣中不含有乙烯、乙炔。

然后連續(xù)注氮?dú)庵钡?012年6月18日，停止注氮?dú)夂笤俅螌?duì)火區(qū)氣體取樣分析化驗(yàn)結(jié)果為：瓦斯70.63%，二氧化碳1.10%，氧氣0.75%，一氧化碳0.0002%，空氣溫度26°，火區(qū)內(nèi)空氣中不含有乙烯、乙炔。

因此，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2011版）第248條之規(guī)定判斷11701采面火區(qū)已熄滅，于2012年6月19日，礦采取繼續(xù)向采空區(qū)內(nèi)注入氮?dú)獾耐瑫r(shí)，對(duì)11701采面火區(qū)實(shí)施啟封取得成功，解放火區(qū)煤量5.9萬噸。

三、注氮?dú)夥阑鸹夭?/p>

2012年6月19日，宏發(fā)煤礦成功將11701采面火區(qū)采取注氮?dú)獍踩珕⒎夂螅瑸榉乐共煽諈^(qū)復(fù)燃，沿11701采面切眼以里運(yùn)輸巷后尾和沿采面切頂線采空區(qū)輔設(shè)各一趟2寸管，靠近后尾采空區(qū)側(cè)的鋼管長(zhǎng)2～5米，前端留均設(shè)一段穿孔眼的花管（防止堵塞），作為第一個(gè)氮?dú)忉尫趴谠O(shè)在采面切眼以里采空區(qū)側(cè)，同時(shí)沿管路上每30米留設(shè)一個(gè)三通，并安設(shè)閘閥控制，每一個(gè)三通閘閥上增加安設(shè)一節(jié)2米長(zhǎng)的注氮防堵管，并在采面上下沿傾斜方向5～10米采用擋風(fēng)障或碼隔漏風(fēng)墻（采空區(qū)垮落充填較好時(shí)采用風(fēng)障，垮落充填不好時(shí)采用碼隔漏風(fēng)墻），以減少向采空區(qū)供風(fēng)。每推采30米到三通閘閥地點(diǎn)進(jìn)行回收時(shí)，開啟閘閥進(jìn)行第二個(gè)氮?dú)忉尫趴谧⒌獨(dú)?，如此循環(huán)。

根據(jù)采空區(qū)“三帶”（散熱帶、氧化帶、窒息帶）分布規(guī)律，在采面成功啟封后回采的第一個(gè)月內(nèi)，采取連續(xù)向采空區(qū)注氮?dú)獾姆绞?，加快采面推進(jìn)速度，保持每月推進(jìn)走向長(zhǎng)度不少于30米。在連續(xù)注氮?dú)庖粋€(gè)月后，經(jīng)對(duì)采面上隅角采空區(qū)取樣分析化驗(yàn)后，確認(rèn)采空區(qū)短期內(nèi)不會(huì)復(fù)燃，改為每間隔10天注氮?dú)?4小時(shí)的間斷性注氮?dú)夥绞?，直?012年10月11701采煤工作面采結(jié)束封閉，歷時(shí)4個(gè)月，安全采出煤炭5.9萬噸，未發(fā)生采空區(qū)復(fù)燃。

四、結(jié)束語

1、采面在推采期間，由于礦壓作用頂?shù)装宓拿簩邮艿狡茐?，易造成采面切頂線以內(nèi)的煤炭自燃發(fā)火，采用阻化劑、采空區(qū)灌漿或凝膠進(jìn)行防滅火方法存在對(duì)采面局部煤厚地點(diǎn)的頂部煤炭因灌注高度達(dá)不到或不能完全覆蓋采空區(qū)遺留煤炭，將不能起到很好的防滅火效果。而向采空區(qū)內(nèi)注入氮?dú)獾姆罍缁鸱椒▌t可以彌補(bǔ)上述不足，恰恰能夠有效地充填到這一區(qū)域，起到很好的惰化防滅火的作用。

2、采取連續(xù)性注氮?dú)夥绞较虿煽諈^(qū)或火區(qū)中大量注入氮?dú)夂螅梢栽黾硬煽諈^(qū)相對(duì)壓力，致使新鮮空氣難以漏入，使遺煤不易氧化;較低溫度的氮?dú)庠诹鹘?jīng)煤體時(shí)，吸收了部分煤氧化產(chǎn)生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質(zhì)的溫度，使煤的氧化因聚熱條件的破壞而延緩或終止。采用連續(xù)性注氮?dú)鉁缁鹂蛇_(dá)到加速火區(qū)熄滅，為啟封火區(qū)贏得時(shí)間。

3、采取間斷性注氮?dú)夥绞较虿煽諈^(qū)及遺煤區(qū)注入氮?dú)?，使其滲入到采空區(qū)冒落區(qū)、裂隙帶及遺煤區(qū)，降低這些區(qū)域的氧含量，形成氮?dú)舛杌瘞В瑥亩_(dá)到抑制采空區(qū)自燃和安全開采的目的，為瓦斯抽采提供時(shí)間和空間。

4、根據(jù)采空區(qū)“三帶”（散熱帶、氧化帶、窒息帶）分布規(guī)律，加快采煤工作面的推進(jìn)度，使工作面后部采空區(qū)原“氧化帶”在自然發(fā)火期內(nèi)進(jìn)入新形成的“窒息帶”內(nèi)，同樣也是防治采煤工作面采空區(qū)自然發(fā)火的有效方法。

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