周东

摘 要：通过对双马煤矿目前开采形式及现状进行分析，阐述了注氮、注浆、堵漏等防灭火技术应用条件、优缺点、效果，为矿井防灭火提供参考依据。

关键词：防灭火；注浆；注氮；堵漏

中图分类号： TD76 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）21-167-21 矿井及I0104103综采工作面概述

双马煤矿井田南北长13.7km，东西宽4.0-4.9km，井田面积为68.2km2。矿井采用斜井开拓方式，设置有主斜井、副斜井、回风斜井3条井筒，工作面采用盘区布置方式，Ⅰ0104103首采工作面采煤工艺为综合机械化一次采全高采煤工艺，采用走向长壁后退式采煤方法，全部垮落法管理顶板，首采煤层为4-1煤层。

2014年矿井瓦斯及二氧化碳鉴定结果：绝对瓦斯涌出量3.45m3/min、绝对二氧化碳涌出量5.17m3/min，属瓦斯矿井。4-1煤煤尘爆炸指数为36.53%，火焰长度80mm，自燃倾向性等级属Ⅰ类，容易自燃，吸氧量为0.78cm3/g干煤，最短自然发火期为38天；4-3煤煤尘爆炸指数为36.15%，火焰长度100mm，自燃倾向性等级属Ⅱ类，自燃，吸氧量为0.70cm3/g干煤，最短自然发火期为52天。

Ⅰ0104103首采工作面为区内后退式回采，回采长度1700m，布置为“U” 通风方式，工作面设计配风量1100 m3/min，为上行通风。

2 火灾综合预防技术

双马煤矿通过合理分配风量、在上、下隅角挂设风帘、构筑沙袋墙、构筑密闭墙等方式，形成了一套井下采空区注氮、注浆、堵漏等预防火灾技术。

2.1 预测预报技术

①通过安全监控系统的CO、CH4、O2和温度传感器，连续监测工作面、上隅角、回风流的CO、CH4、O2和温度变化情况。

②通过在工作面、上隅角、回风流、采空区埋设束管，设置束管监测点，每班分析采空区、上隅角及回风流的空气组分，重点监测CO、O2、C2H2、C2H4、C2H6等气体的浓度变化。

③通过人工（鉴定管、便携式瓦斯氧气两用仪、便携式一氧化碳报警仪、红外测温仪、多种气体测定器等）检测的方法对工作面、上隅角、回风流、架间的CO、CH4、温度、氧气进行检测。

④通过人工定期采集工作面、采空区、上隅角、回风流、架间的气样进行气相色谱分析标志性发火气体浓度的变化。2.2 管风防火技术

①严格按照作业规程规定控制I0104103综采工作面风量，防止风量过大向采空区供氧，同时加强内部漏风管理，减小I0104103综采工作面回风、运输顺槽两巷的风压差。

②I0104103综采工作面设计风量为1100m3/min，遵循“瓦斯矿井各用风地点风量不得高于设计风量的20%”的原則，I0104103综采工作面风量应控制在1100m3/min—1320m3/min。

③加快I0104103综采工作面推进速度，每天推进速度不低于2.6m/d。

2.3 密闭堵漏预防技术

随着采煤技术现代化发展，综采工艺开采强度大，围岩压力较大，顶底板松软强度低且淋水较大，在采后的联络巷或风、机两巷采用普通的密闭封堵防灭火措施易出现闭墙变形裂缝、顶板破碎、措施管孔失效等问题，导致采空区漏风引起自燃发火或积水压力冲垮密闭。

I0104103综采工作面采后与其采空区相连通的巷道所有的密闭均设计采用双墙充填密闭进行永久封闭，充填材料选择承压力强、防水不燃、膨胀充填效果佳且具有一定强度的新型密闭充填材料。

2.4 注浆预防技术

灌浆防灭火技术在我国有自然发火危险的矿井中使用较为普遍，其作用主要是浆液充填煤岩裂隙及其孔隙的表面，增大氧气扩散的阻力，减小煤与氧气的接触和反应面；浆水浸润煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩；黄泥灌浆的实质是抑制煤在低温时的氧化速度，延长自然发火期。

I0104103综采工作面预防性灌浆主要在工作面100m范围内，采空区分别间隔30m埋入1根埋管，共埋入三根埋管，黄泥灌浆主管路与第一根埋管连接。工作面推进100m以内采空区的埋管不进行回收，回采超过100m后，在采空区上帮埋入1趟4寸地质钻杆，埋入采空区长度不小于20m，地质钻杆与端头支架固定，随支架推动前移。回风顺槽的灌浆支管路依次向后拆除（距工作面不大于40m）。

