王璟

（重慶天弘礦業(yè)有限責任公司鹽井一礦，重慶 401520）

一、礦井概況

鹽井一礦井田位于重慶合川區(qū)南東，嘉陵江之南岸。為合川區(qū)鹽井鎮(zhèn)所轄。井田南北走向長約6.3km，東西傾向?qū)捈s1.6km，面積約5.2973km2。井田中心相距合川區(qū)城區(qū)直距16km，方位南東162°，井田范圍地理座標：東經(jīng)106°19′30″～106°22′00″，北緯29°54′00″～29°56′00″。礦井為煤與瓦斯突出礦井，井田內(nèi)含煤層14層，可采7層，其中K4、K2、K12煤層為Ⅰ類容易自燃發(fā)火煤層，煤層自燃發(fā)火期1-3個月，K7、K9、K10、K14煤層為Ⅱ類自燃發(fā)火煤層。

鹽井一礦屬于煤與瓦斯突出礦井，各可采煤層間距1.8～25m不等，屬于近距離煤層群組。各煤層原始瓦斯含量大，最大為K4煤層達到19.6881m3/t。開采過程中，鄰近層及本煤層瓦斯進入工作面上隅角，使得上隅角瓦斯治理成為現(xiàn)礦井瓦斯治理的難題。開展上隅角瓦斯治理綜合技術的研究是刻不容緩的。

對于綜合防滅火及上隅角瓦斯治理存在一定的矛盾，如：要解決上隅角瓦斯治理應該是加大工作面風量及加大采空區(qū)后方抽放鉆孔的負壓，但這些對于防滅火的治理往往是背道而馳，所以要解決防滅火及上隅角瓦斯治理就要經(jīng)過長期的技術攻關，達到一個協(xié)調(diào)與管控的平衡點。

二、綜合防滅火技術

（一）均壓防滅火技術

1.均壓防滅火機理及特點

均壓防滅火機理。均壓防滅火技術是采用合理的通風方式，控制工作面風量，在工作面進風側(cè)降低通風阻力，回風側(cè)建控風設施增加通風阻力，平衡采場前后，采空區(qū)內(nèi)外壓差，從而達到開區(qū)均壓和閉區(qū)均壓，減少漏風，有效控制采空區(qū)氧氣來源，降低采空區(qū)中的氧氣濃度，有效抑制遺煤自燃的目的。它具有成本低、技術原理簡單、操作簡單、效果顯著、經(jīng)濟實用等優(yōu)點，它不需要探明火源的具體位置,對生產(chǎn)人員無害,不影響生產(chǎn)的正常進行;另外它不受水、土、氮源的限制,解決了防滅火措施難以到達采空區(qū)深部自燃區(qū)域的問題。

2.均壓防滅火的具體實施

鹽井一礦K7、K9（K12）、K14采煤工作面為近距離煤層群聯(lián)合開采，煤層間距1.8～5.8m，工作面后方采空區(qū)存在大面積導通漏風通道，且在K12煤層機風巷掘進，破壞K14煤層底板巖石穩(wěn)定性，K7煤層機風巷掘進，破壞K12煤層底板巖石穩(wěn)定性造成與采空區(qū)導通裂隙。因此在構(gòu)建均壓通風系統(tǒng)時應聯(lián)合建立K7、K9（K12）、K14工作面回采區(qū)域綜合均壓通風系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場不同的要求，將調(diào)節(jié)風窗、調(diào)壓風機、調(diào)壓氣室等設施相互組合，可設計出均壓系統(tǒng)。K7、K9（K12）、K14工作面回采區(qū)域綜合均壓通風系統(tǒng)形成后要求減少采空區(qū)漏風，同時抑制有空區(qū)內(nèi)CO等有害氣體涌向工作面，保證工作面安全生產(chǎn)。通過分析、比較后，選取是在K7、K9（K12）、K14工作面回風巷和+10m瓦斯巷SC4-3石門之間分別構(gòu)筑控風設施，對K7、K9（K12）、K14工作面后方采空區(qū)30m范圍以外所有鉆孔停止抽放，在工作面機巷、風巷上下隅角隨著工作面每推進30m構(gòu)建板密閉和磚密閉，在工作面上、下隅角設置擋風吊減少采空區(qū)漏風的方式建立聯(lián)合均壓的均壓系統(tǒng)。使工作面風壓與采空區(qū)內(nèi)的氣體壓力、采場內(nèi)外壓力相相平衡，從而使工作面滿足安全生產(chǎn)的要求。對K7、K9（K12）、K14煤層形成類似的均壓系統(tǒng)。

采取以上均壓方案后，經(jīng)實際測量工作面機巷、風巷之間的高低壓差由160Pa降低為70Pa，采空區(qū)內(nèi)外壓差由80 Pa降低為20 Pa，采空區(qū)漏風量由13.2m3/min降低為4.3m3/min，工作面風量-壓差-CO關系

為進一步了解工作面配風量與工作面瓦斯、上隅角CO、采空區(qū)內(nèi)外壓差的關系，通過保持一個工作面風量不變，改變另一個工作面風量大小，從而得出工作面配風量與工作面瓦斯、上隅角CO、采空區(qū)內(nèi)外壓差的關系見下表。

K14工作面風量與上隅角瓦斯對比表

K9(K12)工作面風量與上隅角瓦斯對比表

K7工作面風量與上隅角瓦斯對比表

通過K7、K9（K12）、K14工作面風量-壓差-CO關系表可以得出在以上工作面風量測定范圍內(nèi)，采空區(qū)密閉墻壓差、工作面上隅角CO濃度、工作面瓦斯都隨著風量的減小而降低。同時結(jié)合工作面風量計算，可得出K14工作面最佳配風量為380m3/min，K9(K12)工作面最佳配風量為350m3/min，K7工作面最佳配風量為260m3/min。

