自然发火停采工作面安全撤退防灭火技术

2022-09-11

煤矿开采作业期间存在诸多的安全隐患，而在具体综采工作面开采作业期间，多种问题困难的存在导致停采撤退受到阻碍。基于此，本文以某矿东区302盘8218工作面为例，进行安全撤退防灭火技术进行分析研究，希望具备参考价值。

1. 工程案例分析

井田走向长度为8.8km，面积58km2，倾斜宽为6.6km，核定生产力为480万t/a，在具体开采作业过程中采用综采放顶煤方式，于1988年投入生产运行。该矿区302盘存在自然发火期，最短发火期为82天，该矿区的综采放顶煤工作面为8218，煤层平均厚度约为6.43m。而在具体运行期间，因工作面的采空区存留了大量的遗煤，并且采空区存在漏风的现象，再加上作业期间停采撤退时间相对较长，导致尾端头一氧化碳超限，存在自然发火的征兆，需要采取科学防灭火措施来确保综采工作面安全撤退。

2. 撤退期间自然发火治理

依据8218工作面实际情况，采取的灭火措施包括风量调控、头尾端头封堵、均压通风、采空区注氮、注入阻化剂等措施。

(1)工作面均压通风以及风量降低措施

(1)降低风量措施。依据实际情况，进行8218工作面风量的具体明确，将以往1900m3/min的风量合理调控至1500m3/min。

(2)均压通风措施。结合现场实际情况，在尾巷负压风门外进行通风机的安全，其通风机安装数量为2台，功率为30kw。启动通风机并将其档位调至2级，在上隅角处进行风筒的延接，此时进风顺槽与回风顺槽的风量会出现不同变化，进风顺槽风量为980m3/min，回风顺槽风量为1500m3/min。进行均压通风措施的施行，并对进风顺槽风量进行降低，以此达到减少采空区口漏风的现象，促使采空区气体流场发生变化，降低采空区发生自燃现象的几率[1]。

(3)风量降低。依据工作面具体情况，并探查回风巷一氧化碳的具体浓度变化情况，继续进行风量的降低，将回风顺槽的风量降低至1230m3/min，而进风顺槽的风量则降低至780m3/min[2]。

(4)自然降风。在工作面撤退过程中，随着支架的移除，再加上顶板缺乏支架支撑，使得工作面的顶板塌落，这时工作面就会处于自然降风的状态，此时进风量则控制为520m3/min，而回风量则控制在945m3/min，通风机末端的风量则转变为410m3/min，综采工作面均压防灭火通风系统的构建如下图所示。

(2)头尾端头封堵措施

综采工作面采空区产生漏风现象的主要位置为头尾端头，而要想在撤退期间避免出现氮气泄露的现象，并降低采空区的漏风，可以结合实际情况进行头尾端头的有效封堵，具体措施体现为：

(1)进行粉煤灰袋墙的构建。等到工作面支架撤退完毕，工作人员可以结合具体情况在工作面的头尾端头进行粉煤灰袋墙的设置，将粉煤灰利用丝袋装盛，然后以此为基础进行粉煤灰袋墙的构筑。与此同时，利用风筒布进行墙体的遮挡，尽可能做到防堵严密。通过对粉煤灰袋墙的有效构建，实现对采空区漏风的减少[3]。

(2)进行罗克休的应用。要想进一步提升对粉煤灰袋墙的遮挡效果，工作人员可以在构筑完粉煤灰袋墙后，利用罗克休对粉煤灰袋墙中的缝隙、煤帮间隙进行封堵。需控制器材料配合比控制为1:4，进而实现对采空区漏风程度的降低，避免出现继续为采空区供氧的现象[4]。

