冀愛(ài)仙

(山西省煤炭職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山西 太原 030006)

在我國(guó)煤礦火災(zāi)中，采空區(qū)遺煤火、煤田火是主要的類型，其中采空區(qū)遺煤火在各大礦區(qū)均有發(fā)生。由于其發(fā)火位置具有隱蔽性，發(fā)火前期并不能被人所發(fā)現(xiàn)，這樣就增加了采空區(qū)火源治理的難度。目前單一的防滅火措施治理采空區(qū)火源治理效果不佳，因此在采空區(qū)火源治理過(guò)程中要采用防治結(jié)合的綜合治理措施，才能確保良好的防治效果。

1 工程概況

口泉煤業(yè)位于山西省大同市，井田內(nèi)可采煤層為19-22合并煤層、25號(hào)煤層，其中19-22號(hào)煤厚12.99～26.52 m，平均22.10 m，主要采用綜采放頂煤回采工藝進(jìn)行開(kāi)采。8204工作面位于19-22號(hào)煤2盤(pán)區(qū)，煤層自燃等級(jí)Ⅱ級(jí)，屬于易自燃煤層，工作面煤厚13.4 m，推進(jìn)長(zhǎng)度640 m，傾向長(zhǎng)度為148 m，設(shè)計(jì)采高3.4 m，放煤高度10 m。

由于工作面煤層較厚，采用放頂煤回采，導(dǎo)致大量遺煤進(jìn)入采空區(qū)，加之工作面不可避免的存在著漏風(fēng)，為采空區(qū)煤層自燃創(chuàng)造了良好的條件。在工作面回采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)回風(fēng)隅角CO含量集中在20～24×10-6之間，有時(shí)甚至超過(guò)規(guī)定值24×10-6，由此判斷8204工作面采空區(qū)遺煤可能已經(jīng)自燃，為了保證工作面安全回采，必須要對(duì)采空區(qū)遺煤自燃情況進(jìn)行準(zhǔn)確的探測(cè)并制定切實(shí)可行的防滅火措施。

2 采空區(qū)火源探測(cè)

2.1 探測(cè)方法選擇

有效治理采空區(qū)煤層自燃的關(guān)鍵就是要準(zhǔn)確探測(cè)采空區(qū)著火位置，從而進(jìn)行有針對(duì)性的防滅火工作。在火區(qū)探測(cè)過(guò)程中，最常用的方法為測(cè)氡法。在煤系地層中氡元素分布廣泛，由于煤炭開(kāi)采形成了大量采空區(qū)，采空區(qū)覆巖受到采動(dòng)影響發(fā)生垮落，產(chǎn)生了大量裂隙。采空區(qū)煤層一旦發(fā)生自燃，周?chē)鷾囟壬?，氡將?huì)從采空區(qū)煤巖體中析出，氡氣濃度出現(xiàn)異常，當(dāng)濃度達(dá)到某一值時(shí)就會(huì)趨于穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)氡氣這一性質(zhì)進(jìn)行采空區(qū)火區(qū)范圍確定。

2.2 探測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)口泉煤業(yè)8204工作面現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采情況，確定本次火區(qū)探測(cè)區(qū)域東西方向650 m，南北方向550 mm，測(cè)點(diǎn)距為15 m×15 m，共布置728個(gè)測(cè)點(diǎn)，探測(cè)面積35.75萬(wàn)m2。由圖1可知，在8204工作面采空區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)溫度異常區(qū)域1處，高溫氧化區(qū)位于工作面切眼附近，溫度范圍100～200 ℃，火源趨勢(shì)由采空區(qū)東南方向西北方逐漸擴(kuò)散，如不進(jìn)行治理，會(huì)影響到礦井的安全開(kāi)采。

圖1 測(cè)氡法火源探測(cè)結(jié)果

3 火源治理技術(shù)

3.1 注漿防滅火

根據(jù)探測(cè)結(jié)果，并結(jié)合口泉礦實(shí)際生產(chǎn)條件，確定在8204工作面切眼西北方側(cè)設(shè)置一道隔離墻，并向采空區(qū)火區(qū)進(jìn)行注漿，用于防治火源蔓延對(duì)采掘工作的影響，具體技術(shù)參數(shù)如下：

1) 墻體厚度1.5 m，走向長(zhǎng)度200 m。

2) 墻體采用無(wú)機(jī)速凝充填材料，與水溶液充分?jǐn)嚢韬? min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)凝結(jié)，2 h后強(qiáng)度可達(dá)到1.5 MPa以上。

