大傾角易燃特厚煤層傾斜分層開采礦井綜合防滅火技術
［摘要］東峽煤礦煤層屬大傾角特厚煤層，礦井火災防治是東峽煤礦“一通三防”管理的重點和難點，本文著重從化學物理方法防治礦井內因火災方麵，介紹了東峽煤礦特定自然生產條件下綜合防滅火技術的應用情況。
［關鍵詞］大傾角；易燃煤層；綜合防滅火
1概述
東峽煤礦開拓方式為片盤斜井，煤層屬大傾角特厚煤層，煤層厚度主采煤層煤6—1m，煤6—2，煤層傾角28～42°。目前礦井采用走向長壁傾斜分層全部跨落法采煤，炮采工作麵使用荊芭假項，留設0.5～0.8m厚的煤皮回采，無黃泥再生項板。
礦井為低沼氣礦井，沼氣絕對湧出量1.64m3／min，相對湧出量為1.93m3/t。煤質屬於低灰、低硫、高揮發份長焰煤，揮發份高達43.5％，煤塵具有強爆炸性，煤層易自燃發火，自燃發火期3～6個月，最短為37d，采用綜合防滅火技術防治自燃發火.
礦井通風方式為中央並列式，總進風量為2070m3／min，總回風量為2170m3／min，使用BD-II-6NO.16型高效節能對旋式軸流風機，配套電機75*2kw，礦井負壓42mmH2O，有效風量率89.4％。回采工作麵采用一源一彙的U型通風方式。
2 礦井自燃發火情況
東峽煤礦自燃發火情況十分嚴重，自礦井投產後10年，每年有8～10次自燃發火，近10年因采煤方法的改革和綜合防滅火技術的深入開展，礦井百萬噸發火率明顯減小，平均每年有1～2次的內因火災。
3防滅火技術
礦井內因火災的防治方法，按其原理來分，有化學物理方法和技術物理方法兩種，前者即利用化學阻化與填充劑，減弱煤的化學活性或阻止氧與煤作用，減少反應麵，降低氧化能力，抑製氧化反應進行，如阻化劑防火，灌漿和注水防滅火等。而後者則是應用礦井開采技術知識，在礦井設計、建井和生產管理的各個環節中，采取一係列有效的技術措施，來控製自燃因素的產生和發展，以達到增加礦井先天性的防火能力，如提高回采率和應用無煤柱開采技術減少自燃的物質基礎；采用先進的工藝流程和技術管理，提高回采速度，減少采空區自燃帶穩定時間等。
東峽煤礦在積極采取開采技術防滅火措施的同時，依據礦井自然條件和開采條件，深入開展了化學物理方法進行礦井火災防治，取得了較好的效果。
3.1灌漿防滅火
灌漿防滅火是東峽煤礦綜合防滅火的一項主要技術，在礦井生產過程中，無論是防火還是滅火，都發揮了積極作用。
3.1.1灌漿防火
東峽煤礦屬急傾斜特厚煤層傾斜分層開采，因煤層項底板較堅硬，無需灌漿生成再生頂板，加之回采工作麵采空區自燃發火不是特別嚴重，同時，因大傾角工作麵采空區注漿時，漿液在采空區內流動情況難以控製，特別是在煤層底板，有起伏變化時，漿液在采空區分布不均勻；當工作麵傾斜長度大時，灌漿效果差，並常常發生泥漿或廢水泄出，流入工作麵，使工作麵溜子道變為“流水道”。因此，東峽煤礦灌漿形式采用采後封閉灌漿，即在工作麵回采跨過上下部進回風1周內，對石門進行永久封閉，並預埋好注漿管，當工作麵推進距石門50～70m時，及時向回風石門沿傾斜方向對采空區進行灌漿，使其形成沿走向的泥漿帶。如圖1所示：
圖1對采空區進行灌漿示意圖
3.1.2灌漿滅火
巷道發火是東峽煤礦礦井主要發火地點，占總發火數的50％以上，而巷道發火尤以回采工作麵進風石門端頭及石門端頭口以裏20m範圍的運輸溜子道最為嚴重，如圖2所示：
圖2石門端頭及溜子道發火點示意圖
當石門端頭或以裏溜子道已經出現高溫，冒煙等發火征兆及形成火區時，采用封閉火區反灌漿法進行滅火，如圖3所示，在石門端頭做一道密閉，然後根據火區位置及範圍，在運輸機石門適當位置打鑽注漿。這種滅火方法隻要找準火區位置，滅火速度相當快，大大縮短了影響生產的時間。
圖3封閉火區反灌漿滅火
