特厚煤層綜合防滅火技術(shù)實踐探究
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摘要：為了解決特厚自燃煤層綜放工作面采空區(qū)發(fā)火問題，以龍王溝煤礦61605工作面為背景，在采空區(qū)監(jiān)測預(yù)測的基礎(chǔ)上，采用多種防滅火技術(shù)方法對采空區(qū)進(jìn)行治理。監(jiān)測結(jié)果顯示，在整個工作面回采期間，上隅角和面內(nèi)CO含量未出現(xiàn)大幅波動，且未出現(xiàn)采空區(qū)發(fā)火現(xiàn)象，保證了工作面開采安全。
關(guān)鍵詞：特厚煤層；綜放工作面；防滅火；黃泥灌漿
1工程概況
龍王溝煤礦61605工作面南接西翼開拓大巷，北至井田邊界，東側(cè)61603工作面和61607工作面均未采動。61605工作面采面長255m，推進(jìn)長度1156m，開采6號煤層，傾角0°~5.5°，煤厚24.6m，平均埋深389m，綜放開采，采高5.1m，放煤高度19.5m，采放比1:3.8。6號煤層煤塵具有爆炸性，屬于Ⅱ類自燃煤層，煤的自然發(fā)火期為53d，通過黃泥灌漿、注氮、隅角漏風(fēng)封堵和采空區(qū)永久密閉相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)進(jìn)行治理[1-4]。
2監(jiān)測預(yù)測
2.1工作面監(jiān)測
（1）人工監(jiān)測對工作面回風(fēng)隅角支架后部采空區(qū)、間隔10架支架后部采空區(qū)和上、下巷迎頭等重點區(qū)域，每班由專人進(jìn)行監(jiān)測，并建立監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，出現(xiàn)異常波動時需及時反饋，主要有CO、O2、CO2、CH4和溫度等指標(biāo)。（2）在線監(jiān)測在工作面內(nèi)布置KJ95X系統(tǒng)，對CO、溫度、煙霧進(jìn)行實時在線監(jiān)測。具體為：①在工作面、回風(fēng)隅角、回風(fēng)巷三個地點各布置一臺CO傳感器，實時監(jiān)測CO含量；②工作面內(nèi)布置1臺溫度傳感器，監(jiān)測采面溫度；③在皮帶輸送機下風(fēng)側(cè)布置一臺煙霧傳感器。
2.2束管監(jiān)測系統(tǒng)束管監(jiān)測系統(tǒng)
[1-2]：（1）在61605工作面回風(fēng)隅角端頭支架后側(cè)、擋風(fēng)障前，距底板1.8m處布置一趟單芯束管。該束管與支架固定，可隨支架移動。（2）在工作面回風(fēng)順槽布置一趟三芯束管，束管安裝保護套，分設(shè)三個監(jiān)測點，間距40m。隨著工作面的回采，3個束管依次進(jìn)入采空區(qū)。1#監(jiān)測點的氧氣降至5%時，斷開該測點，在距離3#三通探頭40m處重新布置采樣探頭，并以此方式進(jìn)行循環(huán)，直至整個工作面回采結(jié)束。
2.3光纖測溫和視頻監(jiān)控
在工作面主運順槽安設(shè)光纖測溫裝置，隨工作面推進(jìn)埋入采空區(qū)，對采空區(qū)溫度進(jìn)行監(jiān)測。通過高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對工作面內(nèi)煙霧、粉塵及氣體傳感器報警情況進(jìn)行監(jiān)控，做到氣體數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的實時掌握。
3綜合防滅火技術(shù)
3.1黃泥灌漿
（1）灌漿工藝在地面建立黃泥注漿站，完成漿液制備，之后通過管路泵送至井下，在工作面采空區(qū)埋管灌漿，隨工作面推進(jìn)逐步對采空區(qū)灌漿充填空隙。黃泥灌漿管路采用Ф114mm×7mm的無縫鋼管敷設(shè)至61605主運順槽超前位置后，利用軟管與Ф108mm內(nèi)絲套管相連，將Ф108mm內(nèi)絲套管埋入采空區(qū)5~15m，注漿步距為50m。（2）灌漿量及設(shè)備61605工作面日產(chǎn)量為3.35萬t，黃泥漿水灰比取4:1，漿液覆蓋厚度0.2m，按照1.0的防滅火效率因子計算，日灌漿930m3，每日灌漿10h，每小時93m3。
3.2采空區(qū)注氮