2.5 注氮预防技术

氮气防灭火的作用是：氮气注入采空区具有降低氧气浓度、冷却降温作用，还有抑爆的作用。我矿采取的注氮技术主要是利用液氮气化设备增压升温制取氮气，通过管路送入井下，注入采空区等煤炭可能自燃的区域。主要用于防治采空区自然发火和瓦斯爆炸，加快封闭并熄灭火区的过程模式。所使用的液态氮气均利用我集团公司煤化工附属产品。注氮方式主要有以下两种：

2.5.1 机巷预埋管注氮

正常开采情况下，从地面注氮站通过注氮管路将制好的氮气输送到工作面采空区，在工作面机巷采取埋管注氮的方法向采空区连续压注氮气。工作面注氮方式采用每间隔30m交替预埋Φ1080mm的管路，向采空区深部连续注氮的方式预防采空区发火。这样泄氮出口处于切顶线后50m以外的采空区内，漏风相对小，且属于“氧化自热带”，利于采空区内空气惰化和自燃发火的预防。

2.5.2 施工注氮孔注氮

I0104103综采工作面在停采超过15天或者采空区有自然发火隐患，在辅助运输巷施工注氮钻孔，通过辅运巷向综采工作面采空区进行注氮。

3 综合防灭火技术在双马煤矿的工程实践

通过应用预测预报、封堵漏风、注浆、注氮等防灭火技术，目前03综采面及采空区气体成分稳定，工作面中部（80#支架处） 氧气浓度20.3%，一氧化碳浓度0ppm，温度22.4℃；采空区氧气浓度10.2%，一氧化碳浓度45ppm，温度19.8℃；上隅角氧气浓度19.8%，一氧化碳浓度14ppm，温度19.8℃；工作面氧气浓度20.3%，一氧化碳浓度5ppm，温度18.6℃；无自燃发火隐患。

3.1 火灾预测预报技术工程实践

①人工检测：03综采面配备专职瓦斯检查员实现专人定点检测工作面中部、上隅角、工作面、回风流瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体，测定每隔20个支架采空区温度，并对上隅角、工作面、回风流、密闭内气体取樣分析，为工作面防灭火预测预报提供第一手技术参数。

②安全监控系统监测：矿井安装KJ31N安全监控系统，实时监测03综采面上隅角、工作面、回风流一氧化碳、瓦斯、温度等参数，每7天对传感器进行调校，确保上传数据准确。

③束管监测系统：矿井安装北京东西电子SG-2003束管监测系统，每班对工作面、上隅角、回风流等地点抽取气样进行色谱分析；沿工作面风巷上墙帮敷设三根束管，错距为50m、100m、150m，循环交替埋设，每班抽取采空区气样分析；工作面推采过的运输联络巷、回风联络巷密闭墙体上预埋束管，抽取闭内气样进行分析，为工作面自燃发火预测预报提供科学依据。

3.2 堵漏风技术工程实践

①在I0104103综采工作面下隅角挂设挡风帘，有效降低风流直接经过采空区的现象，提高工作面有效风量；在I0104103综采工作面上隅角挂设导风帘，控制风流经过上隅角，稀释了上隅角有害气体浓度，使有害气体浓度控制在安全浓度以内，效果明显。

②综采工作面回采过程中，每隔10m在上隅角构筑沙袋墙，降低采空区漏风率，从而降低了采空区自然发火。

③在I0104103综采工作面通过03回风顺槽5#联络巷时，在5#联络巷构筑密闭，使用新型填充材料，先砌筑两道墙体，在墙体中间填充混凝土，在最外面一道墙体顶部预留￠15mm钢管，墙体中间充填新型材料，由于树脂和催化剂发生化学反应，迅速膨胀，可以渗入密闭墙体和周边煤体裂隙，且致密性较好，能够很好的密封密闭墙体及周边巷道的漏风，有效降低了密闭漏风现象。

④严格采空区地表裂隙填埋制度，实行定期人工填埋和机械填埋的制度，防止采空区地表裂隙漏风导致上覆煤层或采空区浮煤自燃着火。

3.3 注氮惰化采空区技术工程实践

在I0104103综采工作面停采期间，为防止采空区遗留煤炭自燃氧化发火，利用矿井注液氮系统，对03综采面采空区采空区注氮气33622m3惰化采空区， 采空区的氧气浓度由18.6%降至10%，一氧化碳浓度由45ppm降至0ppm。

4 总结

I0104103综采工作面采取管风防火、人工检测、人工采样、束管监测、安全监测、黄泥灌浆、液氮、阻化剂、注胶、沙袋墙、上下隅角风障、充填地表裂隙等综合防灭火技术，保证了工作面无自然发火危险安全回采，为矿井实现安全、高效、经济发展提供了技术保障。