东坡煤矿914工作面防灭火技术实践.pdf

江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 东坡煤矿914工作面防灭火技术实践 王利新 （山西中煤东坡煤业有限公司，山西朔州036002） 摘要针对中煤东坡煤矿914综放工作面长期停采期间面临采空区遗煤自然发火的危险，分析了影响该面采空区煤炭自 燃的主要因素，通过采取合理配风、采空区堵漏、注浆、注氮、注三相泡沫及加强监测等综合措施，达到了预期的防火效果。 关键词综放工作面；煤层自燃；防灭火措施 中图分类号TD752.2文献标识码C文章编号1006-2572（2020）02-0105-05 Practice on Fire Prevention and Extinguishing Technology at 914 Mining Face of Dongpo Colliery Wang Lixin Dongpo Coal Industry Co., Ltd., China Coal Energy Co., Ltd., Shuo zhou ,Shanxi , 221611 Abstract In view of the danger of coal spontaneous combustion in goafduring the long-term stop-off period at 914fully mechanized caving face of Dongpo Coal Mine, the author analyzes the main factors affecting coal spontaneous combustion, and proposes the comprehensive measures of adopting reasonable distribution of wind, goaf plugging, grouting, nitrogen injection and three phase foam injection to achieve the expected fire effect. Key words fully-mechanized caving face; spontaneous combustion of coal seam; fire prevention and extinguishing 煤炭自然发火是制约煤矿高产高效安全生产 的重大灾害之一。 我国煤矿煤炭自然发火情况十分 严重，尤以厚煤层开采为甚。 多年来，许多专家学者 对煤炭自燃的理论及防治技术进行了大量的研究 ［1-3］，提出了诸如注浆、喷洒阻化剂、注惰性气体、阻 化气雾、泡沫树脂、三相泡沫等防灭火技术方法，取 得了良好的防灭火效果。 914工作面走向长度为1350m， 倾向长度为240m， 开采9煤层。9煤层倾角4 ～6，煤层平均厚度 16.88m，顶板为砂岩或泥岩，底板为砂质泥岩。 煤 层自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层，自然发火 期为3～6个月。 采用走向长壁采煤方法，后退式回 采，综采放顶煤开采工艺，采放比1∶4，全部垮落法 管理顶板。 该面北部与913工作面采空区相邻，在工 作面回采过程中揭露1007延伸巷（见图1）。 采用U型 通风方式，由机巷进风，回风巷回风。 根据生产安排，914工作面于2013年4月20日回 采至距停采线位置50m处停止回采，距1007延伸巷 123m。 至复产时共停产219天，停采时间大于煤层 自然发火期，采空区遗煤有自然发火的可能性。 图1 914工作面采空区 2.1采空区遗煤量 采空区遗煤量是煤体自燃的一个物质基础［4］。 914工作面煤层厚度大，煤体破碎，放煤不彻底，遗 煤量大。 加之1007延伸巷前后10～15m范围内未进 105 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 行放煤，形成一条浮煤带，给煤自然发火提供了“良 好物质”，具备自然发火的物质条件。 