摘要：針對山東省兗州市大統(tǒng)礦業(yè)有限公司楊莊煤礦F9305復(fù)采工作面自然發(fā)火風(fēng)險的現(xiàn)狀，通過采取預(yù)測預(yù)報、注漿、注氮、注防滅火材料、堵漏風(fēng)等綜合防滅火技術(shù)保證了復(fù)采工作面回采過程中的防火安全，確保了工作面正?；夭伞?/p>

關(guān)鍵詞 "復(fù)采工作面 "綜合防滅火 "技術(shù)研究

1.概況

F9305工作面為復(fù)采工作面，該工作面由于放頂煤回采工藝推進速度較慢，軌道順槽在松散煤體中掘進，運輸順槽前進方向由6m厚煤柱，采空區(qū)裂隙大、頂煤回收不徹底等原因造成采空區(qū)遺煤量較大，工作面回采期間防滅火管理難度大。

2.自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)

2.1標(biāo)志性氣體

2017年6月委托資質(zhì)單位鑒定3煤自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。根據(jù)鑒定報告將復(fù)采工作面回風(fēng)隅角CO濃度達到24ppm時作為早期自然發(fā)火征兆預(yù)警值。

2.2束管監(jiān)測地點和措施

該工作面束管監(jiān)測地點包括回風(fēng)隅角、工作面風(fēng)流、工作面回風(fēng)流、采空區(qū)等。監(jiān)測方法主要采用人工檢測、束管監(jiān)測系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等多種方法，具體如下：F9305工作面自然發(fā)火觀測點設(shè)在工作面、運輸順槽距回風(fēng)口10-15m處。回風(fēng)隅角及運輸順槽距回風(fēng)口10-15m處安設(shè)束管監(jiān)測探頭與束管監(jiān)測系統(tǒng)相連，回采期間對采煤工作面相關(guān)地點每天進行抽氣分析。

工作面回采期間每周對相鄰采空區(qū)及其他相關(guān)地點的采空區(qū)密閉內(nèi)的氣體進行一次采樣分析。工作面回采前從F9305切眼向外約5m處在運輸順槽內(nèi)敷設(shè)第一路長度不小于40m的束管，隨后工作面推進20m時敷設(shè)第二路，依次循環(huán)，用于檢測采空區(qū)內(nèi)氣體情況，依次循環(huán)，直至工作面回采結(jié)束。運輸順槽埋設(shè)的束管與束管監(jiān)測系統(tǒng)相連?；仫L(fēng)隅角及運輸順槽埋設(shè)的束管每天采樣或抽氣分析一次。

3.綜合防滅火技術(shù)

3.1注漿系統(tǒng)

礦井在興隆莊村南設(shè)置一處地面注漿站為南翼采區(qū)服務(wù)。注漿站設(shè)有集土池、攪拌機、制漿池、潛水泵、蓄水池、高壓水槍等設(shè)施設(shè)備，漿材（紅土或粉煤灰）在集土池通過高壓水流沖至制漿池中，經(jīng)過攪拌機攪拌制成漿液，漿液采用靜壓自流方式通過地面下漿鉆孔及井下注漿管路輸送至計劃注漿區(qū)域。F9305軌道順槽以外的主要大巷主注漿管采用φ108 mm的無縫鋼管， F9305軌道順槽的主注漿管采用φ108或φ89mm的無縫鋼管，主注漿管路接設(shè)至距工作面切眼不大于80m處停止，其余分支注漿管采用不小于φ50mm鋼管敷設(shè)。

回采前在F9305工作面架后提前敷設(shè)第一路注漿管，長度以管路末端進入運輸順槽內(nèi)為宜，每3m左右打設(shè)一個出漿口，注漿管管徑不小于50mm，注漿管與軌道順槽主注漿管連接。從第一路注漿管向外20±2m按以上方式在工作面架后敷設(shè)第二路注漿管，依次循環(huán)直至工作面回采結(jié)束。注漿管在敷設(shè)下一路時對上一路進行注漿，注漿管注漿后繼續(xù)外延。工作面停采線處的注漿管按以上方式敷設(shè)，停采線處的注漿管在采空區(qū)封閉后開始注漿。

結(jié)合以往工作面防滅火經(jīng)驗，工作面開始采線、終采線處每路注漿量粉煤灰漿液不小于600m3，黃土漿液不小于800m3；架后埋管期間每路注漿量粉煤灰漿液不小于300m3，黃土漿液不小于400m3。溜頭或工作面開始出漿時可停止注漿，如停止注漿后注漿量達不到要求，間隔一段時間再進行補注。工作面采空區(qū)內(nèi)遺煤量較大或工作面相關(guān)地點CO超限并持續(xù)升高時，要根據(jù)實際縮短注漿管埋管間距，注漿量在原有的基礎(chǔ)上增加一倍，以便進一步增加采空區(qū)氣密性，消除采空區(qū)發(fā)火隱患。

