楊東方

（潞安礦業(yè)集團(tuán)〈有限〉責(zé)任公司古城煤礦，山西長治 046100）

潞安化工集團(tuán)某煤礦C3-5特厚煤為主采區(qū)，經(jīng)色譜吸氧鑒定，發(fā)現(xiàn)煤的平均吸氧量為0.6cm3/g，自然發(fā)火傾向?yàn)镮I 級(jí)，最短點(diǎn)火時(shí)間為83d，因特厚煤以綜合綜放式為主，采場空間大，易發(fā)生采空區(qū)漏風(fēng)，頂煤回收率低。由于采空區(qū)存在大量剩余煤炭，給礦井生產(chǎn)帶來了極大的困難，尤其是在終采階段。以潞安化工集團(tuán)某礦8117 綜放區(qū)為實(shí)例，介紹了在末采期實(shí)施的綜合防火設(shè)計(jì)與運(yùn)用。

1 工程概況

潞安化工集團(tuán)公司8117 工作面開采長度為1064m，坡長281m，煤層厚度為13.8m，采高3.8m。采用一次全厚的低位放頂法，采出率為1∶2.63。采煤層為石炭系C3-5，煤種為1/3焦煤，深度434～479m。工作面采用三巷布局，即：進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、頂板高抽巷，“U+I”通風(fēng)布局，如圖1所示。

圖1 8117工作面布置示意

根據(jù)煤層中氧含量的大小，將其劃分“三帶”：不燃燒區(qū)含氧量18%以上，燃燒區(qū)含氧量5%～18%，窒息區(qū)含氧量為5%以下，根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果，可以得到工作面煤層自燃的“三帶”的區(qū)域，見表1。

表1 采空區(qū)自燃“三帶”范圍

該工程的末開采期共分三個(gè)階段，計(jì)劃工期29d，即：從距停采線17m的工作面上鋪上吊網(wǎng)鋼索，到距停采線9.6m 的末端，預(yù)計(jì)工期4d；第二個(gè)階段是從頂板支護(hù)到機(jī)道維修完畢，施工場地已具備撤離的條件，預(yù)計(jì)工期10d；第三個(gè)階段是從設(shè)備準(zhǔn)備撤離到撤離工作面的所有支撐，完成了對工作面的封閉，預(yù)計(jì)工期15d，以保證8117 工作面的末開采安全；需要對消防安全進(jìn)行全面的規(guī)劃和仔細(xì)的研究，并制訂防火方案[1]。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)置阻化隔離帶

在工作面進(jìn)入非放煤期30m處，應(yīng)加強(qiáng)采煤作業(yè)，保證放煤的精放細(xì)放，并盡量減小在該區(qū)域內(nèi)坍塌的殘余煤塊；確保煤層與后部采空區(qū)之間有一條煤層隔離帶。采用MgCI2 阻燃劑噴霧裝置，在采空區(qū)進(jìn)行不間斷噴淋、阻化，采用氯化鎂與水的比例為1∶4，濃度為20%，每日噴水量不少于250kg，保證在工作面后方暴露的煤層全部噴灑。在日檢時(shí)，在首、尾、后采空區(qū)集中使用大約215kg的阻化劑，形成一條大約20m長的阻化帶，阻擋采空區(qū)氧化區(qū)的浮煤。當(dāng)支架停止前進(jìn)后，對工作面的兩端和后方暴露的煤體，要及時(shí)應(yīng)用阻化劑進(jìn)行全面的噴灑。MgCI2 阻化劑防火方案具有工藝簡單、投資少、阻化劑來源廣泛、阻化率高等優(yōu)勢。由于成本低，為了節(jié)約礦山的水資源和降低環(huán)境污染，所以使用MgCI2型阻燃劑進(jìn)行滅火較為合適。

2.2 封堵端頭減少漏風(fēng)

