孤岛工作面多作业环节防火技术应用研究.pdf

2023 年第 10 期2023 年 10 月当所采工作面两侧均为已采区域、形成孤岛工作面时，采空区容易在采动过程中形成互相连通的状态。孤岛工作面相较于普通回采工作面存在更大的自然发火风险，主要原因如下：1)开采煤层具有自然发火倾向（一类或二类），当采空区浮煤长期氧化时，特别是工作面过断层推进度慢时，易自然发火；2)放顶煤开采的工作面，一般采空区内留有 15%20%的浮煤，受回采工艺影响，浮煤覆盖采空区全断面，受长期氧化影响，浮煤易自然发火；3)矿井回采工作面距离地表较近，开采时易在地表形成裂隙，在矿井采用负压通风方法的情况下，造成地表形成裂隙后向采空区漏风，导致遗煤易自然发火。因此孤岛工作面防火技术研究对于回采期间安全保障具有必要性。1工作面概况A 矿 2-103 工作面切巷长 132 m，顺槽设计走向为1 085 m，所采煤层平均厚度 4.5 m 左右，开采方式为综采放顶，采用 U 型通风方式，计算配风量 556 m3/min，工作面预计推进度为 60 m/月，为低瓦斯工作面，开采煤层为类自然发火煤层，最短发火期为 89 d。2-1031进风顺槽相隔 15 m 煤柱为 2-101 工作面（采后已封闭，曾自然发火，火区已注销），2-1032 回风顺槽邻近相隔7 m 小煤柱为 2-105 工作面（采后已封闭），2-103 工作面为孤岛工作面。2工作面上部小窑空巷防火技术工作面上部小窑空巷较多，采用封闭注氮方式治理小窑采空区会面临成本高、工作量大的情况，因此，防火方式以自然发火监测为主，当监测到发火预兆时，再注氮和注防灭火材料浆液。小窑空巷自然发火监测方法为：在回风顺槽向小窑空巷打钻孔，钻孔下 6 分套管，准备与套管长度相匹配的束管单管，对小窑空巷的自然发火进行有效监测1。3工作面初采时防火技术1)工作面初采期间，如有冒顶，作业队组应及时清除落到工作面的浮煤，减少遗煤。2)检修班每天喷洒阻化剂，喷射范围为采空区，上、下隅角，架间等地点。阻化剂选用质量分数为 15%的 CaCl2溶液。3)注氮收稿日期：2023-02-09作者简介：苑帅，1990 年生，男，河北安平人，工程师，主要从事煤矿“一通三防”工作。孤岛工作面多作业环节防火技术应用研究苑帅（霍州煤电集团有限责任公司，山西 霍州 031400）摘要：防止工作面遗煤发生自然发火袁 是矿井火灾防范工作的重中之重袁 尤其是孤岛工作面袁 相较于普通回采工作面存在更大的自然发火风险遥 以 A 矿孤岛工作面回采期间防火为例袁 采用注氮尧 阻化剂喷洒及自然发火预测预报等多种技术手段遥 通过对井下气体进行监测袁 选择合适的时机注氮尧 喷洒阻化剂袁 能有效消除井下火灾隐患袁 对孤岛工作面的防火有很大的参考与推广价值遥关键词：孤岛工作面曰 回采工作面曰 矿井火灾防范曰 遗煤自然发火中图分类号：TD752文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)10-0158-03Application of Fire Protection Technology in Multiple Operation Links of IsolatedIsland Working FacesYUAN Shuai(Huozhou Coal Electricity Group Co.,Ltd.,Huozhou 031400,Shanxi,China)Abstract:Preventing the occurrence of spontaneous combustion of coal left over from the working face is a top priority in minefire prevention work.Especially in isolated working faces,there is a greater risk of spontaneous combustion compared to ordinarymining faces.Taking the fire prevention during the mining period of A Mines isolated island working face as an example,varioustechnical methods such as nitrogen injection,inhibitor spraying,and spontaneous combustion were adopted.By monitoring theunderground gas and