夏鵬飛

（冀中能源股份有限公司 葛泉礦東井，河北 邢臺 054000）

1 煤炭自燃概況

煤的自燃過程就是煤氧化產生的熱量大于向環(huán)境散失的熱量導致煤體熱量聚集，使煤的溫度升到著火點的過程。

1.1 煤炭自燃的必要條件

（1）有自燃傾向性的煤被開采后呈破碎狀態(tài)，堆積厚度一般要大于0.4 m。

（2）有較好的蓄熱條件。

（3）有適量的通風供氧。通風是維持較高氧濃度的必要條件，是保證氧化反應自動加速的前提。實驗證明，氧濃度＞15%時，煤炭氧化方可較快進行。

（4）上述3個條件共存的時間大于煤炭的自然發(fā)火期。

1.2 煤炭自燃經常發(fā)生地點

（1）有大量遺煤而未及時封閉或封閉不嚴的采空區(qū)（特別是采空區(qū)內的聯(lián)絡巷附近及采空區(qū)處）。

（2）巷道兩側和遺留在采空區(qū)內受壓破壞的煤柱。

（3）巷道內堆積的浮煤或煤巷的冒頂跨幫處。

（4）與地面老窯連接處。

本文主要針對2個煤層采空區(qū)內進行均壓措施，改變兩煤層通風系統(tǒng)內的壓力分布，降低2個采空區(qū)內通風供氧條件，從而治理采空區(qū)自燃情況的發(fā)生。

2 均壓防滅火技術

均壓技術是在20世紀50年代，由波蘭H.Bystron教授首先提出的，就是采用通風技術措施，調節(jié)漏風風路兩端的風壓差，使之減小或趨于零，使漏風量降至最小，從而抑制控制區(qū)內煤的自燃，抑制封閉火區(qū)的火勢發(fā)展，加速其熄滅。

本文所進行的均壓方案對防滅火研究更加全面，用于間距30 m的7號和9號2個煤層中，在葛泉礦東井11917工作面采空區(qū)和1171工作面采空區(qū)進行均壓，通過對2個煤層的采空區(qū)漏風分析，制定近距離煤層工作面均壓方案，通過構建均壓設施，改變2煤層通風系統(tǒng)內的壓力分布，從而達到兩煤層中兩個工作面采空區(qū)的均壓狀態(tài)。

3 礦井概況

葛泉礦東井通風方式采用中央并列式，通風方法采用機械抽出式，共有副立井和主立井2個井筒。其中，副立井進風，主立井用于提升和回風。葛泉礦東井開采7號煤和9號煤2個煤層，兩煤層間距30 m。

11917工作面所采9號煤層為Ⅱ類自燃煤層，自然發(fā)火期為60 d，煤塵具有爆炸性。9號煤層自然發(fā)火指標氣體CO的出現標志著煤層已開始氧化，C2H4、C3H8出現說明煤層局部溫度達到170℃以上，已進入加速氧化階段，C2H2出現標志著煤層局部溫度已超過325℃。該工作面北、東北至東一采區(qū)運輸上山以北40 m，西北至SF3斷層，西至原1197運輸巷，南、東南至東翼運輸大巷。工作面走向90 m，傾斜長633 m，平均煤厚5.0 m，煤層傾角1°～15°，工作面采用走向長壁后退式開采，采煤工藝為綜采放頂煤，頂板采用全部垮落法，采用U型通風?；夭善陂g主要利用安全監(jiān)控系統(tǒng)、色譜儀分析系統(tǒng)及人工檢測對自然發(fā)火情況進行監(jiān)測；采用以灌黃泥漿防滅火系統(tǒng)為主，輔以噴灑阻化劑的綜合防滅火方法；回采巷道內構筑防火門套，當出現火區(qū)無法控制時可采取封閉工作面應急措施。

1171工作面所采7號煤層，為Ⅲ類不易自燃煤層，自然發(fā)火期為77 d，煤塵具有爆炸性，該工作面東北至7號煤可采邊界，西至SF1斷層，南至東翼運輸大巷上方。工作面走向長1 027 m，平均傾斜長88 m，平均煤厚0.9 m，煤層傾角12°～16°，工作面采用走向長壁后退式開采，采煤工藝為綜合機械化采煤法，頂板采用全部垮落法，采用U型通風。

4 采空區(qū)漏風分析

采空區(qū)漏風主要從采空區(qū)密閉所處的空間位置、密閉壓差及有毒有害氣體進行綜合分析。搜集采空區(qū)防火密閉漏風方向、有毒有害氣體含量及防火密閉前壓差情況等數據，確定采空區(qū)漏風的根本原因。

11917工作面回采完畢后在11917運料巷、11917運輸巷、一采運輸上山及一采軌道上山分別構筑了防滅火密閉墻，在一采軌道上山構建永久調節(jié)墻，均處于東翼運輸上山回風系統(tǒng)中，形成均壓設施（圖1）。