3) 由8204工作面巷道向切眼附近采空區(qū)進(jìn)行注漿，每隔20 m設(shè)置一個(gè)鉆場(chǎng)，共設(shè)置11個(gè)，鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔方位角為70～100°，孔徑75 mm，孔深50 m，鉆孔施工完成后，一次灌注一組鉆孔。

3.2 采空區(qū)噴灑阻化劑

1) 將裝有阻化劑液體的儲(chǔ)液箱和注液泵安裝在運(yùn)輸巷平板車(chē)上，距離工作面50 m處，用輸液管路將阻化劑輸送到工作面進(jìn)行噴灑。

2) 將20%濃度的工業(yè)CaCl2倒入儲(chǔ)液箱，用供水管路嚴(yán)格按比例加足清水，配成溶液攪拌均勻后，用BH-40/2.5型阻化劑噴射泵將阻化液輸送到工作面。

3) 一臺(tái)泵配一支噴槍，由專人手持噴槍，從溜子機(jī)頭向機(jī)尾從支架間隙向采空區(qū)噴灑，每間隔5組支架?chē)娨淮?，每次噴灑至? min。正?；夭善陂g每循環(huán)噴灑一次，安排在每循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行。如遇停產(chǎn)、過(guò)斷層、收尾等情況時(shí)，必須對(duì)采空區(qū)加大噴灑頻率。噴灑系統(tǒng)工藝如圖2所示。

圖2 移動(dòng)式噴灑系統(tǒng)工藝

3.3 均壓防滅火

由于工作面與采空區(qū)存在壓差，導(dǎo)致回采過(guò)程中采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，也是煤層自燃的主要原因之一。為了緩解采空區(qū)漏風(fēng)情況，工作面設(shè)置了均壓防滅火措施，在8204工作面輔運(yùn)巷內(nèi)安裝風(fēng)機(jī)，回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，用來(lái)調(diào)節(jié)工作面風(fēng)壓。該措施可以有效改變工作面內(nèi)部風(fēng)壓，調(diào)節(jié)壓差，從而切實(shí)減小工作面漏風(fēng)。

4 應(yīng)用效果分析

為了檢驗(yàn)8204工作面采空區(qū)防滅火效果，對(duì)采空區(qū)自燃情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示。通過(guò)多項(xiàng)防滅火措施的實(shí)施，采空區(qū)CO濃度大幅度降低，由最初246×10-6%下降到了10×10-6%，并趨于穩(wěn)定，說(shuō)明采空區(qū)遺煤自燃現(xiàn)象已經(jīng)得到了很好的控制。同時(shí)采空區(qū)氧氣濃度在實(shí)施防滅火措施7 d后出現(xiàn)了明顯下降，最終穩(wěn)定在2%左右，采空區(qū)溫度也由最初的25.3 ℃下降至11.2 ℃。所有標(biāo)志采空區(qū)遺煤自燃的指標(biāo)(CO、O2濃度、溫度)值均沒(méi)有出現(xiàn)反復(fù)，說(shuō)明采空區(qū)遺煤自燃滅火后并未發(fā)生復(fù)燃現(xiàn)象，且隨工作面回采，采空區(qū)維持良好的狀態(tài)，有效抑制了遺煤自燃。

圖3 采空區(qū)CO濃度隨時(shí)間的變化

圖4 采空區(qū)O2濃度隨時(shí)間的變化

圖5 采空區(qū)溫度隨時(shí)間的變化

5 結(jié) 語(yǔ)

1) 采用測(cè)氡法對(duì)8204工作面采空區(qū)火源進(jìn)行了探測(cè)，結(jié)果在采空區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)溫度異常區(qū)域1處，高溫氧化區(qū)位于工作面切眼附近，溫度范圍100～200 ℃，火源趨勢(shì)有采空區(qū)東南方向西北方逐漸擴(kuò)散。

2) 結(jié)合火源探測(cè)結(jié)果，采用了多種防滅火措施的綜合治理技術(shù)， 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)采空區(qū)CO、O2濃度、溫度監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明所有氣體及溫度都出現(xiàn)了明顯下降，并未出現(xiàn)反復(fù)的現(xiàn)象，進(jìn)一步證明采空區(qū)火源得到有效控制。