采煤工作面停采自然发火启封前后防火关键技术

2014-08-27刘冰

中小企业管理与科技·下旬刊 2014年6期

摘要：论文介绍了胶体防灭火材料在1562（3）采煤工作面火区启封中的应用情况。通过向工作面支架后压注高分子胶体防灭火材料MCJ12，形成一条隔离带，阻止了启封中向工作面采空区通风供氧；启封后，采用向采空区打钻孔注黄泥浆加防灭火材料MEA-1的方法，惰化和冷却了采空区自燃煤炭，确保了工作面设备的安全回收。

关键词：自然发火高分子材料 MCJ12 黄泥浆防火 MEA-1

1概述

2010年10月4日，潘三矿1562（3）综采工作面发生煤自燃，工作面被迫封闭。1562（3）综采工作面走向长840m，倾斜长200m，工作面标高-550m～-590m，煤层厚度1.9～4.8m，平均3.4m，倾角2～15°，平均5°。该面于2009年10月10日中班开始回采，至2010年8月16日停采，停采前二个月由于工作面受F47断层影响，日推进度不足1.8m。

工作面被迫封闭后，为回收工作面的设备，集团公司决定对该面进行启封。为保障工作面顺利启封以及启封后工作面不发生复燃，需要对火区工作面采取一系列的防火措施。

火区状况

1562（3）工作面火灾属煤层自然发火，由于停采线46#～109#架受断层影响，在采空区遗留了大量浮煤，这些浮煤均具备自然发火环境。

煤层自燃火灾具有如下特点：①火源隐蔽，不易寻找和发现；②贫氧、自发氧化放热；与温度和氧浓度成正比；③内部燃烧、立体分布、蓄热量大；散热环境差，降低能量难，窒息灭火周期长，易复燃。

从人为能够控制的角度考虑，煤层火灾防治主要需从降氧（封闭、减漏风、惰化）和降温（低温或水系灭火材料）两个方面着手。对于已形成的高温和隐患区域，必须采取以降温为主的防灭火技术手段，否则极易复燃。

2启封前的防火措施

2.1 常规防火措施

启封前，在该火区工作面采取了包括均压、堵漏、控风、注氮、灌浆、加强预测预报等防火措施。

2.1.1均压防火为尽可能降低1562（3）工作面火区周边的相对压差，减少向火区的漏风供氧。在1562（3）的回风系统内施工一道木板控风墙，以降低轨、运顺封闭墙内气体的能位差。

2.1.2堵漏防火对各可能漏风点堵漏，减少采空区的供氧量，主要有对轨、运顺封闭墙注罗克休充填堵漏，加强对1562（3）工作面周边采空区的封堵，包括东三西皮带巷封闭墙、1562（3）底抽巷封闭墙、1562（3）运顺前期措施巷封闭墙等进行喷浆和注马丽散、罗克休充填。

2.1.3 注氮灌浆防火对工作面实施每天24小时注氮灌浆，其中工作面轨顺灌浆，要求灌浆水土比例不得小于4：1。对工作面运顺和底抽巷进行注氮，注氮浓度不得小于97%，每天24小时注氮量保证在1.5万m3以上。

2.1.4 防火预测预报加强火区气体监测，每班安排专职人员每小时对轨、运顺和底板巷封闭墙墙内气体进行检测，检测参数包括CO、CO2、CH4、N2、O2、T等，并每小班取二份气样至地面检测，取样必须确保在出气状态下，分别由矿和救护大队检测，对比结果，确保无误差，检测参数主要有CO、CO2、C2H2、CH4、C2H4、N2、O2等。

2.2 高分子胶体防火措施

由于采空区内火源隐蔽，不易寻找和发现且采空区内可能存在的煤火范围较大，采取上述的常规防火措施难以确保启封后不发生复燃，需采取治理与控制相结合的方法对火区进行处理，在治理火区的同时，为启封后防控复燃和自燃做好铺垫，确保工作面安全顺利地启封。根据国内外先进的防灭火技术，决定采用胶体防火方案。

2.2.1 施工消火巷道火区防灭火总体治理思路为：以“胶体降温堵漏”防灭火技术为主，向架后采空区灌注高分子胶体，形成隔离带，熄灭支架附近的高温火点，降低启封后采空区的漏风，抑制采空区深部高温煤体氧化升温，减少采空区有害气体涌出。

在注胶地点的选择上，如果采用轨、运顺顺槽往支架架后注胶，则无法保证钻孔按设计施工到位，造成大量的胶体无法注入到指定位置。因此考虑施工一条与工作面近似平行的消火巷道，选择从消火道里施工注胶钻孔，消火巷道从离工作面约45m的运顺9#钻场拨门施工，沿煤层顶板施工一条总长136m，断面5m×3m的消火道，为向工作面架后施工注胶防灭火钻孔创造条件。