（1）注氮方式及管路鋪設(shè)采用埋管注氮方式，24h施工。注氮管路為直徑100mm鋼管，由輔運順槽鋪設(shè)至工作面，再利用配套軟管與Ф108mm內(nèi)絲套管相連，并將內(nèi)絲套管從工作面切眼向外25m埋入，內(nèi)絲套管用快速接頭連接，氮氣釋放口采用花管連接，花管側(cè)壁均有小孔，與底板成90°放置。工作面回采50m時啟動注氮，當(dāng)工作面推采至75m時，鋪設(shè)2#Ф108mm內(nèi)絲套管，末端均采用花管連接，并與1#內(nèi)絲套管保持平行；當(dāng)工作面推采至100m時，1#套管停止注氮，之后在2#內(nèi)絲管口連接軟管進(jìn)行注氮。每隔50m為一個注氮間隔，關(guān)閉前一個注氮口并開啟下一個注氮口，交替換管注氮，直至工作面采完。注氮管路布置圖如圖1。（2）注氮量及設(shè)備按照采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)量取15m3/min，氧化帶平均氧濃度12%，采空區(qū)惰化防火指標(biāo)取7%，氮氣濃度97%，考慮1.5備用系數(shù)。經(jīng)計算61605綜放工作面防火注氮流量為1687.5m3/h。工作面配套選用5套DT-1200型制氮裝置，兩用三備。
3.3工作面上下隅角防漏風(fēng)措施
（1）開切眼兩端頭封堵61605工作面初采期間推采過程中不放頂煤，且開切眼處的頂煤很難垮落，易形成貫通工作面全長的風(fēng)流通道。為防止煤自燃，在工作面上、下端頭架后開切眼中各打設(shè)一堵砌塊墻或囊袋進(jìn)行封堵。（2）上、下隅角封堵上下隅角頂板垮落不充分，易造成頂板懸頂，形成漏風(fēng)通道，需對其封堵。進(jìn)風(fēng)隅角采用加氣混凝土砌塊墻與囊袋結(jié)合的方式構(gòu)筑擋風(fēng)墻，并在墻體表面固定一層風(fēng)筒布。砌墻間距為4~6m，無法砌墻時，采用囊袋構(gòu)筑擋風(fēng)墻，囊袋規(guī)格為4m×4m×1m?；仫L(fēng)隅角采用囊袋與充填材料構(gòu)筑擋風(fēng)墻，擋風(fēng)墻間隔為10m，每隔3m懸掛擋風(fēng)簾。
3.4采空區(qū)永久防火密閉措施
61605工作面回采結(jié)束后，必須在45d內(nèi)構(gòu)筑墻體進(jìn)行永久性封閉。墻體構(gòu)筑完成后，采用高壓注漿泵注黃泥漿，將密閉周圍所有裂隙全部封堵，確保密不漏風(fēng)。密閉墻預(yù)留觀測孔、措施孔、束管孔、U型壓差計孔、反水管、注黃泥漿孔。觀測口選用Ф50mm鋼管，布置在密閉墻中部距底板高的2/3處，并安裝2個Ф25mm球閥；放水管選用直徑108mm鋼管，布置在密閉后下方距底板300mm處，并安裝Ф108mm閘閥及1個反水U型管，接頭為法蘭連接；措施管選用Ф108mm鋼管，布置在密閉左上方，距巷道頂板不小于100mm處，并安裝Ф108mm閘閥，接頭采用法蘭連接。束管保護套管選用Ф50mm鋼管，布置在密閉下方距底板1000mm處。保護套管經(jīng)密閉外墻、充填層、里墻、敷設(shè)至停采線處，束管探頭經(jīng)束管三通安裝距停采線5m范圍內(nèi)，束管經(jīng)保護套管與礦井KQF-8礦用多組分氣體分析監(jiān)測系統(tǒng)（井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)）聯(lián)網(wǎng)運行，定期抽樣分析密閉墻內(nèi)氣體變化情況。束管保護套管管口處用黃泥封堵嚴(yán)實。
4效果分析
61605工作面于2020年12月回采完畢，并于2021年1月完成采空區(qū)封閉。通過采用以上綜合防滅火技術(shù)[3-4]，工作面在回采過程中及回采結(jié)束后，均未出現(xiàn)采空區(qū)浮煤自然發(fā)火現(xiàn)象，工作面回風(fēng)隅角和面內(nèi)CO濃度較為穩(wěn)定，出現(xiàn)10次CO報警現(xiàn)象，最大值98ppm，最長持續(xù)時間530s。
5結(jié)語
預(yù)防為主、防控結(jié)合是回采工作面采空區(qū)自然發(fā)火的治理方法，在采空區(qū)綜合監(jiān)測預(yù)測的基礎(chǔ)上，通過黃泥灌漿、采空區(qū)注氮、隅角漏風(fēng)封堵及采空區(qū)永久密閉的方法，可以有效防止工作面采空區(qū)發(fā)火。
【參考文獻(xiàn)】
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作者:張宇 單位:中國大唐集團能源投資有限責(zé)任公司
