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煤层自燃发火的原因及治理

朱仙庄煤矿位于宿县矿区宿东向斜的北部，制定年产量120万t，1983年投产。主要可采煤层为10煤层〔平均厚度2.3m〕，8煤层〔平均厚度9.98m〕和7煤层〔厚度1.5m〕。煤层间距分别是75m和20m，倾角12～40；矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井，矿井南翼8层煤曾经发生过瓦斯动力现象；矿井地压大；煤尘有爆炸危险，爆炸指数在31.4%～50.81%之间；煤层具有自燃倾向性，发火期在3个月左右，为一级自然发火矿井。从1986年至1998年共发生过18次自然发火事故，不仅威胁矿井安全生产，危及职工人身安全，而且打乱了矿井的正常生产秩序。特别是1997年"2.10'事故，造成矿总工程师、安全矿长、通风区长等8人遇难，教训十分惨痛。为此，朱仙庄煤矿痛定思痛，认真地吸取了教训，总结了经验，强化了安全管理。实现了近2年无自然发火事故。
1 朱仙庄矿煤层自然发火状况及特点
1.1 煤层自然发火的特点
朱仙庄煤矿自1986年至1998年12a间先后共发生18次自然发火，其中17次发生在8
层煤，发火规律显然，发火地点集中，在回采面收作线四周〔7次，占38.9%〕和巷道施工或生产过程中漏顶及区段溜斜过煤段处〔10 次，占55.6%〕；每次发火的时间间隔越来越短，自1986年8月22日至1998年1月19日，共发生自然发火18次，平均每年发火1.5次，每次发火时间平均231d，1992年8月28日和1992年2月10日和1997年2月12日，两次发火的间隔仅为2d。发火征兆较为显然，有CO，其浓度呈上升趋势，有煤油味，出现烟雾，有高温点及出现明火等。
1.2 煤层自然发火的原因
〔1〕 生产接替紧张，打乱了生产布局，导致一个区段布置多个采煤工作面同时进行回
采，采煤工作面之间的压茬时间和压茬距离均不够，有些采煤工作面的开切眼和收作线不可避免地落在高负压区，增加了采空区漏风。
〔2〕矿井地压大，巷道失修严重，巷道围岩裂隙发育，封闭墙墙体时常被压坏，致使采空区封闭困难。同时，因巷道失修严重，通风断面缩小，通风阻力增大，增加了采空区的压差。
〔3〕猜测预报手段落后，关于高温点不能及时发现，导致了火灾范围扩展。
总之，煤层自然发火三个条件缺一不可，煤层本身具有自然倾向是内因，有足够时间的供氧条件和蓄热条件是外因。
2 防治煤层自然发火的措施
2.1 强化组织领导 提升防火意识
针对近年来全矿区煤层自然发火事故的频繁发生，威胁着矿井安全，制约了矿井生产能力的发挥这一现实。淮北矿业集团公司先后制定了《预防煤层自然发火15条措施》，把防治煤层自然发火与瓦斯综合治理一并作为集团公司安全工作的重中之重来抓。集团公司、矿都成立了防治煤层自然发火领导小组，定期召开专题会，解决发火工作所需的人财、物。同时，开展多种形式的宣扬教育及培训活动，提升全员防火意识和防火技能。
2.2 组织防火会战 促进防火措施的落实
为把防治煤层自然发火工作放在重要议事日程来抓，切实把防火工作落到实处，成立了以集团公司总工程师任组长，以集团公司通风、生产副总、安监局副局长、朱仙庄煤矿矿长任副组长，以集团公司生产、通风、计划、供应、工资、财务等单位负责人为成员的防治煤层自然发火会战领导小组，办公室设在通防处，负责会战的日常工作。制定了会战目标、会战重点、会战措施及奖罚方法和防火会战工程量。半年进行一次考核验收，实现了会战目标的给予奖励；对完不成会战目标或出一次高温及发生事故的，视情节给予罚款或追究有关人员的责任。