3.2注氮系統(tǒng)

根據(jù)《煤炭礦井設(shè)計防火規(guī)范》GB 51078-2015，制氮設(shè)備或裝置的能力應(yīng)按礦井注氮需要選取，注氮能力按下式計算：

QN=60*K*Q0*

式中：

QN——注氮量（m3/h）；

Q0——F9305工作面采空區(qū)氧化帶內(nèi)的漏風(fēng)量，一般取5～20 m3/min。但采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)量的變化范圍較大，一般按工作面風(fēng)量的1/60～1/100選取，采取堵漏風(fēng)措施后我礦取1/80，漏風(fēng)量為7.06m3/min；

C1——采空區(qū)氧化帶內(nèi)的原始氧濃度，一般為10%～15%，取10%；

C2——采空區(qū)防火惰化指標(biāo)，可取7%；

CN——注入氮氣的氮氣濃度，97%；

K——備用系數(shù)按總注氮量的1.2～1.5倍選取，取1.5。

經(jīng)計算，QN=476.55m3/h，取477m3/h。礦井配備MYQ-1000液態(tài)惰氣防滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)有電加熱汽化器2臺，單臺運行額定產(chǎn)氮量為500m3/h，兩臺運行額定產(chǎn)氮總量為1000m3/h，均大于477m3/h，能夠滿足礦井注氮要求。

MYQ-1000液態(tài)惰氣防滅火系統(tǒng)由電加熱氣化器、控制設(shè)備、緩沖儲氣罐、流量、壓力、溫度檢測及控制裝置等主要設(shè)備及裝置構(gòu)成。注惰車間設(shè)在礦區(qū)南地面充填站小料車間內(nèi)，在小料車間南墻西側(cè)打孔安裝惰源外接管路。車間內(nèi)安設(shè)電加熱氣化器、緩沖儲氣罐、電源開關(guān)柜、控制設(shè)備組、信號集中顯示柜、低溫管路控制連接件等的設(shè)施設(shè)備。惰源（移動式氮氣槽車）在小料車間南墻外，通過專用管路與注惰車間南墻西側(cè)伸出的惰源外接管路相連。

F9305工作面相關(guān)區(qū)域出現(xiàn)發(fā)火隱患，采取常規(guī)處置措施不能奏效時，根據(jù)工作面、工作面回風(fēng)流及回風(fēng)隅角風(fēng)流中相關(guān)氣體指標(biāo)狀況及火勢劇烈程度選擇采取開放式或封閉式注氮進行滅火，實施采空區(qū)開放注氮時將F9305軌道順槽專用管路末端與順槽內(nèi)的采空區(qū)埋管連接，使氮氣通過注漿管進入采空區(qū)；實施工作面封閉注氮時首先將F9305軌道順槽專用管路末端與順槽內(nèi)的采空區(qū)埋管連接，再將F9305兩順槽防火門墻洞封閉，隨后輸送氮氣充滿整個工作面、采空區(qū)及兩順槽；如需縮小封閉注氮范圍，首先將F9305軌道順槽專用管路末端與順槽內(nèi)的采空區(qū)埋管連接。在運輸順槽適當(dāng)位置施工板閉，再將F9305軌道順槽防火門墻洞封閉，隨后輸送氮氣充滿整個工作面、采空區(qū)及兩順槽。運輸順槽未封閉區(qū)域使用局部通風(fēng)機供風(fēng)。

3.3壓噴注防滅火材料防治自然發(fā)火

在F9305軌道順槽配備隔膜泵及氣動注漿泵，用于噴灑阻燃劑、壓注水玻璃凝膠或LFM防滅火材料。工作面架間敷設(shè)一路φ25mm高壓膠管，每20m設(shè)三通閥門，為應(yīng)急噴灑相關(guān)防滅火材料專用。據(jù)現(xiàn)場防火需要， MEA、水玻璃、小蘇打、LFM防滅火材料、花管等在現(xiàn)場配齊，數(shù)量滿足需要。