3.2阻化劑預防采空區自燃發火
阻化劑是國內普遍采用的一種防滅火材料，對其阻化效果的評價主要有兩個指標，一是阻化率，二是阻化壽命。東峽煤礦煤質屬長焰低硫煤，自燃發火期3～6個月，最短37d，因此阻化劑選用氯化鎂。
東峽煤礦工作麵長度較長，一般為85～110m，因工作麵中段頂板跨落程度好，而上下老塘15m範圍內頂板跨落不及時，空頂距離大，且該地點也是工作麵采空區漏風源及漏風點，因此其發火的機率較大，為了提高阻化劑預防采空區自燃發火的效果和做好重點區域防範，將移動式汽霧阻化設備安裝在工作麵下巷，利用漏風將霧化的阻化劑霧氣送入采空區。其優點是，阻化劑的霧粒能隨漏風深入采空區內部，在漏風範圍內阻化劑分布均勻，能夠使采空區在較長時間保持空氣溫度，因而具有較好的阻化效果；同時噴霧點在下老塘，沉落的大量阻化劑對工作麵下老塘的自燃發火做到了重點防範。
東峽煤礦這種工藝方法施工組織簡單，防滅火成本低，突出重點，防滅火效果良好。
3.3注氮防滅火
東峽煤礦由於防滅火方法和手段比較單一，防滅火裝備相對落後，並受灌漿土源不足的限製，工作麵跨石門灌漿防滅火在一定程度上受到限製，加之礦井開采規模的不斷擴大，工作麵的接替速度相當快，給工作麵分層開采防治自燃發火帶來更大的困難。此外，由於礦井綜采放項煤開采方法的實現，必將為礦井防滅火提出更高的要求，所以東峽煤礦建立了注氮防滅火係統。
東峽煤礦通過對目前國內各種注氮設備技術性能參數比較03manbetx ，結合開采水平下移速度快的特點，選用井下移動式變壓吸符碳分子篩注氮機。
3.3.1采空區注氮防火
工作麵采空區注氮防火的關鍵技術在於準確測定工作麵采空區“三帶”分布，合理確定注氮參數和注氮工藝，及時掌握注氮時機，將采空區自燃發火消除在萌芽狀態。
東峽煤礦注氮方式選用非連續性注氮，即待采空區出現自燃發火征兆後再向采空區注氮。這主要源於東峽煤礦火災柬管監測係統性能穩定，可靠，能及時、準確地進行自燃早期預報，根據曆年發火統計情況來看，回采工作麵采空區發火率較小，綜采麵推進速度較快，因此采用非連續性注氮方式。
（1）注氮參數選擇 ①注氮方法根據巷道布置方式，回采工作麵采空區采用鑽孔注氮的局限性較大，不易實現，故采用壓管注氮方法，即注氮管口由進風順槽壓埋在采空區，借助漏風將注入的氮氣散布在采空區內。 ②注氮口的位置注氮口位置選擇至關重要，依據對綜采麵特定條件下的采區“三帶”測定結果，采空區漏風帶寬度為40m，因此注氮口位置選擇在氧化帶的中部最為合理，即選在距工作麵煤壁30m處。 ③埋管布置、移動方式工作麵注氮管路布置如圖4所示。
圖4工作麵注氮管路布置由注氮方式、注氮方法的選擇確定：注氮管由工作麵進風順槽接至采空區25m深處，采空區外露出的鋼管為15m並隨工作麵的前移，在鋼管的進氣口端焊上拉鉤，用進風順槽的回柱絞車將采空區埋管拖動前移，始終保持鋼管出氣口距工作麵煤壁25m，保證注氮口位於采空區氧化帶中心部位，待注氮時機成熟時，接通注氮管路向采空區注入氮氣進行滅火。由於拖管壓在采空區的深度較長，用回柱絞車拉動拖管時，因壓力較大，很可能拉斷拖管。因此拖管需采用厚壁優質無縫鋼管，考慮到氮氣輸送速度，可用φ89mm，壁厚為10mm的無縫鋼管，其連接處為便於拖動，采取直接焊接，不可用法蘭盤連接。 ④注氮強度按采空區防火時氧化帶惰化氧含量計算，為326.4m3/h。
（2）防火注氮時機
綜采注氮防滅火係統的建立，為礦井火災防治提供有力的物質保障，而非連續性注氮防滅火的關鍵是注氮時機的準確判斷，即如何及時準確的預測，預報采空區自燃發火的信息，盡早實施注氮防滅火措施，把火災消除在萌芽狀態。
