易自然煤层顶板瓦斯道防火技术应用与实践

2019-10-23徐世波张朝川张红刚

商品与质量 2019年25期

徐世波张朝川张红刚

铁法煤业（集团）有限责任公司大兴煤矿辽宁调兵山 112700

矿井火灾是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，由于煤炭自然发火而引发的矿井火灾占总发火次数的90%-94%，据统计，我国25个主要产煤省区的130余个大中型矿区均不同程度地受到煤层自然发火的威胁[1-2]。矿井自燃火灾产生的大量有毒有害气体不仅会造成人员伤亡，同时还可能引发瓦斯、煤尘爆炸，使得事故危害进一步扩大[3]。大兴煤矿是铁法煤业（集团）有限责任公司大型骨干矿井，1990年投产，设计生产能力3．0Mt/a。大兴煤矿自投产以来，发生过数次自然发火事故，造成工作面被动封闭，严重影响矿井安全生产及采掘接替。现阶段，大兴煤矿进入深部开采，地质构造更加复杂、火成岩侵入灾害严重，开采环境进一步恶化，传统防灭火技术手段已不能完全满足深部开采防灭火需求。鉴于此情况本文提出利用顶板瓦斯道防火技术，最终达到有效抑制采空区遗煤自燃的目的[4-6]。

1 南二905工作面概况

南二905工作面可采走向长1124m，倾斜宽152-190m，开采储量123．2万t，工作面四周均为未采动区，工作面上邻7-2煤层，北部未采动，南部为南五719上采空区，7-2煤层厚度在1．36-4．93m 之间，一般为 2．96m，与 9 煤层间距 33．07-36．73m，一般为34．99m。工作面所采9煤层大部分为长焰煤，南部有少量不粘煤，煤层厚度在4．50-6．80m之间，一般为5．30m。工作面从切眼推进至468m范围内，平均煤厚为6．40m，推进468m至采止线范围内，平均煤厚为4．80m。煤的自燃发火期为1-3个月，煤尘爆炸指数为 33．81%。

图1 南二905工作面平面示意图

2 工作面自然发火过程

2.1 出现自然发火隐患过程

南二905综采工作面于5月15日试采，5月16日-18日期间生产部门对切眼顶板采取主动放炮放顶措施。5月20日回风开始出现CO气体，5月30日回风流CO当日最高值达5．47ppm。

5月31日，南二905综采工作面运顺回采42m、回顺回采46m。工作面风量1819m3/min ，最大瓦斯涌出量27．90m3/min，最大瓦斯抽采量14．81m3/min。21：00左右，现场瓦检员正常检查工作面架间、上隅角高顶、老塘束管及5月22日布置束管等地点CH4、CO气体浓度情况。

从58#支架至机尾支架架间均有CO气体，其中96#-97#架间CO气体浓度最高为312ppm；上隅角高顶CO气体浓度为225ppm；老塘束管CO气体浓度为257ppm；5月22日布置束管CO气体浓度为387ppm；工作面回风CO气体浓度为22ppm，并且呈现上涨趋势；瓦检员立即向保安区调度汇报现场CO气体情况，保安区调度向领导汇报。

2.2 煤炭氧化原因分析

工作面切眼前部10#支架附近及中部50#支架处各有一断层，回采期间断层处遗留浮煤在漏风供氧作用下氧化生成大量的CO气体。另外，工作面开采后，采取主动放顶措施，但冒落效果不理想，造成工作面后部漏风严重。

3 顶板瓦斯道防火技术

根据煤炭氧化发展规律及现场回采实践，为降低采空区CO浓度，利用南二905的顶板瓦斯道对南二905采空区进行治理。主要采取利用预埋的管路进行注水、注浆、注液态二氧化碳等综合防火措施进行治理[7]。

3.1 顶板瓦斯道停止抽采措施

发生隐患后，首先要控制漏风场，除了工作面进行封堵漏风外，在6月23日至6月27日期间，对顶板瓦斯道采取了停抽措施，这样大大减少采空区的漏风，减小了采空区CO气体的外泄。

3.2 顶板瓦斯道注水措施

由于南二905自然发火的位置靠近运顺一侧，因此针对本次出现的实际情况，在南二905顶板瓦斯道利用预设的管路对南二905采空区进行注水。由于采动影响，七煤层与九煤层之间可能产生裂隙。采取对顶板瓦斯道向南二905工作面采空区注水措施，一是降低南二905工作面采空区内浮煤温度；二是水可以通过层间裂隙导入九煤层采空区，对顶板瓦斯道下部的地方也可以降温。6月1日至6月27日，南五719采空区共计注水6270m3。

3.3 顶板瓦斯道注液态二氧化碳措施

为降低南二采空区氧气浓度，控制采空区遗留浮煤氧化，在顶板瓦斯道采取注氮气措施，6月20日至6月25日，通过顶板瓦斯道预留的管路向采空区注入液态二氧化碳20吨，并根据CO变化趋势对注液态二氧化碳管路出口进行调整。

3.4 顶板瓦斯道注浆措施

为降低南二采空区氧气浓度，控制采空区遗留浮煤氧化，在顶板瓦斯道采取注浆措施，6月1日至6月20日，通过顶板瓦斯道预留的管路连续进行注浆，每天注浆8小时，累计注浆3456m3。

4 治理效果考察分析

利用顶板瓦斯道防灭火技术后，工作面回风流CO气体浓度变化规律如图2。

图2 南二905工作面回风流CO气体浓度变化曲线图

6月4日工作面回风流CO气体浓度为平均13ppm；6月22日达到85ppm，由于采空区治理，CO气体浓度随后逐渐下降，6月29日达到5ppm，但随后CO气体浓度快速增加，7月4日达到128ppm。

6月4日工作面回顺三角点高顶CO 气体浓度为平均370ppm；6月21日达到2172ppm，由于采空区治理，CO气体浓度随后逐渐下降，6月28日达到149ppm，但随后CO气体浓度快速增加，7月4日达到3051ppm。

6月4日工作面回顺老塘高顶束管CO气体浓度为平均530ppm；6月22日达到2951ppm，由于采空区治理，CO气体浓度随后逐渐下降，6月29日达到272ppm，但随后CO气体浓度快速增加，7月3日达到3377ppm。

通过上述气体浓度分析，说明前期采空区治理并没有从根本上消除遗煤自然发火隐患，并且工作面运顺推进133m时，距离工作面25m-60m之间存在2m-5m的岩墙，回采期间岩墙附近遗留浮煤在漏风供氧作用下有可能氧化生成大量的CO气体。所以在防灭火工作中，采取本层和7煤同时采取防灭火措施，并采用惰性耦合气体治理方法。