2.3 执行齐抓共管 综合治理
〔1〕强化全矿高温点的探查工作。矿成立专业精干的防火隐患探查小组，认真做好防火的猜测预报工作。特别是要做好全矿的高温火点的普查工作。对放顶煤工作面机、风巷及及上隅角的普查，主要采纳了远红外测温仪、CO检测报警仪和锥形管取样等方法进行普查。施行证实，这些方法有用、可靠，能够查出所有自然发火不安全的隐患。对查出的隐患点，执行挂牌、建档、填图管理；并依据隐患的危险程度，采用相应的防火措施。
〔2〕装备矿井火灾预报束管监测系统，进行煤层自然发火的早期预报。为更好地做好煤层自然发火的猜测预报工作，朱仙庄矿安装了矿井火灾束管监测系统。在开切眼、收作线等可能发火的地点埋管监测，进行煤层自然发火的早期预报，将高温点隐患消灭在萌芽状态。对现有的气相色谱仪进行技术改造，达到能化验分析标志自然发火的烯、烃、烷类气体的要求。
〔3〕强化采煤工作面均压通风工作。从龙头抓起，严把制定关，避免将开采切眼和收作线布置在高负压区内；同时，合理安排生产接替和生产布局，保证上下分层采煤工作面压茬时间大于6个月，压茬间距大于200m。关于高瓦斯工作面，要强化瓦斯抽放，减少配风量。同时，要强化采煤工作面两巷的维护，降低通风阻力，以降低其进、回风侧的压差。
〔4〕做好喷浆、堵漏工作。对可疑地点或出现隐患地点进行全封闭喷浆，隔绝空气，控制煤层氧化，是防治煤层自然发火的有效手段。朱仙庄矿地压大，封闭墙难以维护，漏风大，是导致自然发火的一个重要原因。因此，对所有的永久封闭墙进行喷浆处理。喷浆范围包括墙面和墙前5m范围内的巷壁，喷浆厚度不小于110mm，每次喷浆结束后，组织有关人员进行验收，保证工程质量，从而取得了较好的效果。
〔5〕强化防火的灌浆和注氮工作。采煤工作面收作前，通风区必须按规定把灌浆管路接到收作线，留好三通，并沿收作线向下5～10m安设试通管路，经矿收作面领导小组验收合格后，再移交给施工单位使用。对8层煤所有的采煤工作面，必须执行随采随灌，对倾斜较长的采煤工作面，下部必须进行洒浆，并重点落实采后集中灌浆的质量。另外，依据工作面直接顶的稳定性、推动度及工作面漏风压差等参数，确定每次灌浆间距和灌浆量。一般状况下，工作面每推动25m，每次灌浆量不少于360m3。管好用好现有的井下移动式制氮机，制氮机设专人进行修理与保养，备足其易损件。保证制氮气纯度不低于97%，并随时可以向采空区注入氮气和调往其它发火隐患地点进行注氮工作。
〔6〕注凝胶防火。注凝胶防火是一项投资少、见效快的防火措施。朱仙庄矿采用注凝胶防火技术处理了84102机、风巷，8313上风巷及84132上风巷冒顶区的高温柔CO隐患，取得了非常显然的效果。
84102工作面为简易放顶煤工作面，其机、风巷由于沿底板掘进，巷道顶部为全煤，在施工过程中共发生40多处2～5m左右的冒顶。为此，采用了在每处冒顶区，及时地打一个注浆孔，共打46个，经取样化验分析，孔内CO最高达60010-6以上，立即对各孔进行注凝胶处理。共注水玻璃6.36t，化肥4.79t，经过一段时间的观察，孔内CO浓度均大幅度地下降，有些孔内CO绝迹。从而排除了这些冒顶区的自然发火隐患，保证了84102放顶煤工作面的安全回采。