2.2采空区漏风 采空区遗煤自燃需要有连续供氧的条件，采空 区漏风是实现供氧的一个途径。 对于U型工作面，工 作面两端头是采空区漏风的源与汇，在工作面倾向 上，进风巷、回风巷往工作面0～20m范围内漏风量 最大［5］。 采空区自燃划分为散热带、氧化带与窒息带 “三带”［6］（见图2）。 煤自燃发生在氧化带中，氧化带 漏风适中，给遗煤提供氧气的同时有利于热量的集 聚，适合煤氧发生反应并最终导致自燃。 漏风量大， 则氧化带离工作面距离更远。 914工作面在暂停回采后，回采工作面未封闭， 保持着通风，向采空区漏风，为914采空区煤炭自燃 的可能性提供了有利的供氧条件。 图2采空区自燃“三带” 综采放顶煤工作面防治自然发火是一个系统 工程，防火措施主要从设计、工作面配风量、煤氧接 触、降低空气中含氧量、控制煤体温度等方面入手［7］。 针对该面的特殊情况制定一整套预防自然发火的 技术措施。 3.1合理确定配风量 工作面配风量不仅决定工作面通风压力，也影 响采空区漏风压差和漏风量，影响工作面采空区自 燃“三带”分布。 根据东坡煤矿瓦斯涌出量小的有利 条件，在914机巷外口防火调节墙进行控风，风量由 原来1100m3/min控制并稳定在650m3/min，降低 进、回风隅角压差，减少向采空区漏风。 3.2采空区堵漏技术 在回采过程中，每推进10m，即在进、回风隅角 构筑一道水泥袋煤垛墙；在停采位置，对工作面进、 回风隅角建造一道厚度1m水泥袋煤垛墙，袋子顺 巷道摆放，袋口向外，袋与袋之间错茬，垛墙接帮、 接顶，回风隅角由下帮至第1架架尾，进风隅角由进 风顺槽上帮至最后1架架尾。 并对墙面及周边喷涂 快速密闭材料，同时对914工作面进风段尾部采空 区采用风筒封堵，长度为100m，以减少采空区漏 风。 3.3注浆防灭火技术 注浆的作用主要是防止采空区遗煤自燃及降 低采空区温度，是煤矿井下常采用的防灭火措施。 在回风隅角埋入两趟长分别为50m和30m的注浆 管，在进风隅角埋入一趟长为30m的注浆管。 在停 采前，每天早班对914工作面进行注浆4小时；停采 后，每天注浆不低于8小时，注浆流量控制在50m3/h 左右，水土比例为4∶1，至皮带巷机出浆停注，以后 隔天补注直到皮带巷出浆为止。 3.4注氮防灭火技术 氮气化学性质稳定，属于隋性气体，具有不可 燃的特性，注入氮气能降低采空区内氧气的浓度， 同时还起到吸热降温作用，可以有效地防止采空区 遗煤自燃。 914工作面煤层厚，采空区顶部遗煤较多，采用 预埋管注浆顶部浮煤不易灌到，采空区注浆不能完 全防止采空区顶部煤炭的自燃。 在注浆的同时还进 行了注氮。 每天注浆完毕之后，继续进行注氮作业， 每次注氮不低于8小时， 并安排专人对氮气指标及 工作面气体进行检查，保证采空区氮气浓度不低于 97，并且工作面回风隅角、回风流等处氧气含量不 低于18。 3.5三相泡沫防灭火技术 三相泡沫由惰性气体N2、固态不燃物粉煤灰 或黄泥等和水三相防灭火介质组成，利用氮气的 窒息性、粉煤灰黄泥的覆盖性和水的吸热降温特 性进行防止煤炭自燃发火［2］。 三相泡沫可对低、高处 的浮煤全覆盖，避免注入的浆体从底部流失，注入 在采空区的氮气被封在泡沫之中，能较长时间滞留 在采空区中，充分发挥氮气的窒息防灭火功能，提 高防灭火效率。914工作面停采注浆出浆后，开始利 用回风隅角30m长的注浆管路对采空区压注三相 泡沫；当出现少量出浆，随即采用间断压注三相泡 沫，并加大浆液浓度及泡沫量，以达到尽量覆盖采 空区浮煤效果。 前后共对914工作面采空区注三相 泡沫27t。 3.6束管监测技术 在做好防灭火的措施工作的同时，也加强对采 空区的监测监控。 预先在回风隅角后尾梁往采空区 埋入三趟长度分别为50m、25m和10m的束管，且 在工作面后尾梁沿下口向上口第5、10、13、17、22、 27、39、48、60、79、100、120、135架设置测点，在每个 测点的支架后尾梁向采空区插入一根深2.5m的4 分钢管，在钢管内插入束管，并用锚固剂将钢管孔 口封死，每班对钢管内的气体进行 （下转109页） 106 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 取样分析，同时对进回风隅角、工作 面、破碎带等区域进行日常监测。 