2.2.2 注胶防灭火钻孔设计

在消火道内向1562（3）面架后部采空区施工四类钻孔，全钻孔下套管，套管内径不小于30mm，出口断面不小于30mm的套管。

第一类：A1至A32。终孔在支架后部10m，架顶6m，钻孔倾斜间距6m。

第二类：B1至B33。终孔在支架后部6m，架顶6m，钻孔倾斜间距6m，第一个钻孔距运输顺槽外帮5m。

第三类：C1至C32。终孔在支架后部2m，架顶6m，钻孔倾斜间距6m。

第四类：43#架上下各20m总长40m范围加密钻孔，加密范围距运顺43m到83m共40m使钻孔终孔倾斜间距加密为3m。加1至加6为终孔在支架后部10m，架顶6m，钻孔倾斜间距6m，加1孔终孔位置为A7与A8之间各间距3m；加7至加12为终孔在支架后部6m，架顶6m，钻孔倾斜间距6m，加7孔终孔位置为B7与B8之间各间距3m；加13至加18为终孔在支架后部2m，架顶6m，钻孔倾斜间距6m，加13孔终孔位置为C7与C8之间各间距3m 。

总钻孔数115个，钻孔平均长度约44m/孔，总长度5060m。

A类、B类和C类钻孔在平面上呈平行花眼布置，倾斜间距2m（见图1、图2）。

图1防灭火钻孔平面位置示意图

图2防灭火钻孔剖面示意图

2.2.3 注高分子胶体材料工作高分子胶体主要由水和MCJ12灭火剂构成，MCJ12高分子胶体灭火剂能使水发生胶凝，形成弹性胶体，脱水率<5%，灭火剂用量＞0.8%。从2011年元月份开始，采用四台ZHJ-10/1.8矿用移动式防灭火注浆装置，从井下消火道通过钻孔往采空区注高分子胶体，至元月28日，全部注胶结束，共对115个钻孔进行注胶，注高分子胶体灭火剂84.6吨，水量8460m3。

3 工作面启封后的防火措施

3.1 工作面启封后状况

经过一系列的防火措施，采空区内的气体参数符合火区工作面启封要求，具备了启封的条件。于2011年2月8日，工作面顺利启封，启封后没有发生复燃，但由于大部分帮顶破碎，大部分架顶遗留有大量的顶煤。在对工作面进行CO检测中，发现第20架、40架、70～75架、85架架后均有不同程度的CO，数值在5～10ppm，启封后的工作面自然发火隐患尚未完成消除。

启封后工作面要立即进行联绳、刷面、拆除支架等工作，工期约为2个月，启封后的工作面防火仍然是重点和难点。传统的防火措施包括控风、上下端头堵漏、上下隅角灌浆、注氮等均采取了，但防火效果无法保证。因此还需要采取更加全面、有效的措施。

3.2 加强工作面防火预测预报

为准确掌握采空区气体情况，发现隐患能及时采取措施，由通风放炮队每班安排四名专职测气员对工作面的132台支架的架头、架顶、架档、架后进行气体参数检测，包括CH4、CO、T等参数，所有的测点均采用四分铁管插入煤里深500mm，以保证测点固定，进行比较分析。对查出CO和温度超过35℃的测点还取气体至地面采取色谱分析仪进行分析。

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3.3 地面灌浆站注泥浆胶体防火措施

传统的上隅角灌浆，下隅角注氮无法对整个采空区进行覆盖，给防火留下死角，留下复燃隐患，因此要采用全面覆盖的防火措施。考虑到工作面需要进行拆除作业，决定采用消火道原有的钻孔对采空区注胶体，并再补施工一部分钻孔以控制工作面支架架顶的煤体。

消火道由于受工作面采动影响，巷道变形比较严重，采用原先的设备注胶比较困难且安全系数不高。通过综合考虑，决定采用地面灌浆站制泥浆对采空区里灌，采用黄泥浆防灭火是煤矿常用的一种方法，泥浆的水土比例对防火效果影响很大，泥浆浓度越大，防灭火效果越好，现有的泥浆水土比例一般在4：1左右，在实施过程中，泥浆的流失比较严重，灌浆效率低下。

为提高黄泥浆的防火效果，决定在黄泥浆里添加高分子胶体防灭火材料MEA－1，以增加黄泥浆的粘稠性、保水性和渗透性。MEA-1防灭火材料呈灰白色粉末状，无毒、无味、无污染、无腐蚀性。MEA胶体可耐800-1000℃的高温，伴随燃烧的全过程持续有效，保水、固水时间长，使燃烧体表面形成隔热、隔气的焦化层，有效提高阻燃效果和防灭火功效，同时材料含有抑制燃烧时的烟雾及阻断自由基链式反应的物质、可全面提高灭火效能和灭火速度，有止复燃效阻，并有失水再生能力。

由于是第一次往黄泥浆里添加防灭火材料，没有经验，添加比例没有数值参考，刚开始按照MEA-1的正常比例配比（8－30kg/吨水），加入后发现泥浆里黄泥讯速沉淀，于是减少添加比例，直到减少到2KG/吨水时，黄泥浆与正常浆液一般，待其深沉后，发现黄泥浆的粘稠性、保水性和渗透性大大增加了。

从工作面启封到封闭的二个月期间共注21.5吨MEA-1防火剂，黄泥浆14272m3，消除了工作面自然发火隐患，有力地保障了工作面的安全拆除工作。

4 结论

1562（3）火区工作面从安全启封到拆除设备期间不发生复燃，主要是采用了胶体防火措施，胶体材料具有良好的降温堵漏特性，可长期滞留在易发火区域的松散煤岩体表面，使煤体温度不会很快上升过高，防止复燃。胶体脱水时间缓慢，持久性能好，即使材料脱水，其中的固态体物质还能包裹煤岩体表面，堵塞漏风通道，密实火区。

参考文献：

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