綜采工作面自然發(fā)火特性安全控制體系
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［摘要］通過對煤樣升溫自燃特性實驗以及標志性氣體的檢測分析，得出甘莊煤礦8505綜采工作面CO、CO2、烴類氣體濃度隨溫度變化的規(guī)律，確定判斷該礦工作面可能出現(xiàn)自然發(fā)火的標志性氣體的臨界濃度值，進而對煤層是否存在發(fā)火隱患、是否出現(xiàn)自燃隱患、煤溫是否超過臨界溫度、是否存在高溫或明火區(qū)4個階段進行判定，并確定自燃危險區(qū)域范圍及其形態(tài)。最后根據(jù)這4個階段的特點從防滅火應急預案、防滅火技術(shù)的組織與管理角度建立了組織保障措施、加強專業(yè)管理措施、制定嚴格監(jiān)督檢查措施及目標激勵制度的全面系統(tǒng)的防控體系。
［關(guān)鍵詞］采空區(qū)；自燃預測；安全體系
引言
煤層自燃火災是礦井主要災害之一，隨著采礦技術(shù)的發(fā)展，工作面自然發(fā)火危險性將越來越大，開展工作面煤炭自燃防控工作是防止礦井自燃火災的重要工作。甘莊煤礦2019年礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井，11#煤層自燃傾向性為自燃煤層，自燃等級為Ⅱ類，自燃發(fā)火期82d；煤塵具有爆炸性。因此，對該礦8505綜采工作面反映煤炭自燃氧化特征的CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等指標氣體濃度進行實驗分析，對提高工作面火災的預測預報精度是十分重要的。
1綜采工作面取樣點布置
甘莊煤礦8505綜采工作面煤層屬于小湖系9#煤，煤層厚度在0.8~1.9m，平均厚度1.5m，煤層傾角在20°~30°，平均傾角27°。工作面走向長790m，傾斜長120m，采用走向長壁后退式全部垮落法采煤方法。工作面運輸采用可彎曲刮板運輸機和落地式皮帶輸送機聯(lián)合運煤，工作面推進速度在1.2~2m/d，平均1.5m/d，產(chǎn)量400t/d。煤層自然發(fā)火期在1~3個月，工作面通風采用U型通風方式，計劃用風量678m3/min，實際供風量穩(wěn)定在850m3/min左右。在8505綜采工作面新暴露煤壁處采集新鮮煤樣并現(xiàn)場封裝，送至中國礦業(yè)大學礦井火災防治實驗室進行實驗測試與分析。
2甘莊煤礦煤層自燃特性參數(shù)實驗與分析
2.1實驗裝置及試樣制備
煤樣程序升溫自燃特性實驗裝置主要由供氣、溫度測控、煤樣罐、氣體分析系統(tǒng)等組成。將所取煤樣經(jīng)粉碎后篩取0.5kg粒徑在0.2~0.45mm的煤樣進行實驗。
2.2煤樣測試結(jié)果與分析
該煤樣自燃標志性氣體測試結(jié)果如圖1~3所示。由圖1~3分析可知，甘莊礦8505綜采工作面煤樣在氧化過程中有規(guī)律的出現(xiàn)CO、CO2、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）等5種氣體，且5種氣體生成量均隨煤溫的升高而增加。在溫度30℃時，CO、CO2就開始出現(xiàn)，其CO濃度為0.71×10-6、CO2濃度為944.4×10-6，到溫度70℃時，開始出現(xiàn)乙烷，而到溫度為120℃時，乙烯氣體開始出現(xiàn)，其濃度為1.02×10-6，隨后在溫度150℃時出現(xiàn)丙烷，其濃度為0.07×10-6。因此，如果在工作面上隅角檢測出CO，并且其濃度不斷升高，可認為是煤炭自燃的預兆，應加強該工作面的檢測工作，密切注意CO濃度的變化［1］；如果能檢測出乙烯（C2H4），說明該區(qū)已存在120℃以上的高溫區(qū)，需立即采取措施，治理煤炭自燃；如果能檢測出丙烷（C3H8），說明已存在150℃以上的高溫區(qū)。
3工作面煤炭自燃監(jiān)測及早期預報
3.1煤炭自燃預報氣體選取
利用煤炭在自燃時產(chǎn)生的高靈敏、易測量及規(guī)律性強的氣體為標準，通過氣像色譜儀對各氣體濃度進行分析，確定煤的自燃狀態(tài)。通過國內(nèi)外應用實例及實驗分析確定以CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等氣體作為自燃預測的標志性氣體［2］。
3.2檢測方法及檢測點布置
