矿井通风系统改造及粉煤灰填充技术在预防自燃发火中的应用

闫德胜

（晋能控股煤业集团忻州窑矿，山西 大同 037003）

1 通风系统优化改造对比分析

1.1 原通风系统概况分析

原忻州窑矿东三后期通风巷道横向贯穿于11#层309 盘区，始于11#层309 盘区轨道巷终于305 盘区西部尾且与东三皮带斜井坡底相交，如图1，原通风系统最早是通过引入石岩庄进风立井将新风通入305 盘区内以加强该区内的进风量。依据煤矿开采计划部署情况，东三后期通风巷保留原巷道但已不作为305 盘区的进风巷。东三风井底系统改造前风量及负压参数情况见表1。

图1 原通风系统风流方向

表1 东三风井底系统改造前风量及负压参数情况

1.2 改造后通风系统风流方向

当11#305 盘区8501 工作面及11#层309 盘区8900 工作面完成开采后，开始启动刘官庄风井，并对东三风井底以及309 盘区通风系统进行升级改造，以进一步降低通风负压和阻力，优化通风网络，升级改造后的通风系统风流方向如图2。东三风井底系统改造后风量及负压参数情况见表2。

表2 东三风井底系统改造后风量及负压参数情况

图2 改造后通风系统风流方向

通过对东三风井底通风系统进行升级改造后，各盘区形成了独立的通风系统且通风量完全满足盘区工作面的回采要求，石岩庄风井以及东三风井负压大大降低，矿井全面降阻。305 盘区与309 盘区实现隔离，若其中一个盘区发生灾变不会波及另一个盘区，矿井综合抗灾能力提高，矿井通风系统更趋完善。

2 粉煤灰填充技术在煤炭自燃发火中的应用

2.1 矿井巷道煤炭自燃发火分析

东三后期进风巷北部末端至东三风井底以西原为砌碹巷道，该巷道北翼为8501 采空区，并且巷道上方有一条大断层，采动过程中受集中应力影响，巷道的顶部以及两帮容易发生坍塌，此外，东三11# 层305 盘区轨道补巷西部尾回风绕道也在该区域内，绕道浮煤较多且在风井负压影响下与临近采空区中的遗煤易发生自燃现象[1]。

为消除自燃发火隐患，需在封闭的东三11#层305 盘区回风巷西部尾BE 段，东三11#层轨道补巷西部尾回风绕道CD 段（约20 m）及1#、2#、3#所有防火密闭之间应用粉煤灰进行充填，可隔绝漏风，预防煤炭自燃事故发生。

2.2 粉煤灰填充具体施工工艺

粉煤灰填充施工工艺如下页图3，分别在所有防火密闭，4#、6#永久密闭上预留内径为50 mm 的输料管道，利用移动式搅拌车把粉煤灰、水泥、石灰（质量配比为4∶1∶1）与添加膨胀剂搅拌成均匀混合充填料，通过管路用浓浆泵与密闭预留输料管连接注入防火密闭之间及被充填废弃巷道中。混合料在较短的时间内凝结固化成充填体，控制其膨胀系数为30%。为保证充填效果在外露密闭顶板处预压一根观察管，当输料管注满后，再利用观察管进行后续补注充填，直至从密闭顶部附近煤体裂隙渗出浆，表明密闭腔室全部充填满。

图3 粉煤灰填充工艺施工示意图

3 煤炭自燃发火防治效果分析

1）通过对东三风井底通风系统进行升级改造后，矿井巷道内的通风量满足煤矿生产需求，缩短了通风网络，降低了通风阻力，且将11#305 盘区与309 盘区进行了隔离，这样即使其中某个盘区发生自燃的话，也不会牵连到另一个盘区，极大地提升了矿井的抗自燃能力，完善了矿井的通风系统。

2）通过在防火密闭的墙体内填充粉煤灰及黄土后，不仅使得密闭墙体更加充实而且还能够提升自身的强度。由于粉煤灰自身具有良好的膨胀性，因此在进行密闭间空隙的填充中封堵效果更好。尤其是在回风巷的应用中可以很好地阻隔气体外泄，对预防巷道的自燃发火和有毒气体的外泄起到很好作用[2-3]。

3）通过改造矿车建立移动式粉煤灰搅拌车。在废旧矿车内加焊搅拌器，靠电机带动进行搅拌工作。减少了专门搅拌机的投入，节省吨煤的成本。此外，采用粉煤灰填充主要是回收的火力发电厂的废料，这样实现了废料的二次循环，降低了材料成本。

4）通风系统改造中在充填区镶嵌Φ295 mm 聚乙烯管路，管路穿越被充填区域，作为机头斜井车房全负压通风路径。

4 效果分析

4.1 应用情况

此项通风技术革新项目全部完工，共施工防火密闭3 道，永久密闭4 道，双反调节2 道，粉煤灰充填废弃巷道130 m，充填防火密闭3 道，累计充填注粉煤灰2208 m3。项目通过集团公司通风处、安监局、企划部及质量监督站联合组织的验收，项目施工符合技术要求，矿井通风系统改造，隔离305 与309 盘区，矿井全面降阻；封堵并充填密闭和巷道，隔绝漏风，消除巷道和采空区遗煤因漏风而自燃，提高矿井防火抗灾能力。

4.2 经济、社会效益

通风工程费用计算：三道防火密闭6 万元，四道永久密闭4 万元，二道双反调节1 万元，通风工程费用累计11 万元。

粉煤灰充填费用计算：充填巷道130 m，三道防火密闭，合计充填注粉煤灰空间2 208 m3，充填工程费用累计132.48 万元。11#层309 盘区8917 采空区煤炭自燃事故就是由于密闭漏风所导致的，该次火灾处理共投入资金2 000 多万元。而此次技术革新项目资金仅为143.48 万元，就能彻底消除该区域煤炭自燃发火隐患，成倍降低因煤炭自燃进行灭火的费用。

5 结语

粉煤灰充填技术是利用火力电厂发电的废料，经二次循环应用，避免置于空气中，遇风扬尘，污染空气质量，可达到低碳环保，改善空气质量的目的。另外，粉煤灰用于充填密闭和废弃巷道，材料费用低，承压和封堵效果好，可有效封堵密闭和采空区漏风，预防自燃发火，可成倍降低因煤炭自燃进行灭火的费用，该方法可在全国煤碳行业推广。