（二）氮氣防滅火技術

1.氮氣防滅火機理及特點

氮氣防滅火機理：氮氣在常溫常壓下是一種無色、無味、無毒、抑爆、不可燃的惰性氣體。將氮氣注入采空區(qū)和火區(qū)內(nèi)，可達到防滅火目的。其滅火機理為：①窒息作用：降低采空區(qū)或火區(qū)氧含量，使采空區(qū)或火區(qū)的氣體惰化，降低或阻止煤炭氧化。②增壓作用：大量灌注氮氣可以充滿任何形狀的有限空間，使采空區(qū)形成正壓，減少或杜絕空氣漏入采空區(qū)，形成窒息區(qū)域。③抑爆作用：沖淡采空區(qū)和火區(qū)內(nèi)有爆炸性的混合氣體，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o爆炸性的惰性混合氣體，消除爆炸危險性。

氮氣防滅火特點：氮氣可以充滿任何形狀的有限燃燒空間，便于對采空區(qū)深部，高冒處等難以接近的地點進行滅火。同時氮氣來源廣，制取容易。滅火速度快，工藝簡單、操作方便、來源簡單、恢復生產(chǎn)快、既能防火，也能滅火，還能抑制瓦斯爆炸，無污染環(huán)境和機電設備等優(yōu)點。

2.注氮效果

通過在采空區(qū)鉆孔取樣，分析采空區(qū)內(nèi)氣體組分隨距工作面距離變化的情況，依據(jù)氧氣濃度（8%-18%）判別標準，得到的采空區(qū)氧化帶的范圍。選取在采空區(qū)遺煤較多區(qū)域以及采空區(qū)進風側(cè)50m處（散熱帶與氧化帶交界處），進行注氮量下的模擬。隨著注氮量的增加，采空區(qū)氧化帶的位置逐漸向靠近工作面的方向回縮，在注氮量較少時僅注氮口附近區(qū)域受影響較顯著，對回風側(cè)氧氣分布影響有限。隨著注氮量的增加，注氮影響區(qū)域在走向與傾向上逐漸擴大，達到了很好的效果。

（三）阻化劑防滅火

1.阻化劑防滅火機理及特點

（1）增加煤在低溫時的化學惰性，或提高煤氧化的活能；

（2）形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面；

（3）充填煤柱內(nèi)部裂隙；

（4）增加煤體的蓄水能力；

（5）水分蒸發(fā)吸熱降溫。實質(zhì)是降低煤在低溫時的氧化速度，延長煤的自然發(fā)火期

2.阻化劑防滅火選擇

前最常用的阻化劑有煤礦使用的阻化劑有：氯化鈣、氯化鈉、氯化銨以及水玻璃等。以及工業(yè)廢液等。從目前的應用結(jié)果來看，氯化鈣、氯化鈉、氯化鋁、氯化鋅等氯化物對褐煤、長焰煤和氣煤有較好的阻化效果；水玻璃、氫氧化鈣對高硫煤有較高阻化率。

通過對試驗的煤樣的CO濃度曲線，CO指數(shù)曲線以及阻化率的分析結(jié)果，得到各種阻化劑對K14、K9、K7煤層煤樣阻化效果最佳的濃度配比為氯化鈣15%、氯化鈉12%、氯化銨20%、水玻璃25%，通過將3層煤樣在試驗過程中CO濃度及溫度升高的變化，可以得出本礦應采用12%濃度的氯化鈉溶液作為阻化劑防滅火的首選材料。

3.阻化劑防滅火效果

研究項目中現(xiàn)在了氯化鈣、氯化鈉、氯化銨、水玻璃4種阻化劑分別各自調(diào)制成濃度為15%、12%、20%、25%，4種配比的溶液對煤樣加以處理，通過煤樣的CO濃度曲線及阻化率的分析結(jié)果嗎，得到各種阻化劑對K14、K9、K7煤層的效果最佳濃度配比氯化鈣15%、氯化鈉12%、氯化銨20%、水玻璃25%。將選出的煤樣試驗數(shù)據(jù)再進一步的對比分析，得出濃度為12%氯化鈉溶液對煤層氧化自燃現(xiàn)象的阻化效果最好，尤其是煤樣達到90℃之后，仍然呈現(xiàn)出對煤氧化反應良好的抑制效果。

4.防滅火技術綜合效果分析

（1）K7、K9（K12）、K14工作面回采區(qū)域建立的綜合均壓通風系統(tǒng)能夠?qū)嚯x煤層群的采煤工作面達到降低壓差、減少漏風的作用，使K7、K9（K12）、K14煤層各項自然發(fā)火敏感指標均保持穩(wěn)定，無上升現(xiàn)象，有效避免了采空區(qū)自然發(fā)火事故的發(fā)生，確保了工作面的安全推進。

（2）對工作面風量-壓差-CO關系進行了分析，得出了K7、K9（K12）、K14工作面最佳配風量為。

（3）通過對比分析不同注氮量下采空區(qū)氧化帶寬度變化情況，得到K7、K9（K12）、K14工作面最適宜的注氮量約。

（4）該綜合防滅火方法在鹽井一礦的成功應用，對于今后近距離煤層群聯(lián)合開采防滅火工作提拱了有效的經(jīng)驗以及技術指導。