易自燃煤层回采工作面防灭火综合治理技术

杜　斌

（江苏省矿业工程集团有限公司，江苏　徐州　221000）

易自燃煤层回采工作面防灭火综合治理技术

杜斌

（江苏省矿业工程集团有限公司，江苏徐州221000）

摘要：针对青岗坪煤矿开采易自燃煤层存在多种不利因素的现状，在综合分析的基础上，通过现场案例，提出了矿井防灭火综合治理技术，取得了良好效果。

关键词：易自燃煤层；防灭火；综合治理

1　矿井概况

青岗坪煤矿设计生产能力120万吨/年，设计服务年限51.7年。矿井采用斜井单水平开拓。开采方法：走向长壁综合放顶采煤法。

所采煤层为4-2号煤层，煤种为变质程度较低的长焰煤-不粘煤，煤层中丝炭含量相对较高，反映了成煤环境为弱氧化环境，亦是引起煤层自燃的导火索。

2　防灭火综合治理技术

2.1发生CO高浓度事故工作面概况

42101综放工作面位于矿井一采区西翼，工作面走向长度1680m，倾斜长度150m，煤层平均厚度为7.5m，倾角4～6°，工作面两顺槽及切眼掘进期间未发现断层等地质构造。采高3m，放煤高度4.5m。

该工作面自2012年12月25日开始回采以来，上隅角挡墙内CO气体很稳定，一直变化在0～70ppm。2013年11月13日-15日，上隅角挡墙内CO气体在70～90ppm之间变化，较以前有所异常，11月16日上隅角挡墙内CO气体达到260ppm。11月17日，上隅角挡墙内CO气体浓度升高到280ppm，11月18日达到500ppm，随后几天，上隅角挡墙内CO气体浓度急剧上升，最高达到750ppm，同时工作面回风流中也出现了CO气体，最高达到15ppm，工作面60#～99#支架尾梁均出现了CO气体，其浓度为10～550ppm之间。

2.2工作面CO高浓度原因分析

（1）所采4-2号煤层为易自燃发火煤层。实验室对工作面所采的4-2号煤层的自然发火倾向鉴定表明，吸氧量为6.8cm3/g，接近于Ⅰ类易自然发火煤层的7.0cm3/g的吸氧量，表明极易自然发火，接近I类自然发火煤层。

（2）未处理好采空区瓦斯抽放与防火的关系。42101工作面自回采以来，工作面瓦斯涌出量较高，从思想上重视了瓦斯的防治工作，采用了上隅角气室抽放、高位钻孔抽放、煤层预抽和采空区埋管抽放等防瓦斯措施。由于采空区对瓦斯的过度抽放，造成了采空区的大量漏风，使采空区的氧化带变宽，采空区的浮煤在其最短自然发火期内未能进入窒息带，因而发生了浮煤剧烈氧化，产生高温。

（3）采空区内油气污染浮煤增加了浮煤的自然发火性。42101工作面在回采时，不时有油气下泄到工作面，根据对油气污染煤样的研究，其吸氧量比未被污染时增加了30%，表明42101工作面采空区油气下泄增加了采空区浮煤的自然发火性。

（4）工作面上、下隅角冒落不充分。由于工作面进、回风顺槽均为锚杆锚网支护，从两道掘进形成以来，两顺槽顶板没有下沉等变化，因此造成工作面上、下隅角均冒落不好，造成了采区进风侧的严重漏风，使采空区的氧化带较宽，浮煤易氧化自然发火。

（5）矿井的防灭火能力达不到到应急防火的标准。42101工作面上隅角挡墙内出现200ppmCO气体浓度后，矿井即加强了注氮和采空区堵漏的防火措施，但是由于矿井的制氮机能力2×600m3/h是按工作面防火设计，如果是抑制采空区剧烈氧化浮煤的氧化，则注氮能力需增加1倍，如果是灭火，则注氮能力需增加2～4倍，注氮应急能力明显不够。

2.3综合治理技术

（1）加快工作面推进度。从11月21日中班开始到11月25日早班结束，累计连续推进26.4米，在架后形成了一道严密的隔离墙。

（2）上下隅角封堵，减少老塘漏风。11月23日夜班，在上下隅角同时采用了高分子聚合材料密闭充填技术进行封堵。24日中班，再次采用类似方法对上下隅角进行了封堵。

（3）加大注氮量。现场采用了埋设3根2寸管路、以25米为一次交替迈步的方式向采空区注氮，地面两台注氮机同时开启来达到注氮效果。

（4）工作面实行半均压通风。在工作面回风顺槽附近进风联络巷安装一台2×15Kw局扇，通过φ600㎜风筒引到工作面上隅角约2-3米的位置，并在回风顺槽挂两道风幛增加风阻，这样处理后，工作面运输顺槽的风量从1090m3/h降到820m3/h，减少了采空区漏风，同时回风顺槽的风量没有显著减少，保证了风排瓦斯量。实行半均压通风后，回风侧的负压降低，有利于采空区氮气的保存，有利于降低采空区的氧浓度。同时也有利于采空区CO气体的流出。

（5）1-40#支架挂风帘减少漏风。用风帘沿1号支架后立柱拉到40号支架后立柱，将支架后立柱全部挡住，减少采空区漏风。

（6）采取工作面下隅角放炮强制放顶。在下隅角打炮眼装药强制放顶，顶板垮落，减少了采空区漏风。

2.4效果

11月23日20时，工作面防治CO气体超限的所有措施全部到位，工作面上隅角挡墙内的CO气体趋于平稳，并从750ppm逐渐下降，至24日8时，下降到320ppm，证明采空区高温点已被控制，工作面防治CO气体超限措施取得了阶段性成果。25日9时至26日15时，工作面上隅角挡墙内CO气体浓度下降到20ppm以下，说明采空区高温点已经进入窒息带，抑制工作面CO气体超限取得了成功。

3　结语

此次CO高浓度事故处理时间历时四天，通过综合运用各类技术手段，取得了明显的效果，直接验证了方法的正确性。

下一步要采取可靠的采空区自燃发火预测预报手段，通过瓦检员每班观测、现场取样分析和完善束管系统等措施提高防灭火工作的准确性。

有必要建立工作面应急防灭火体系。可采用1台移动式“惰气耦合高强度防灭火装备”，将液态二氧化碳或液氮槽车运送到矿井，槽车与惰气耦合高强度防灭火装置相连，矿井的惰气流量很快就可增加到2000m3/h～5000m3/h，注入采空区后可迅速抑制采空区浮煤的氧化自然发火。

作者简介：杜斌（1975—），男，江苏徐州人，工程师，1997年毕业于中国矿业大学，一级建造师。