(3)进行注氮防灭火

针对注氮防灭火措施的应用，可以具体体现为以下方面：

(1)在具体综采过程中，若8218工作面与停采线之间的距离为30m时，此时工作人员可以再5218巷道进行注氮管的埋设，为后续撤退工作的开展提供保障。

(2)在防灭火过程中，可以在5220临近巷道中进行氮的注入。需要注意，因为此时未开展综采撤退工作，所以此时开展钻孔作业存在较大的难度。所以可以将7个钻孔设置在邻近5220巷道的360～400m的范围中，以此实现对8218巷道氮含量的提升。而钻孔施工所预留出的7个钻孔，需结合实际情况采用无缝钢管，以此实现对氮气的有效输送[5]。

(3)钻孔设置。需结合工作面实际情况，在间隔10个支架后，进行一个钻孔的设置，其钻孔设置位置需在支架间低位孔，确保每个钻孔的长度控制在15～30m左右。利用无缝钢管进行钻孔与注氮系统的连接并开展注氮操作。

(4)注氮量计算。需进行注氮量的科学计算，采取如下图所示的计算公式来准确计算出8218工作面的具体注氮量。

该公式中，Q0表示采空区氧化带中的漏风具体量，取值为12m3/min;C1表示内氧化带氧含量的平均值，取值为15%;C2表示氧化带防火堕化指标，取值为7%;Cn表示氮气纯度，取值为98%;K表示管路损失程度，取值为1.2;n表示防灭火系数，取值为1;r表示为煤层自燃发火期，Ⅱ类取值为1。基于此，通过计算分析后得出，8218工作面所需注入氮气量为4200m3/h。

(5)采空区注氮量的增大。在初期注入阶段，需要结合具体情况将注氮量由以往的3000m3/h逐渐提升至4500m3/h。但是通过具体深入的分析与观察后发现，虽然一氧化碳浓度有所降低，但是其效果仍未达到预期要求。所以进行注氮量的持续增加，直至增大至6000m3/h后，其效果明显提升，一氧化碳浓度大幅度降低[6]。

3. 进行注水和阻化剂的喷洒

在具体防灭火措施使用过程中，工作人员需要结合实际情况在支架间、支架上方进行小钻孔的施工，然后注入水和氯化镁。与此同时，利用岩石电钻或者是锚杆钻机每隔3个支架进行驾缝打钻或支架上方打钻，需确保在作业期间其钻孔的直径和长度分别为25mm、10～50m。利用高压软管将钻孔与井下移动式注浆泵进行连接，等到工程施工完毕，工作人员需按照相关规定要求进行氯化镁的注入。保持每日2t的频率进行注射;而注水则保持每天注水20min，以此实现对采空区有效降温，有效预防工作面发生自燃现象。

4. 撤退方案设计

(1)进行支架撤退。需要注意，在防灭火措施开展后，工作人员需先进行支架的撤退，等到8218工作面一氧化碳浓度降低至24ppm以下，可以先进行1～80#支架的撤退，确保支架撤退的效率，然后对工作面进行高质量封闭。而剩余的40个支架，则需结合具体情况，等到工作面通风系统准备完毕后方可进行撤退。

(2)系统调整。等到支架撤退后，需进行工作面通风系统、注氮系统的合理调整，然后在系统调整完毕，进行81～120#支架的有效撤退。

5. 效果分析

(1)防灭火效果。受到多种因素的影响，导致8218工作面采空区极易出现自然发火的现象，不仅影响到撤退的顺利开展，同时威胁到人员的生命安全。而通过对头尾端头封堵、调节风量、注氮、阻化剂注入等技术措施，实现对采空区自然发火现象的有效避免，科学解决工作面采空区一氧化碳超限的问题，促进停采撤退工作的顺利开展[7]。

(2)经济效益。通过对8218工作面自然发火的有效治理，避免因工作面发火而长时间封闭，促进工作面支架可以有效撤退复用，帮助煤矿企业减少损失。与此同时，自然发火现象的预防，确保该矿生产的正常衔接，避免因一氧化碳超限或者是自然发火导致企业停止生产，促进煤矿企业经济效益的提升。