914工作面通过多项防灭火措施的应用， 在停 产200多天里，回风流中气体基本保证稳定，CO含量 检测值一直为0PPm，温度维持在13℃～16℃。 在 监测点氧气浓度变化稳定，进风隅角为20.4左右， 随支架逐渐降低，至回风隅角浓度为4左右，CO浓 度一直小于24PPm，符合防灭火效果的变化趋势。 说明914工作面通过多项防灭火措施并举，达到了 预期的防火效果。 914综放工作面防灭火技术实践，有效解决长 期停产的综放工作面的防灭火问题。 1）综放工作面尤其是停产超过自然发火期综 放工作面综合防灭火系统必须符合矿井防灭火技 术规范，保证各项综合防灭火系统能正常使用。 2）各项防灭火技术都有自身的优势和不足，在 选择防灭火措施中建议选择多项措施并用，扬长补 短，以求实效。 3）放顶煤采空区冒落高度大，浮煤位置高，发 生氧化后处理难度大，防灭火采用注三相泡沫、注 浆、注氮等相结合的综合技术，效果更显著。 参考文献 ［1］ 于水军,余明高,谢峰承,等.无机发泡胶凝材料防治高冒 区托顶煤自燃火灾［J］.中国矿业大学学报,2010,392 173-177. ［2］ 秦波涛.防治煤炭自燃的三相泡沫理论与技术研究 ［D］.徐州中国矿业大学，2005. ［3］ 张东坡.易自燃特厚煤层综放面采空区注氮防灭火技 术研究与应用［D］.太原太原理工大学, 2010. ［4］ 骆大勇,张国枢.采空区遗煤自然发火影响因素分析 ［J］.煤炭技术,2010,1183-8490. ［5］ 汪东.回采工作面配风量对采空区漏风及自燃影响 分析［J］.煤炭科学技术,2016,441296-101. ［6］ 张睿卿.U型通风工作面采空区漏风影响因素研究 ［D］.淮南安徽理工大学,2017. ［7］ 梁云涛,罗海珠.中国煤矿火灾防治技术现状与趋势 ［J］.煤炭学报，2008，332126-130． 作者简介王利新1985- ，男，河北保定人，本科学历，工 程师，通风副总工程师。 收稿日期2019-12-20编 辑彭呈喜 图1工作面液压支架工作阻力 通过处理数据， 选取具有代表性的工作面第 50、100号液压支架在工作面推进0～200m的范围 内受力情况进行绘图。 根据矿压观测资料及液压支 架工作阻力分析， 回采时直接顶初次垮落步距为 10～15m，老顶初次来压步距为10m，周期来压步 距为8m，在工作面回采过程中顶板能够自行垮落。 在工作面来压期间，第50、100号液压支架最大 工作阻力分别达到4736kN、4802kN， 分别占额定 工作阻力的89.4、90.6，可以得到液压支架的设 计支护能力完全可以满足29103工作面的安全生产 需求，且支架支撑能力得到了较大程度的发挥。 但在工作面推进过程中遇到断层及顶煤破碎 区，由于顶板软弱，支架稳定性较差。 因此在顶煤破 碎地段，需要加强支架位态控制，防止支架过大的低 头与抬头造成端面冒顶，以保证工作面的正常推进。 1）针对亚辰煤业29103放顶煤工作面具体地质 条件，选用了ZF5300/17/32支撑掩护式液压支架支 护，共106架，并针对支架支护强度及支架工作阻力 进行了验算，均满足工作面要求。 2）工作面端头采用ZFG6000/17/32H支撑掩护 式放顶煤端头支架支护，共6架，辅助半圆木、单体 进行支护，并制定了机头机尾切顶支护的详细工艺。 3）分析了工作面来压、停采、通过破碎区时的 顶板控制技术措施。 最后通过现场50、100号支架监 测数据，得到直接顶初次垮落步距为10～15m，老 顶初次来压步距为10m，周期来压步距为8m，回采 期间液压支架工作阻力未超过额定阻力，可以保证 工作面的安全回采。 参考文献 ［1］ 金桃,张科学,秦征远,等.综放工作面端头顶板稳定 性分析及控制［J］.煤炭技术,2015,34（11）29-32. ［2］ 王方田,屠世浩,张艳伟,等.冲沟地貌下浅埋煤层开采 矿压规律及顶板控制技术［J］.采矿与安全工程学报, 2015,32（6）877-882. 作者简介张雄（1982-），男，山西洪洞人，本科学历， 2018年毕业于河北工程大学采矿工程专业。 收稿日期2020-02-10编 辑彭呈喜 （上接106页） 109