田晴 江丽丽 秦鹏

针对杨庄煤矿F9305复采工作面自然发火风险的现状，通过采取预测预报、注浆、注氮、注防灭火材料、堵漏风等综合防灭火技术保证了复采工作面回采过程中的防火安全，确保了工作面正常回采。

一、概況

F9305工作面为复采工作面，该工作面轨道顺槽在松散煤体中掘进，运输顺槽巷道前进右帮与9311采空区之间留有约6m的煤柱，受围岩应力变化及矿山压力影响，煤体进一步破碎产生裂隙存在漏风通道；工作面采用放顶煤回采工艺，推进速度较慢，初采期间顶煤受采动影响范围较小不易垮落，顶煤回收不彻底，采空区遗煤量较大，同时由于回采初期工作面采空区顶板冒落不密实漏风扩散范围大，采空区持续有氧气供给，为采空区遗煤自然发火创造了良好的供氧及蓄热条件；后续工作面回采期间遇断层或其他特殊地质构造区域时，局部可能留有遗煤且裂隙丰富，存在漏风通道，造成遗煤持续氧化。另外在工作面回采过程中两端头局部出现的遗煤回收不彻底进入采空区，存在自然发火隐患，增加工作面回采期间的防灭火管理难度。

二、自然发火预测预报系统

2017年6月委托山东鼎安检测技术有限公司对矿井南翼采区3煤自燃倾向性等级进行鉴定，鉴定结果：自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层。最短自然发火期为80d。根据鉴定报告确定以CO作为指标性气体，CO出现表明测试煤已经开始氧化，其出现临界温度为66.1℃，检出浓度为0.18ppm；煤温超过60～70℃后一氧化碳产生率、耗氧速度和升温速度均加快。如果发现CO浓度超过0.0024%且其含量继续呈上升趋势时，要及时汇报矿有关部门并查找原因进行防灭火处理。根据鉴定报告C₂H₄出现且变化速率明显加快是煤进入加速氧化阶段的标志，其出现的临界温度为115.0℃-142.5℃，检出浓度为0.03ppm，此时应该采取积极的防灭火措施。C₂H₄/C₂H₆比值峰值的出现是煤进入激烈氧化阶段的标志，其峰值出现的温度为287.0℃左右，对应C₂H₄浓度为17.10ppm，C₂H₆浓度为3.98ppm，C₂H₄/C₂H₆可作为判别煤反应程度的辅助指标。将工作面回风隅角CO浓度达到24ppm，作为早期自然发火征兆预警值。

三、综合防灭火技术

（一）注浆系统

矿井在兴隆庄村南设置一处地面注浆站为南翼采区服务。注浆站设有集土池、搅拌机、制浆池、潜水泵、蓄水池、高压水枪等设施设备，浆材（红土或粉煤灰）在集土池通过高压水流冲至制浆池中，经过搅拌机搅拌制成浆液，浆液采用静压自流方式通过地面下浆钻孔及井下注浆管路输送至计划注浆区域。F9305轨道顺槽以外的主要大巷主注浆管采用φ108 mm的无缝钢管， F9305轨道顺槽的主注浆管采用φ108或φ89mm的无缝钢管，主注浆管路接设至距工作面切眼不大于80m处停止，其余分支注浆管采用不小于φ50mm钢管敷设。

回采前在F9305工作面架后提前敷设第一路注浆管，长度以管路末端进入运输顺槽内为宜，每3m左右打设一个出浆口，注浆管管径不小于50mm，注浆管与轨道顺槽主注浆管连接。从第一路注浆管向外20±2m按以上方式在工作面架后敷设第二路注浆管，依次循环直至工作面回采结束。注浆管在敷设下一路时对上一路进行注浆，注浆管注浆后继续外延。工作面停采线处的注浆管按以上方式敷设，停采线处的注浆管在采空区封闭后开始注浆。

结合以往工作面防灭火经验，工作面开始采线、终采线处每路注浆量粉煤灰浆液不小于600m³，黄土浆液不小于800m³；架后埋管期间每路注浆量粉煤灰浆液不小于300m³，黄土浆液不小于400m³。溜头或工作面开始出浆时可停止注浆，如停止注浆后注浆量达不到要求，间隔一段时间再进行补注。工作面采空区内遗煤量较大或工作面相关地点CO超限并持续升高时，要根据实际缩短注浆管埋管间距，注浆量在原有的基础上增加一倍，以便进一步增加采空区气密性，消除采空区发火隐患。