selecting appropriate timing for nitrogen injection and inhibitor spraying,the hidden fire hazards in theunderground can be effectively eliminated,which has great reference and promotion value for the fire prevention of the isolatedisland working face.Key words:isolated island working face;coal mining face;mine fire prevention;spontaneous combustion of residual coal（总第 217 期）实践运用1582023 年第 10 期2023 年 10 月防火。注氮管路沿工作面进风侧铺设至距离工作面 60 m处，然后采用双管路铺设，便于单独控制，两趟管路间距 30 m。当第一趟管路的 N2释放口进入到采空区内25 m（散热带和氧化带分界处）位置时开始注氮；当第一趟管路的释放口进入采空区 55 m（氧化带和窒息带分界处），第二趟管路 N2释放口进入采空区 25 m 处时，关闭第一趟注氮管阀门，打开第二趟注氮管阀门，开始注氮2。按此交替方法循环往复进行注氮（见图 1）。图 1注氮管路布置示意图4工作面回采期间防火技术4.1工作面回采期间采空区自然发火预测预报采空区自然发火预测预报按下列步骤进行：1)在进行采空区“三带”考察时，利用考察所埋设的束管采样器对采空区进行自然发火预测预报。若未进行采空区“三带”考察，采空区的预测预报需在工作面回风顺槽设置测点 1，在工作面上隅角设置测点 2，回风顺槽重点高冒区设置束管测点 3，工作面前方每隔 100 m向 2-101 采空区打钻，设立束管测点 43。图 2 为作面气体监测布置示意图。2)瓦斯检查员每班对工作面上隅角、回风流及高冒区各点气体进行监测。3)每 3 d对工作面上隅角、回风流等点气体取样化验一次。4.2工作面回采期间注氮孤岛工作面开采采空区空间大，漏风较严重，地表存在漏风，采空区浮煤较多，因此需保持采空区大流量注氮。矿井现使用 1 台 700 m3/h 的制氮机。目前国内外采空区开放式注氮有 3 种方式：采空区埋管注氮、采空区钻孔注氮、采空区拖管注氮。当采空区冷却带宽度超过 20 m，即 N2释放口距离采空区 20 m 左右时，由于采空区顶板垮落，管路承压后不易拖拽，不宜采用拖管方式注氮。经测算研究，2-103 工作面冷却带范围均超过 20 m，所以选用埋管方式注氮（见图 3）4。图 32-103 采空区埋管注氮布置图注氮时机合理与否会直接影响工作面的防火工作是否能够达到理想效果，对试验工作面进行自然发火研究后，选定了以下防火注氮时机。1)当工作面上隅角出现 CO 气体，且监测数值呈现持续增长态势时，必须立即注氮防火。2)当工作面回采进度小于 60 m 的最低推进度要求时，必须及时注氮，直到工作面推进度大于或等于防火合理推进度时停氮。3)工作面温度监测地点出现下列情况时必须立即注氮防火：测温地点的温度与进风流温度温差达到10；放煤温度高于 30；进入末采及回撤支架；工作面初采时，推进到 2560 m 的范围。2-103 工作面回采时，受采动影响，工作面邻近的2-101 采空区老火点可能漏风复燃，采取的防复燃措施有以下 2 种。1)2-101 采空区气体监测。沿工作面前方的进风顺槽每隔 100 m 打钻孔 1 个，钻孔下椎20 mm 套管，套管中插入束管单管，每天测试采空区气体一次，测试采空区钻孔温度一次。测气时，如果钻孔气体入、排不定，测该气体不是钻孔内的真实气体，只有在钻孔完全向外排气时，测到的气体才是真实气体。如果 2-103工作面巷道掘进期间打的监测钻孔完好，则可以利用这些钻孔测气、测温，不必新打钻孔。2)2-101 采空区注氮。如果发现钻孔中 CO 气体体积分数超过 0.001%，或 O2体积分数超过 7%，或温度超过 30，则立即向钻孔注氮降氧，注入 N2流量为500 m3/h，连续注氮，直至工作面推过该区域。如果有输氮管输氮管采区回风巷采区轨道巷进风巷三通连接软管回采工作面回风巷60 m5 m回风流上隅角束管埋管注氮管钻孔2-101 采空区束管注氮管30 m苑帅：孤岛工作面多作业环节防火技术应用研究图 2作面气体监测布置示意图1592023 年第 10 期2023 年 10 月异常情况，应编制专项措施，若注氮不能将 O2体积分数降到 7%以下，则向采空区注重氮降氧。