在火災的預測預報方麵有著較為先進的設備和成熟的經驗，特別是火災束管監測係統在火災防治方麵發揮了巨大作用。因此對該係統進行了進一步改造完善，充分利用該係統監測回采工作麵及采空區等地點的氣體成分等，特別是一些火災指標氣體，進行注氮時機成熟與否的判斷。根據煤層自燃發火的特點及火災預測預報的經驗，確定以下防火注氮時機：
①人體生理感覺。主要指嗅覺、視覺和感覺。 ②指標氣體。一當工作麵下隅角和回風流出現CO氣體，其含量向上遞增，達到60PPm時，必須立即注氮。 ③當工作麵在回采過程中，未達到正常每天少於2.4推進速度時，必須及時注氮，直到推進速度正常。 ④工作麵測溫地點溫度高於進風風流溫度5～10℃；放煤溫度高於30℃時必須立即注氮。
（3）注氮終結
按氧化帶氧含量惰化指標為7％，最大注氮量400m3/h計算，則最少注氮時間按下式計算：
Qn=QC1/C2—Q
式中Qn為惰化采空區氧化帶的注氮量；C1為采空區氧化帶平均氧含量，取15％；C2為采空區氧化帶防火惰化指標，為7％；Q為氧化帶體積。
Q=氧化帶寬度×工作麵長度×采高×采空區密實係數
=30×100×3.4×0.7=7140m3
則QN=8160m3
製氮機最大流量為400m3/h，則每次惰化采空區氧化帶至少需要時間t=Qn/Qmax=8160／400=21h。
3.3.2注氮滅火
礦井火災的發生是一個複雜的過程，火災發生的原因不同，地點不同，發火嚴重程度不同，注氮滅火的方法也不同。
結合礦井自燃發火的特點及國內注氮滅火技術，注氮滅火采取以下幾種方法。
（1）巷道目標注氮滅火
當工作麵巷道在掘進過程中有穿層穿入上分層采空區，或在回采過程中形成高冒區而形成自燃發火時，若火源位置能夠準確判定，為了不影響生產，可以不進行封閉巷道，直接向火源打鑽注氮，氮氣釋放口離火源目標的距離不超過5m，注氮量為200～400m3/h，注氮時間一般為1～3d。
（2）巷道封閉注氮
根據多年來自燃發火情況統計來看，巷道發火占發火次數的60％以上，而石門端頭自燃發火則占巷道發火的90％以上。因此當石門端頭出現自燃發火時，可采用封閉注氮的方法滅火。即在石門端頭做一道磚密閉，在牆體中上部預插注氮管，在上部插好氣體監測管和水柱計，以便進行注氮後火區氣體的檢測03manbetx ，判明火區是否熄滅。
（3）回采工作麵封閉注氮
當回采工作麵采空區發生火災時，在采取措施不能消除，且采空區火勢有擴大到工作麵的趨勢，必須立即對回采工作麵進行臨時封閉，進行注氮滅火。即在超前工作麵5m處的上下順槽，分別做一座磚密閉或板密閉。(並用黃泥抹麵，減少漏風)封閉工作麵，再利用采空區防火埋管以最大流量向工作麵采空區注氮，迅速降低火勢，窒熄明火，大流量注氮一般為2～3d，然後降低流量，以250～400m3／h的流量維持注氮。當火區CO含量降低0.001％以下，回風密閉O2含量降低5％以下，溫度為常溫時，可停止觀察2d，如無變化，則可打開密閉恢複生產，加快推進速度，邊生產邊利用埋管繼續注氮，將火源點甩到窒熄帶。
注氮滅火因其發生地點不同，火勢大小不一，注氮參數的選擇也會因此發生變化。因而，在采取注氮滅火時，必須根據現場實際情況，製定滅火措施，明確注氮參數，選擇注氮方式、方法、注氮強度、注氮口位置、注氮終結時間等。
4 結語
礦井防滅火是一項係統工程，它需要從礦井開拓開采技術、工作麵回采工藝、采區通風係統及防滅火方式方法等多方麵著手，采取綜合防治措施，方可確保礦井防滅火需要。同時，礦井火災防治工作，必須緊跟科技進步，不斷引進新技術、新設備、新材料和新工藝，增加礦井防滅火管理的技術含量。東峽煤礦自開展綜合防滅火技術以來，礦井自燃發火率明顯下降，確保了礦井安全和正常生產，自礦井投產以來，未發生火災02manbetx.com ，保障了職工生命安全，維護了企業良好的社會形象。