為了減少采空區(qū)的漏氣，將采場推進(jìn)到非放煤層（與停采線間距17m)，在工作面的兩個(gè)末端分別設(shè)置一堵粉煤灰，然后用5m一次封閉，直至停采線處，一共設(shè)置了5個(gè)擋板。在建筑施工時(shí)，要采取下寬上細(xì)的措施，以避免施工中出現(xiàn)的坍塌，采用紅磚砌筑，如表2所示。對上、下端頭封堵墻、支架停止推移時(shí)，后溜煤層的暴露部位噴上瑞克物料，必須進(jìn)行嚴(yán)格的噴涂，以避免漏氣。

表2 末采期間粉煤灰封堵墻構(gòu)筑

2.3 采空區(qū)低溫注氮

在進(jìn)風(fēng)巷選擇適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置低溫氮?dú)庾⑷胙b置，對進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍芫€進(jìn)行改造，對采空區(qū)進(jìn)行不間斷的氮?dú)庾⑷?；在回風(fēng)巷采用3條預(yù)埋式管線進(jìn)行多點(diǎn)注氮，其氮?dú)饪偭窟_(dá)到500m3/h以上。在鋪網(wǎng)施工后，高抽巷抽采裝置停止運(yùn)行，對高抽巷進(jìn)行氮?dú)庾⑷?，保證氮?dú)赓|(zhì)量不少于200m3/h，并根據(jù)高抽巷的氣體濃度，進(jìn)行氮?dú)庾⑷?，使巷?nèi)氣體濃度控制在2%以內(nèi)。

注氮管路預(yù)埋方案:采到距停采線120m時(shí)，開始采出工作面的停采后進(jìn)和回風(fēng)巷注氮管線的設(shè)計(jì)，如表3所示。保證開采到停采線，進(jìn)風(fēng)巷氮?dú)夤艿赖某隹谖恢迷诓煽諈^(qū)內(nèi)20m、30m、50m、80m 和120m 的地方，回風(fēng)巷的氮?dú)夤艿涝诓煽諈^(qū)內(nèi)30m、50m、80m的地方，該系統(tǒng)不僅可以滿足工作面在開采過程中的正常注氮需求，而且還能保證采空區(qū)氧化帶在工作面停止開采后的有效惰化。

表3 采空區(qū)預(yù)埋注漿管路要求

2.4 施工措施孔

由于鄰近工作面在以前的停采過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過支架頂部和后面的煤層自燃，為了提高防火安全系數(shù)，采取增加措施孔的方法，防止火災(zāi)的發(fā)生。也就是說，在支架停止移動(dòng)后，采用ZLJ-700 鉆機(jī)，在機(jī)道頂部的頂板向后，分別安裝1個(gè)用于測溫、注氮、注阻化劑或注水的鉆孔。第一個(gè)井眼在5 號(hào)和6 號(hào)井架之間進(jìn)行，總共16 個(gè)井眼。該鉆孔孔徑?73mm，斜角43°，長14m，水泥封孔長度0.5m。鉆孔位于機(jī)道頂部板架之間，鉆機(jī)位于前刮板輸送機(jī)的中軸線，鉆孔后的井高1.2m，最終鉆孔的位置是在支架的切頂線后5m，所有的鉆孔高度都達(dá)到了煤層的頂板。鉆完后，不要再抽出中空鉆柱，由瓦斯員輪流輪流對鉆桿中的CO、O2進(jìn)行檢查，測量T值等參數(shù)，觀察煤層的自燃情況，如有高溫、CO 等自燃征兆，應(yīng)及時(shí)采取注氮、注水等方法，對異常部位采取注氮、注水等措施。措施孔施工示意見圖2。

圖2 措施孔施工示意

2.4.1 低流量注氮系統(tǒng)