5工作面回撤期间防火技术当工作面进入末采及回撤支架阶段时，由于工作面不再推进，采空区“三带”呈现固定态势，当漏风持续、O2供给稳定且煤层本身具有自然发火性时，容易发生自然发火，这是工作面防火的难点，因此要特别重视工作面回撤时的防火。5.1回撤期间容易发火地点1)采空区氧化带与窒息带交界处。工作面所采煤层的最短自然发火期为 89 d，工作面的推进度为 60 m/月，根据采空区“三带”范围，采空区进风侧约 101 m 为窒息带，回撤时采空区氧化带与窒息带交界处的浮煤已达到其最短自然发火期，回撤期间采空区持续漏风，浮煤进一步与空气接触，此时遗煤自燃条件均满足，若发生自燃，涌出的 CO 等有毒有害气体将导致撤架作业停滞。2)冷却带上部垂直氧化带上方碎煤。综放面采空区不仅有水平“三带”，还有垂直“三带”，工作面切顶线至切顶线以里 15 m 范围为采空区冷却带，其下部浮煤不易自然发火，但 2#煤层上分层采空区浮煤处于垂直“三带”的氧化带，注氮时 N2不易达到此处，极易自然发火。根据回撤时采空区垂直“三带”自然发火测试结果，工作面底板上方 426 m 为垂直氧化带，而工作面后部漏风较严重，注入的 N2容易被漏风带走，因此冷却带上部 2#煤层的上分层采空区浮煤极易自然发火。3)支架上部浮煤。回撤时采空区顶板虽然可以正常垮落，但支架上方与顶板接触处存在固定的漏风通道，再加上支架上方 O2体积分数一般为 15%18%（易氧化区间），因此支架上方破碎煤比采空区浮煤更易氧化自燃。4)工作面前方支承压力影响的进、回风顺槽松动圈。根据经验，工作面前方支承压力影响的范围为 32 m，在此范围内进、回风顺槽松动圈发育，是回撤时容易忽视的防火点，恰好也是特别容易自然发火的点5。5.2回撤期间防火技术应用1)选择合适的停采位置。在工作面进、回风顺槽局部压力较大，顶板比较破碎，松动圈发育，如果停采位置正好选择在这些地方，则顶板压力大，回撤困难，导致回撤时间长，使采空区内浮煤易氧化自燃。为此，将 2-103 工作面停采线选在顶板岩层比较稳定的地点，使支架尽快顺利撤完。2)加强火灾预测预报。在回撤时采取的预测预报措施为：人工在工作面上隅角及支架上部、回风流处取气样到地面化验，可通过 O2体积分数论证采空区注氮实际效果。瓦斯检查员在现场实时监测 CO 体积分数，并对支架上部浮煤温度和拉架后铁丝网上浮煤温度进行监测记录。将 20 m椎50 mm 的钢管内穿束管埋入采空区回风侧，以监测采空区早期发火预兆，当所监测 CO 体积分数低于支架上部时，证明支架上部存在高温区域；反之，则表明采空区内部存在高温区域。3)回撤时工作面通风方式。因该工作面为低瓦斯工作面，停止割煤作业后瓦斯可控，为减少采空区漏风，缩小氧化带覆盖范围，将工作面风量由 900 m3/min减至 600 m3/min 左右。4)回撤时采空区氧化带与窒息带交界处最易氧化自燃，可采取注氮措施降低该区域的 O2体积分数，因此回撤时利用采空区钻孔向采空区连续注 N2，直至回撤作业结束。5)防火线为采空区冷却带上部的老空氧化带，在采空区冷却带上部的氧化带，采空区钻孔注入的 N2被漏风所带走，不易将其 O2体积分数降到 10%以下，这一带的浮煤特别容易氧化自燃，是回撤防火的难点。为此，建议向支架上方打高位钻孔注水，延长浮煤的自然发火期。6)支架上方的浮煤由于停止回采作业后持续与空气接触，容易发生自然发火。工作面 155 号支架最先撤除，自然发火危险相对较小；7586 号支架上部及后部处于回风侧，是 N2积聚的地方，O2体积分数低，自然发火危险也相对较小；自然发火危险最大的就是 5674 号支架上部及后部浮煤，采空区注入的 N2不容易到达此处。为此，在工作面回撤定位前 10 m 时，必须在 55 号支架后部埋入椎50 mm 的钢管，利用此管注氮，降低此处的 O2体积分数。6结束语通过对 2-103 孤岛工作面防火技术的研究，综合探讨了具体的防火技术应用的时机、有效性，对孤岛工作面的防火工作起到了指导作用，降低了矿井火灾发生的可能性，有效保证了矿井安全生产。参考文献：1 张勋，路冰.采空区注氮条件下自燃危险区域变化及注氮极值研究 J.山西焦煤科技，2021，45(9)：4-8.2 汤笑飞.安家岭露天矿小窑火区快速治理技术研究 D.徐州：中国矿业大学，2015.3 贺桥顺，白宇.我国煤矿矿井防灭火技术研究 J.内蒙古煤炭科技，2020(15)：65-66.4 秦波涛，仲晓星，王德明，等.煤自燃过程特性及防治技术研究进展 J.煤炭科学技术，2021，49(1)：66-99.5 张磊，陈云，王冠赵.采煤工作面相邻采空区防灭火实践 J.内蒙古煤炭科技，2021(13)：114-115.（编辑：刘晓芳）160