隆博煤矿综采工作面综合防灭火技术研究

卢军勤

（山西焦煤霍州煤电隆博煤业有限公司，山西临汾 042100）

火灾是煤矿井工开采的五大灾害之一，预防为主、防控结合是煤矿火灾的重要防治手段[1-2]。隆博煤业2下号煤层为自燃煤层，采空区防灭火是实现矿井安全开采的重点。

1 工程概况

隆博煤矿生产能力为90×104t/a，现开采2 号下煤层，上距2 号上煤层9.85～19.66m，平均14.51m；2 号下煤层平均厚3.85m，煤层倾角0°～5°。矿井8504 工作面北部为8505采空区，东部紧挨河吉高速公路，南部为设计8503 工作面实体区域，西部为2 号下煤层三条开拓大巷，其上覆为2号上煤层部分不可采实体区域。8504工作面倾斜长156.5m，走向长1181m，采用一次采全高开采。根据隆博煤矿瓦斯参数测试报告，隆博煤矿为低瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为6.56m3/min，相对瓦斯涌出量为3.5m3/t。2 号下煤层自燃倾向性等级均为Ⅱ级，属自燃煤层。

2 工作面火灾防治技术

2.1 束管监测方案

束管监测系统是矿井防灭火的重要监测手段，采用束管监测系统对回采面进、回风顺槽的散热带、氧化带、窒息带以及回风上隅角的气体进行监测，根据气体含量判定采空区遗煤自燃情况，主要监测为O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2。束管监测分为正常回采期间监测和停采密闭后采空区监测。正常回采期间，在工作面两侧的进风和回风顺槽，分别安装一套束管采样器，每套束管采样器在采空区内包括3个测点，测点间距为30m，布置在工作面后方90m 范围内，对该区域采空区气体进行监测；随工作面回采，上下顺槽同时观测，束管每30m进行一次断管迈步，上隅角束管随工作面推进随采随移。停采密闭后采空区监测，同样在工作面两侧顺槽密闭分别布置束管监测点和观测孔，对采空区气体进行长期监测。见图1。

图1 束管监测布置图

2.2 黄泥灌浆防灭火

（1）灌浆参数。根据隆博煤矿实际情况，采用采后灌浆技术进行采空区防灭火，即工作面回采结束后，将整个采空区封闭起来后利用标高相对高的顺槽密闭进行灌浆[3-4]。参考煤矿注浆防灭火技术规范，确定隆博煤矿黄泥灌浆系数为10%，泥浆土水比为1∶5。结合8504工作面回采参数，黄泥灌浆量为2120.1m3，灌浆为每天3 班灌浆，每班灌浆3h，灌浆量以每小时80m3为准，共计需要灌浆时间为18d。

（2）灌浆系统。在地面设有灌浆站建有KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统1套，为全矿灌浆服务。黄泥灌浆管路由回风立井敷设入井，经总回风巷、采区回风巷进入灌浆点，为防止灌浆管道阻塞，设计在管道转弯部分设置一个∅108mm 带阀门的三通，作为灌浆供水接管、放空浆液或冲洗管道之用。主管用直径4寸无缝钢管，支管为3寸无缝钢管。

2.3 阻化剂防灭火

（1）阻化剂防灭火参数。阻化剂与水混合成一定浓度后，才可以抑制遗煤自燃，起到防火作用。隆博煤矿选用BZ-36-3移动式阻化剂喷洒泵，该泵重量轻，运输携带方便，该泵可用喷枪直接喷射阻化剂，流量为36L/min，压力为3.0MPa。阻化剂材料选择MgCl2，浓度为10%。综采工作面正常回采期间，每天安排检修班喷洒1 次，1 次喷洒宽度为1.2m，一次喷洒用量为22kg。对工作面重点区域或阶段，如初采、末采期间，两侧隅角、构造区域、推进速度降低时，要加大阻化液的喷洒量和次数，提高该处的阻化效果，阻化剂喷洒量为正常喷洒期间的2倍，即44kg。

（2）阻化剂防灭火系统。阻化剂喷洒系统布置在工作面进风顺槽，在顺槽内按照10%浓度配置阻化液，并通过专用阻化泵、管路对工作面采空区及上下隅角进行喷洒。

2.4 注氮防灭火

（1）注氮量。向采空区及遗煤带注入氮气，使其渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成氮气惰化带，可达到抑制采空区自燃[5-6]。按照隆博煤矿矿井产量、吨煤注氮量、采空区氧化带含氧量和瓦斯量分别计算，得到注氮流量分别为277m3/h、582m3/h、600m3/h、16 m3/h。为有效防止采空区自燃，取以上最大值，同时考虑1.2～1.5 的安全备用系数，得到采空区防灭火最大注氮流量为720m3/h。

（2）注氮防灭火系统。隆博煤矿采用地面注氮系统，在矿井地面建设固定式制氮装置，根据隆博煤矿注氮量需求，考虑一定的富余量，选用型号QTD1200/98注氮机，产氮量为1200m3/h，建设2 套，1 用1 备。地面制氮机通过6寸钢管将氮气送到井下大巷，通过4寸钢管将氮气送到综采面的进风巷，利用迈步式无缝钢管将氮气注入采空区氧化带。在巷口及工作面100m 范围内各安装一组压力表、流量表，以便准确监测采空区注氮情况。如图2所示。

图2 注氮系统布置示意图

（3）注氮方式及时间。隆博煤矿8504 工作面正常回采时采用开放式注氮方式，在发生火灾时采用封闭式注氮。8504 工作面长156.5m，采高3.8m，采空区氧化带宽度30m，计算可得8504工作面正常回采期间，每天注氮1.2h。矿井在工作面开采初期或因遇地质破碎带、机电设备等原因造成工作面推进缓慢，注氮量翻倍；当工作面进入末采、停采以及回撤期间每天3班进行连续性注氮，但上隅角氧气浓度不得低于18.5%，根据矿井以往生产经验，每班注4h。注氮后如束管化验采空区“氧化带”O2浓度大于7%，达不到防灭火注氮惰化效果时，必须继续延长注氮时间，直至O2浓度低于7%，达到惰化效果要求。

3 应用效果分析

隆博煤矿8504 综采工作面回采过程中，通过束管监测持续对8504 工作面进行监测，同时采用人工监测的方法对工作面上下隅角、支架间隙、回风巷等重点区域进行加强监测，O2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2等气体含量均未出现异常，表明回采过程中采用喷洒阻化剂和注氮的综合防灭火方法有效，相关技术参数设置合理。8504 综采工作面停采密闭后，通过密闭对采空区的标志气体进行长期监测，未出现气体含量异常，表明采后黄泥灌浆防灭火技术参数设置合理，效果良好。

4 结语

隆博煤矿8504工作面通过建立束管监测系统对工作面正常回采期间和停采后采空区气体进行监测预警，为工作面安全开采提供了保障；通过监测表明，8504工作面正常回采期间在喷洒阻化剂、采空区注氮，回采结束密闭后进行黄泥灌浆的综合防灭火方法有效，技术参数合理，能够实现工作面安全开采。