張 毅
(晉能控股集團晉城煤炭事業(yè)部億欣煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048200)
采空區(qū)遺煤自燃是誘發(fā)礦井火災的主要原因之一,嚴重危害到井下人員的生命安全[1-2]。礦井防滅火主要包括預測、防治和滅火三個部分。為了防治煤層自燃,國內外廣泛采用均壓、灌漿、噴灑阻化劑、注入惰性氣體、注凝膠、泡沫以及剝離清除火源法等防滅火技術[3-5]。億欣煤業(yè)開采15號煤層,煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類,屬自燃煤層,工作面進行綜采、切頂留巷作業(yè)時,因漏風造成采空區(qū)及停采線等地段遺煤自然發(fā)火。
億欣煤業(yè)屬于低瓦斯礦井,目前開采15號煤層,呈黑色,似金屬光澤,中條帶狀結構,層狀構造,亮煤為主,暗煤次之,夾鏡煤條帶,下部煤質變差,為半亮型、半暗型煤,含較多黃鐵礦結核,視密度1.45~1.61 t/m3,平均1.51 t/m3,燃燒時有臭味。據(jù)相關資料顯示,15號煤層自燃傾向性等級Ⅱ,屬自燃煤層,無煤塵爆炸危險性,最短發(fā)火期天數(shù)為89 d。目前,礦井在15號煤層共布置XV1307、XV2303兩個切頂留巷工作面。其中XV1307工作面的采高為2.62 m,工作面長度200 m,走向長度670 m。如何在切頂留巷中減少漏風,從而實現(xiàn)采空區(qū)遺煤自燃防治工作顯得尤為重要。
億欣煤業(yè)15號煤層自燃風險主要從煤的炭化程度、成分、含硫量以及煤層開采方法、巷道布置等方面進行評價。
(1)從煤的炭化程度分析。井田內15號煤層為變質程度高的無煙煤,煤的自燃性隨煤的變質程度增高而降低。因此,億欣煤業(yè)15號煤層自然發(fā)火危險性較小。
(2)從煤巖成分分析。井田內15號煤層以亮煤型為主,其次為暗煤,煤層含亮煤較多時,煤的自燃傾向較大。因此,億欣煤業(yè)15號煤層自燃傾向性比較明顯。
(3)從煤的含硫量分析。井田內15號煤層屬低硫-特高硫分煤,煤的硫分越多,吸氧能力愈大,越易自燃。因此,億欣煤業(yè)15號煤層自燃傾向性高。
(4)從煤層開采方法分析。井田內15號煤層設計均采用一次采全高綜采采煤法,回采率較高,采空區(qū)遺煤較少,有利于礦井防滅火。但采煤工作面采用全部垮落法管理頂板,會造成采空區(qū)漏風大,利于采空區(qū)遺煤自燃。同時,15號煤層采用切頂留巷工藝時,存在墻體接頂不實、墻體局部壓裂等問題,會因漏風造成采空區(qū)及停采線等地段遺煤自然發(fā)火。
(5)從巷道布置分析。設計開拓、準備巷道沿煤層布置,開采初期,錨噴支護減少了煤壁的供氧量,開采后期,巷道局部幫、頂破碎,巷道圍巖(煤體)處于微風供氧狀態(tài),易于積聚熱量發(fā)生自燃。
綜上所述,雖然從煤的炭化程度來分析,億欣煤業(yè)15號煤層自然發(fā)火危險性較小,但是從煤巖成分、含硫量以及煤層開采方法、巷道布置等角度考慮,億欣煤業(yè)15號煤層自燃傾向性比較明顯,采空區(qū)遺煤自燃風險較高,需采取專門的采空區(qū)防滅火技術措施。
圖1 采掘工程平面圖
億欣煤業(yè)15號煤層采用以預防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔,同時建立健全礦井火災監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的綜合防滅火措施。
(1)阻化劑防滅火參數(shù)的確定。① 合理的阻化劑濃度和密度可降低成本、提高阻化效果,阻化劑濃度控制在10%~20%。億欣煤業(yè)15號煤層采用濃度為10%的阻化液,密度為1.05 t/m3。② 原煤吸藥液量及浮煤密度。原煤吸藥液量為47 kg/t,浮煤密度為0.8 t/m3。③ 工作面一次噴灑量,可由浮煤密度、工作面長度、噴灑寬度、浮煤厚度、浮煤吸藥液量等計算得到。依據(jù)礦井實際情況,工作面一次噴灑量為1 443.84 kg,所需阻化劑用量144.38 kg。