進(jìn)風(fēng)巷安全出口的噴氮管在采空區(qū)120m 處斷開，并與沿工作面煤壁鋪設(shè)的108mm 注氮管相對接，沿煤壁間隔20m插入一根異徑三通（108mm變42mm）,?42mm膠管一端與變徑三通相連接，一端與外漏鉆桿接頭相接，形成了一套低壓注氮系統(tǒng)。還可以在注水系統(tǒng)中使用橡膠軟管，工作面傾斜長度281m，可插入14根三通，1根四通，所有16孔對接。各措施孔的氮?dú)庾⑷肓繛?00m3/h，注入的氮?dú)饪梢詫⒖諝鈴拿簩恿芽p中擠出來。

2.4.2 注水系統(tǒng)

沿工作面煤壁再鋪設(shè)1 根108mm 的鋼絲纏繞鋼管，沿煤壁間隔20m 處插1 根異徑三通（108mm 變42mm)，如果需要注水，可將橡膠管與注水變徑三通對接。注水泵采用工作面上的乳化液泵，以變直徑的方式將乳化液泵與108mm的煤壁注水管連接起來。根據(jù)同類型工作面的施工經(jīng)驗(yàn)，將各大注水孔的注水流量分成15m3/h，每孔注水量為1m3/h，并對井內(nèi)注水情況進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，對漏水嚴(yán)重的井，減少注水量，注氣壓力不得大于8MPa。

2.5 加強(qiáng)氣體監(jiān)測

在8117 工作面采用采空區(qū)預(yù)采樣束，并與氣相色譜法聯(lián)用，監(jiān)測和分析了采空區(qū)的瓦斯成分。這次重點(diǎn)分析了氧化區(qū)的瓦斯?jié)舛?，特別是在進(jìn)回風(fēng)巷向采空區(qū)布束管，進(jìn)風(fēng)巷3個(gè)束管，回風(fēng)巷3個(gè)束管。采用2″厚的鋼管作為保護(hù)套管，并在采空帶內(nèi)部50m、30m、20m處進(jìn)行采樣，對已進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域的采空區(qū)實(shí)施連續(xù)監(jiān)測。從工作面上的停采起，每天都要用束管對8117 工作面的瓦斯進(jìn)行采樣，并派救護(hù)人員對工作面的瓦斯進(jìn)行采樣，一旦有異常，立即采取相應(yīng)的措施。見表4。

表4 8117工作面末采階段束管埋設(shè)及人工檢查取樣位置和要求

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

根據(jù)上述的綜合防治措施，本煤礦8117 工作面的最終開采時(shí)間為30d，在最終開采階段，采區(qū)內(nèi)CO的最高濃度為9×10-6，最低為5×10-6，平均濃度為7×10-6，沒有發(fā)現(xiàn)其它具有自燃的典型氣體如C2H4、C2H2。結(jié)合本盤區(qū)16個(gè)采煤工作面終采過程中的瓦斯?jié)舛葰v史數(shù)據(jù)（最大值70×10-6，最小值13×10-6，平均值為23×10-6）進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，最大濃度降低61×10-6、最小濃度降低8×10-6、平均濃度下降16×10-6，防治措施在技術(shù)上取得了較好的效果，為采區(qū)末采時(shí)的安全生產(chǎn)提供了有力保障。

4 結(jié)語

（1）在超厚煤層綜放工作面末采時(shí)，采用一體化的防火防救方案，能較好地預(yù)防工作面發(fā)生自燃、著火危險(xiǎn)，消除隱患，遏制火災(zāi)事故，有效地保證了8117 綜放工作面的收尾工作的順利進(jìn)行。

（2）該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想是：以煤的自燃三個(gè)基本因素為切入點(diǎn)，對煤的自然點(diǎn)火進(jìn)行控制，減少采空區(qū)殘余煤，減少采空區(qū)漏風(fēng)和低溫注氮?dú)獠煽諈^(qū)，以達(dá)到控制煤的自燃的目的。

（3）此次的綜合消防設(shè)計(jì)中，增設(shè)了施工控制孔洞，提高了消防安全性能。采取的措施孔可應(yīng)用于煤礦深層測溫、低溫低流量注氮、注阻化劑或注水井等，為系統(tǒng)的消防安全提供了有力的支持。