工作面架后遺煤多，存在自燃隱患時，可使用一次性注膠管插入架后破碎煤體內(nèi)，壓注水玻璃膠體；軌道順槽松散煤體出現(xiàn)自燃隱患時，在隱患點打孔插入注膠管，壓注水玻璃膠體進行防滅火處理。溜頭、溜尾關(guān)門柱處浮煤較多，裸露煤體（碎煤）要用水玻璃凝膠噴涂。噴注方式為：浮煤表面噴灑和破碎煤體插管壓注。噴灑可手持高壓膠管或鋼管，對煤體表面進行噴灑，噴灑要均勻。插管用鋼管制作，為方便操作，插管可由多節(jié)組成，用管箍或內(nèi)絲頭連接，前段加工成花管，以提高壓注效果；插管壓注時要根據(jù)情況隨時變換插孔位置，既要保證效果，又要避免浪費，噴注要達到破碎煤體全部濕潤效果。在軌道順槽內(nèi)，距非回采幫約0.5m的垂直于頂部打設(shè)一排注膠孔，在非回采幫肩窩下約0.5m位置，與水平成45°±15°打設(shè)一排注膠孔，然后在鉆孔內(nèi)下設(shè)注膠管，注膠管孔口使用棉紗、水泥等材料進行封堵；然后往注膠管內(nèi)壓注水玻璃凝膠、阻燃劑等防滅火材料。

3.4防漏風(fēng)處理

工作面每推進不大于15m在兩順槽端頭設(shè)置隔離墻，隔離墻采用袋裝黃土（或碎煤）或充填包施工，寬度、高度與上下端頭遺留的空間一致，厚度1.5～2m，墻體表面及周邊噴注水玻璃凝膠進一步增加隔離墻的密封性。使用充填包施工隔離墻時由綜采工區(qū)在預(yù)計施工隔離墻位置用廢舊錨桿及鐵絲將包體撐起，通巷工區(qū)使用氣動隔膜泵或氣動注漿泵向充填包內(nèi)壓注LFM充填型材料將包體充滿。

F9305工作面溜尾與非回采幫間留0.8m寬通道便于對端頭進行防滅火處理；溜尾端頭冒落嚴(yán)實，可采取插管注膠、噴涂水玻璃凝膠等方式處理，隔絕漏風(fēng)通道，代替隔離墻。工作面上部為9311采空區(qū)，軌道順槽在松散煤體下，運輸順槽右上方為9311采空區(qū)，回采期間受礦壓影響可能造成兩順槽頂幫開裂或片冒等存在風(fēng)險的區(qū)域，對風(fēng)險區(qū)域檢測發(fā)現(xiàn)氣體異常時應(yīng)及時匯報，并根據(jù)實際對片冒區(qū)域采取注膠、噴漿或噴涂LFM防滅火材料等有效的防漏風(fēng)措施。

F9305工作面回采期間需調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)時必須考慮風(fēng)阻與壓差之間的關(guān)系，避免因通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整造成與F9305工作面相鄰的采空區(qū)密閉墻內(nèi)外壓差陡增，漏風(fēng)加劇。

3.4進風(fēng)隅角噴霧防滅火

在進風(fēng)隅角處安設(shè)噴頭，連接供水管路持續(xù)向采空區(qū)處進行噴霧，以增加進風(fēng)隅角處遺煤的含水量，噴頭隨支架同步外移。

3.5其它防治自然發(fā)火措施

穩(wěn)定工作面通風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)采空區(qū)三帶測定情況合理配風(fēng)。與工作面相連的巷道通風(fēng)設(shè)施加強檢查，嚴(yán)禁兩道正向風(fēng)門同時打開，保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，盡量減小進回風(fēng)巷壓差，減小漏風(fēng)強度，達到均壓防火的目的。

提高F9305工作面煤炭回收率，減少丟煤量。通往采空區(qū)的管路必須封閉，控制向采空區(qū)漏風(fēng)。對軌道順槽外錯硐室進行充填。充填材料可以使用袋裝黃土，或碎煤進行充填。使用碎煤充填時，必須預(yù)先將碎煤用MEA進行濕潤，硐室里段可用碎煤直接充填，外口用煤袋和金屬網(wǎng)封口。在F9305軌道順槽回采幫肩窩位置，與水平成45°±15°打孔，隨后壓注水泥固化回采側(cè)頂板，孔深及間距根據(jù)端頭揭露情況合理布置。

4.總結(jié)

通過實施以上方案措施，現(xiàn)F9305工作面已推進約500m，未出現(xiàn)嚴(yán)重自燃隱患，防火管控措施得力有效，保證了工作面正?；夭?。同時也掌握了復(fù)雜煤層自燃的特性參數(shù)，探索了松散煤體漏風(fēng)規(guī)律及自燃危險區(qū)域，構(gòu)建了復(fù)采工作面煤層自燃應(yīng)急防控技術(shù)體系。為今后礦井及周邊礦井復(fù)采煤層安全回采、提高資源回收率，減少能源損失、延長衰老礦井服務(wù)年限，以及減輕社會就業(yè)負(fù)擔(dān)都具有很大意義和重要的參考價值。