(2)采空區(qū)阻化劑防滅火系統(tǒng)與工藝。采空區(qū)阻化劑防滅火系統(tǒng)主要由供水管路、藥液箱、吸液管、壓力表、阻化多用泵、高壓膠管、閥門、三通、噴槍等部分組成,如圖2。阻化泵、藥液箱和阻化劑安放在進風順槽泵站硐室內,通過高壓膠管連接至支架后立柱處的噴槍。正?;夭善陂g采空區(qū)每天噴灑一次,噴灑寬度≤4 m,如遇日推進度大于4 m,需增加阻化劑的噴灑次數(shù),確保工作面采空區(qū)全覆蓋。
圖2 采空區(qū)阻化劑防滅火系統(tǒng)與工藝圖
(3)阻化劑防滅火設備。采用2套BH-66/15-G型煤礦用防滅火液壓泵站,一用一備,其主要技術規(guī)格見表1。
表1 液壓泵站主要技術參數(shù)
(1)凝 膠 材 料 配 比,基 料:促 凝 劑:水=10:4:86(重量比),膠體初凝時間約2 min,膠體凝結時間30~50 s,膠體配比濃度為5‰~6‰。
(2)鉆孔參數(shù)與注膠量,鉆孔孔徑80 mm,其他具體參數(shù)依據(jù)現(xiàn)場情況確定。其中,預防性注膠或火勢較小時,單孔注膠量應不小于15 m3,火勢較大時,單孔注膠量應不小于20 m3,上下隅角鉆孔單孔注膠量應不小于30 m3。壓注凝膠工藝圖如圖3。
圖3 壓注凝膠工藝圖
(3)凝膠防滅火注漿設備,采用2套NJB-80/2型礦用移動式防滅火注漿裝置。
采用JSG-7礦井自燃火災束管監(jiān)測系統(tǒng),其工作原理如圖4。系統(tǒng)工作時,通過氣體采樣控制柜中的控制開關,啟動采樣抽氣泵,束管內形成負壓,被測地點的氣體通過負壓進入束管,經分離器進入采樣柜[6]。
圖4 JSG-7礦井自燃火災束管監(jiān)測系統(tǒng)工作原理
在礦井的自燃危險區(qū)建立自然發(fā)火觀測站,進行系統(tǒng)的、定期的觀測,在回采面和封閉采空區(qū)設置固定觀測站。
回采面固定觀測站:在回風巷采空區(qū)布置3個測點、上隅角布置1個測點,束管布置在巷道外幫,隨采隨移,測點間距30 m,測點內安裝采樣器,采樣器連接束管,測點采樣器外加套管保護;封閉采空區(qū)固定觀測站:工作面開采完畢后,在進、回風側密閉分別設觀測孔,并在密閉內各布置一個測點。固定觀測站示意圖如圖5。
圖5 固定觀測站示意圖
XV1307工作面回采期間,采用以預防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔,同時建立健全礦井火災監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等技術措施,采空區(qū)溫度一直在16℃以下,CO2濃度在0.03%~0.05%之間,O2濃度由19.5%(回采期間)降低至17.5%(封閉后),CO濃度維持在5×10-5以內,實現(xiàn)了億欣煤業(yè)15號煤層采空區(qū)遺煤自燃的有效防治。
億欣煤業(yè)15號煤層工作面采用切頂留巷工藝,易導致采空區(qū)漏風現(xiàn)象,從而誘發(fā)煤層自燃。從煤的炭化程度、成分、含硫量以及煤層開采方法、巷道布置等方面對億欣煤業(yè)15號煤層自燃風險進行評價,研究提出采用以預防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔,同時建立健全礦井火災監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等技術措施,實現(xiàn)了億欣煤業(yè)15號煤層采空區(qū)遺煤自燃的有效防治。