（1）檢測方法。同時采用人工檢測、束管監(jiān)測和人工采樣分析的方法對工作面煤層自然發(fā)火情況進行監(jiān)測，各種檢測應定點、定時，以便于進行分析。（2）檢測地點。檢測地點設(shè)于回風隅角支架后部（測點1、3）和回風流中（測點2），工作面氣體監(jiān)測點布置如圖4所示。檢測參數(shù)為CO、CO2、C2H4、C2H6、C3H8等氣體。每天按早、中、晚班進行監(jiān)測。
3.3檢測結(jié)果分析
早期預報指標及結(jié)果如表1、2所示。
4建立自燃防控體系
4.1制定工作面防滅火應急預案
（1）建立以黃泥灌漿為主、注氮及阻化劑為輔的綜合防滅火系統(tǒng)，對采完后的工作面做永久性封閉，工作面采用SG-2003型煤礦自燃火災束管監(jiān)測系統(tǒng)。（2）建立移動式注漿、注氮及阻化劑泡壓注系統(tǒng)和安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。（3）采取措施(如不放頂煤)，增大工作面日推進度。對采空區(qū)上、下隅角封閉注膠并控風，減少漏風。（4）采取系統(tǒng)均壓措施，升高工作面壓力，減少采空區(qū)有害氣體的涌出［3］。
4.2防滅火技術(shù)的組織與管理
（1）采掘過程中的防火管理。把好分層巷道噴堵關(guān)；嚴格按照設(shè)計采掘，提高回采率，減少人為丟煤量；加快工作面推進速度；協(xié)助搞好通防管理；無論生產(chǎn)接續(xù)多么緊張，都要盡量避免前采后掘和采后即掘；適時停采嚴禁盲目超采，要為實施有效封閉留出足夠的空間［4］。（2）加強專業(yè)化管理。對煤炭自燃進行專業(yè)化管理是防治礦井火災的重要部分，建立專業(yè)化管理機構(gòu)，結(jié)合甘莊煤礦實際，著重做好3個強化，即強化專業(yè)管理，嚴把審批關(guān)；強化防滅火口正規(guī)化管理；強化防滅火現(xiàn)場基礎(chǔ)管理。（3）制定監(jiān)督檢查措施。加強采掘工作面通防設(shè)施管理情況的綜合考核；加強回采工作面兩巷及面內(nèi)雜物、溢煤清理與回收的專項考核；加強回采工作面灑漿質(zhì)量的專項考核；加強地面制漿質(zhì)量的考核；各類罰款由財務科記入通防基金；考核領(lǐng)導小組每季召開一次通防工作總結(jié)例會；采取目標激勵措施。防滅火工作是一項艱苦、復雜的工作，應實行目標管理，制定各種獎懲措施，并嚴格執(zhí)行。
5結(jié)論
（1）利用煤樣程序升溫自燃特性實驗裝置對甘莊煤礦煤自燃特性參數(shù)進行實驗測試，得出CO、CO2、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）等5種氣體隨溫度的變化規(guī)律，并通過現(xiàn)場檢測確定各標志性氣體濃度的臨界值，通過檢測標志性氣體濃度可對工作面自然發(fā)火危險性進行判定。（2）分別檢測工作面回風隅角支架后部和回風流中的標志性氣體CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8濃度，對易燃煤層開采進行早期預報。（3）甘莊煤礦8505綜采工作面自燃火災比較嚴重，因此，應綜合運用多種技術(shù)和管理手段來防止煤的氧化。同時，要從人、機、環(huán)境、管理角度對自燃隱患點進行綜合治理。另外，安全文化是企業(yè)內(nèi)部事故預防功能強弱的關(guān)鍵因素，結(jié)合自燃火災的不同特點，煤礦還應加強安全文化建設(shè)。（4）利用系統(tǒng)原理，從煤炭自燃預測、預報和火災處理3個方面綜合考慮，制定全面的礦井煤炭自燃防控體系。
［參考文獻］
［1］張辛亥，劉燦，周金生，等.綜放工作面采空區(qū)流場模擬及自燃危險區(qū)域劃分［J］.西安科技大學學報，2016，26（1）：6-9.
［2］李宗翔.綜放工作面采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律的數(shù)值模擬研究［J］.煤炭學報.2002，27（2）：173-178.
［3］李宗翔，張春，王國軍，等.炮采放頂煤采空區(qū)自然發(fā)火的數(shù)值模擬應用［J］.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2006（1）：35-39.
［4］楊勝強，程濤.尾巷風壓及風量變化對采空區(qū)自然發(fā)火影響的理論分析與數(shù)值模擬［J］.煤炭學報，2018，36（2）：308-312.
作者：梁忠秋 單位：煤科集團沈陽研究院有限公司