（二）注氮系统

根据《煤炭矿井设计防火规范》GB 51078-2015，制氮设备或装置的能力应按矿井注氮需要选取，注氮能力按下式计算：

Q_N=60*K*Q₀*

式中：

Q_N——注氮量（m³/h）；

Q₀——F9305工作面采空区氧化带内的漏风量，一般取5～20 m?/min。但采空区氧化带漏风量的变化范围较大，一般按工作面风量的1/60～1/100选取，采取堵漏风措施后我矿取1/80，漏风量为7.06m?/min；

C₁——采空区氧化带内的原始氧浓度，一般为10%～15%，取10%；

C₂——采空区防火惰化指标，可取7%；

C_N——注入氮气的氮气浓度，97%；

K——备用系数按总注氮量的1.2～1.5倍选取，取1.5。

经计算，Q_N=476.55m?/h，取477m?/h。矿井配备MYQ-1000液态惰气防灭火系统，该系统有电加热汽化器2台，单台运行额定产氮量为500m?/h，两台运行额定产氮总量为1000m³/h，均大于477m?/h，能够满足矿井注氮要求。

MYQ-1000液态惰气防灭火系统由电加热气化器、控制设备、缓冲储气罐、流量、压力、温度检测及控制装置等主要设备及装置构成。注惰车间设在矿区南地面充填站小料车间内，在小料车间南墙西侧打孔安装惰源外接管路。车间内安设电加热气化器、缓冲储气罐、电源开关柜、控制设备组、信号集中显示柜、低温管路控制连接件等的设施设备。惰源（移动式氮气槽车）在小料车间南墙外，通过专用管路与注惰车间南墙西侧伸出的惰源外接管路相连。

F9305工作面相关区域出现发火隐患，采取常规处置措施不能奏效时，根据工作面、工作面回风流及回风隅角风流中相关气体指标状况及火势剧烈程度选择采取开放式或封闭式注氮进行灭火，实施采空区开放注氮时将F9305轨道顺槽专用管路末端与顺槽内的采空区埋管连接，使氮气通过注浆管进入采空区；实施工作面封闭注氮时首先将F9305轨道顺槽专用管路末端与顺槽内的采空区埋管连接，再将F9305两顺槽防火门墙洞封闭，随后输送氮气充满整个工作面、采空区及两顺槽；如需缩小封闭注氮范围，首先将F9305轨道顺槽专用管路末端与顺槽内的采空区埋管连接。在运输顺槽适当位置施工板闭，再将F9305轨道顺槽防火门墙洞封闭，随后输送氮气充满整个工作面、采空区及两顺槽。运输顺槽未封闭区域使用局部通风机供风。

（三）压喷注防灭火材料防治自然发火

在F9305轨道顺槽配备隔膜泵及气动注浆泵，用于喷洒阻燃剂、压注水玻璃凝胶或LFM防灭火材料。工作面架间敷设一路φ25mm高压胶管，每20m设三通阀门，为应急喷洒相关防灭火材料专用。据现场防火需要， MEA、水玻璃、小苏打、LFM防灭火材料、花管等在现场配齐，数量满足需要。

工作面架后遗煤多，存在自燃隐患时，可使用一次性注胶管插入架后破碎煤体内，压注水玻璃胶体；轨道顺槽松散煤体出现自燃隐患时，在隐患点打孔插入注胶管，压注水玻璃胶体进行防灭火处理。溜头、溜尾关门柱处浮煤较多，裸露煤体（碎煤）要用水玻璃凝胶喷涂。喷注方式为：浮煤表面喷洒和破碎煤体插管压注。喷洒可手持高压胶管或钢管，对煤体表面进行喷洒，喷洒要均匀。插管用钢管制作，为方便操作，插管可由多節组成，用管箍或内丝头连接，前段加工成花管，以提高压注效果；插管压注时要根据情况随时变换插孔位置，既要保证效果，又要避免浪费，喷注要达到破碎煤体全部湿润效果。在轨道顺槽内，距非回采帮约0.5m的垂直于顶部打设一排注胶孔，在非回采帮肩窝下约0.5m位置，与水平成45°±15°打设一排注胶孔，然后在钻孔内下设注胶管，注胶管孔口使用棉纱、水泥等材料进行封堵；然后往注胶管内压注水玻璃凝胶、阻燃剂等防灭火材料。

四、总结

通过实施以上方案措施，现F9305工作面已推进约500m，未出现严重自燃隐患，防火管控措施得力有效，保证了工作面正常回采。同时也掌握了复杂煤层自燃的特性参数，探索了松散煤体漏风规律及自燃危险区域，构建了复采工作面煤层自燃应急防控技术体系。为今后矿井及周边矿井复采煤层安全回采、提高资源回收率，减少能源损失、延长衰老矿井服务年限，以及减轻社会就业负担都具有很大意义和重要的参考价值。