圖1 1 1 91 7工作面防滅火密閉示意Fig.1 Fire prevention closed schematic on 11917 working face

1171工作面回采完畢后，在1171運料斜巷及1171運輸斜巷分別構筑了防滅火密閉墻，在1171運輸斜巷構建調節(jié)墻，均處于集中軌道巷進風系統(tǒng)中，形成均壓設施（圖2）。

圖2 1 1 71工作面防滅火密閉示意Fig.2 Fire prevention closed schematic on 1171 working face

通過分析密閉空間位置、抽取采空區(qū)氣樣，利用色譜儀對氣體成分進行分析，使用壓差計測量各密閉的漏風方向及壓差值等方法，收集相關基礎數據見表1。

表1 均壓前采空區(qū)基礎數據Table 1 Basic data of goaf before pressure equalization

由于兩工作面采空區(qū)防滅火密閉未處于同一通風系統(tǒng)中，1171工作面防滅火密閉處于進風系統(tǒng)中，11917工作面防滅火密閉處于回風系統(tǒng)中，兩工作面采空區(qū)通風壓力差距較大，密閉墻前壓差較大，導致兩工作面采空區(qū)漏風情況。

5 均壓方案

5.1 方案選取

防止采空區(qū)漏風多使用高分子材料或水泥漿封堵漏風通道，但只能起到局部封堵作用，對于煤體間形成的裂隙通道效果不明顯，通過改變通風系統(tǒng)內的壓力分布，降低漏風通道兩端的壓差，可從根本上減少漏風情況，因此選用均壓防滅火方案。

均壓方式根據使用條件不同，可分為開區(qū)均壓和閉區(qū)均壓2大類。開區(qū)均壓系統(tǒng)的具體措施應根據工作面不同的漏風形式而異，針對不同形式的漏風，主要漏風通道及漏風范圍，采取降低或改變其端點壓差是實現開區(qū)均壓的關鍵。閉區(qū)均壓主要是加固防火密閉，提高封閉區(qū)的風阻或采取降低封閉區(qū)進回風口之間的壓差，以減少漏風。

針對1171工作面采空區(qū)及11917工作面采空區(qū)防滅火密閉未處于同一通風系統(tǒng)中，兩端存在壓差的情況，經對通風系統(tǒng)的比對，選擇閉區(qū)均壓措施。將1171運輸斜巷永久調節(jié)墻拆除，在1171運料斜巷中構建一道永久調節(jié)墻，這樣1171工作面防滅火密閉墻與11917工作面防滅火密閉墻均處于回風系統(tǒng)中，可降低兩工作面采空區(qū)壓差，實現均壓效果，如圖3所示。

圖3 均壓前后通風設施對比示意Fig.3 Comparison of ventilation facilities before and after pressure equalization

5.2 實施過程

（1）現場調查收集7號煤與9號煤采空區(qū)防火密閉漏風方向、漏風量、空氣溫度及防火密閉前壓差情況，分析壓差對采空區(qū)漏風的影響。

（2）持續(xù)檢測7號煤與9號煤采空區(qū)內瓦斯涌出及瓦斯流向情況，分析均壓防滅火對采空區(qū)瓦斯影響。

（3）依據漏風方向等基礎數據，構建均壓防滅火設施，完成后使7號煤與9號煤采空區(qū)防火密閉壓差降底，減少漏風情況。

（4）驗證7號煤與9號煤防火密閉均壓方案并開展壓差觀測，最終形成7號煤與9號煤均壓防滅火研究成果。

5.3 應用效果

在兩工作面采空區(qū)形成均壓系統(tǒng)后，對兩工作面采空區(qū)壓差進行檢測，具體數據見表2。

表2 均壓后采空區(qū)基礎數據Table 2 Basic data of goaf after pressure equalization

通過均壓方案的執(zhí)行，改變了11917工作面采空區(qū)和1171工作面采空區(qū)兩端通風系統(tǒng)的壓力分布，效果明顯。對兩端密閉壓差及有毒有害氣體進行了持續(xù)2個月的檢測，1171運料斜巷壓差降低210 Pa，1171運輸斜巷壓差降低210 Pa，11917運料巷、一采軌道上山、一采運輸上山及11917運輸巷壓差無明顯變化，同時瓦斯及一氧化碳等氣體均無明顯變化。

6 結 語

通過上述均壓方案的執(zhí)行，控制了近距離工作面采空區(qū)壓差，使1171工作面和11917工作面兩端壓差降低了210 Pa，減少了采空區(qū)漏風風量，有效治理了采空區(qū)浮煤自燃風險，同時2工作面采空區(qū)內有毒有害氣體均無明顯變化。近距離煤層開采后采空區(qū)防滅火均壓治理技術方案，簡便易行、經濟合理、見效快，對防治煤礦自燃火災有重大的理論和現實意義。為今后協(xié)調開采防滅火治理工作打下基礎，為其他多煤層聯(lián)合開采礦井提供借鑒。