宋先明

(兗州礦業(yè)集團公司,山東鄒城273500)

摘　要:在系統(tǒng)分析興隆莊4324孤島綜放工作面遺煤特點、煤體跨落特征及漏風規(guī)律的基礎上,判定火源點的具體位置,并運用注膠、注氮、注惰泡、均壓等防滅火技術對高溫區(qū)域進行綜合治理。利用指標氣體對治理效果進行分析,確?；饏^(qū)成功啟封,保障了礦井的生產(chǎn)安全。

關鍵詞:孤島綜放面;自燃;滅火

中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)02-0019-03

1　火區(qū)概況

兗州礦業(yè)集團興隆莊礦4324綜放工作面位于四采區(qū)下部,上鄰4322綜放面采空區(qū),下鄰4326綜放面采空區(qū),為“孤島”綜放面(見圖1),

煤層自然發(fā)火期3~6個月,最短發(fā)火期32 d。工作面傾斜長277 m,走向長1 589 m,煤層平均厚度8.45 m,設計配風量為1 100 m3/min。綜放面切眼于2003年1月掘出,6月份設備安裝完畢,7月12日調(diào)試設備,7月14日試生產(chǎn),到7月17日推進10 m后停止。8月13日開始正常生產(chǎn),到8月17日中班共推進20m,累計推進30 m。

　　由于工作面在7月14日-7月17日推進過程中無法放頂煤,大量的浮煤丟在采空區(qū),為采空區(qū)浮煤自燃埋下了隱患。同時,工作面推進距離短,頂煤跨落不充分,切眼與上下順槽構成了良好的漏風通道,使得切眼處浮煤具有較好的氧化升溫的條件,浮煤自燃危險性增強。

8月13日-17日恢復生產(chǎn),采空區(qū)漏風強度增強,自燃進一步發(fā)展。8月17日晚22:00,發(fā)現(xiàn)60#支架前有大量煙霧涌出,架間風流中CO最高濃度110×10-6;回風流中有少許煙霧,CO濃度為80×10-6,煤出現(xiàn)自然發(fā)火征兆。通過采取高壓注水、在上隅角建板帳等措施,架間CO濃度有所下降,煙霧稍小。

根據(jù)現(xiàn)場情況分析初步判定:火源點位于4234工作面采空區(qū)開切眼附近,距工作面煤壁深約30~40 m,火點附近浮煤厚達6 m,火點位置高。由于工作面推進距離小,采空區(qū)漏風強度較大,火勢發(fā)展速度快,火區(qū)治理難度大?；饏^(qū)治理主要是分為開放式火區(qū)治理和封閉滅火兩個階段,初期主要采取控制漏風,注膠滅火,注氮惰化采空區(qū)相結(jié)合的主要滅火措施,控制采空區(qū)火勢的發(fā)展。封閉期間主要采取均壓措施降低工作面上下頭兩側(cè)風壓差,注氮惰化采空區(qū),注惰泡和膠體泥漿直接充填采空區(qū)并對火區(qū)降溫等綜合治理措施。

2　開放式火區(qū)治理

2.1　封堵漏風

封堵漏風主要是堵住工作面向采空區(qū)的主要漏風通道:

(1)封堵工作面進風端頭,掛風簾、打砂袋閉和板閉、噴艾格勞尼。

(2)進風端頭施工短鉆孔注膠體泥漿,封堵漏風通道。

(3)工作面上部向架后施短鉆孔,壓注膠體泥漿,進一步封堵工作同漏風通道。以上封堵工作完成后,工作面煙霧消失。

2.2　注膠體和惰氣滅火

為了熄滅采空區(qū)切眼上部的高溫火點,在上順向采空區(qū)施工28 m和20 m鉆孔各一個,工作面上部架間施工短鉆孔,通過這些鉆孔向采空區(qū)注入膠體泥漿。在上部采空區(qū)形成膠體隔離帶,減少工作面向采空區(qū)的漏風,通過膠體泥漿的滅火性能控制和熄滅高溫火源。

在封堵工作完成后,開始利用地面固定注氮機和井下移動式注氮機同時向采空區(qū)注氮,惰化采空區(qū),抑制火勢發(fā)展,封閉前共注入氮氣69 962 m3。

2.3　效果分析

為了解封閉前火區(qū)治理效果及其發(fā)展狀況,主要對封閉前的O2、C2H4/C2H6、CO等指標氣體變化情況進行綜合分析。

工作面上部噴艾格勞尼、注膠封堵后,火區(qū)漏風量減少,烯烷比迅速下降,CO濃度基本不變,表明火區(qū)得到了有效的抑制;在工作面注氮初期,注氮造成采空區(qū)風流流動增強,烯烷比上升,火勢又有所發(fā)展,在工作面上頭針對危險區(qū)域深孔注膠后,烯烷比由0.266持續(xù)下降至0.172,CO濃度由570×10-6降至320×10-6,效果明顯,說明上部深孔注膠已接近火區(qū);然而,隨后注漿將工作面上頭的膠體隔離帶沖開后,采空區(qū)漏風增強,火勢急劇發(fā)展,CO濃度上升超過10 000×10-6,烯烷比已達到1.2,煤層自燃已到達了劇燃階段,立即對工作面進行封閉,實施封閉滅火。封閉后繼續(xù)進行注氮、注膠滅火,烯烷比和CO等火災指標迅速下降,火區(qū)O2濃度降低,火區(qū)得到了有效的控制。

3　封閉滅火

3.1　均　壓

封閉期間,為了降低上下頭兩側(cè)風壓差,減少向封閉區(qū)漏風供氧,使火源缺氧窒熄。因此,對4324工作面上下頭實施均壓措施,將上下頭之間的風壓差由封閉前的170 Pa減少到35 Pa。同時,制定了穩(wěn)定通風系統(tǒng)的措施,有效減少了封閉區(qū)的漏風。

3.2　注氮惰化采空區(qū)

工作面封閉后,隨即向封閉區(qū)注氮惰化采空區(qū)。在封閉期間,共向火區(qū)注入N2約99.6萬m3,使火區(qū)內(nèi)的O2濃度一直保持在3%以下,有效地抑制了火勢的發(fā)展。

3.3　壓注膠體泥漿

為了熄滅上部采空區(qū)內(nèi)的高溫火點,在上順閉外對155#架至176#架后采空區(qū)施工了8個長鉆孔,通過鉆孔壓注膠體泥漿。在工作面155#架至176#架后采空區(qū)形成了長約40 m,寬約30 m,高約8 m的膠體隔離帶,有效的堵住了漏風并熄滅了采空區(qū)上部高溫火點。由于4324工作面四鄰采空區(qū),漏風規(guī)律復雜,為了減少上順沿空側(cè)向火區(qū)的漏風,通過上順閉外沿空側(cè)的鉆孔壓注膠體。

在工作面上部高溫火源治理過程中,高溫煙流流經(jīng)切眼、下順槽和中部采空區(qū)匯集到下頭,切眼和工作面中部采空區(qū)較為通暢,高溫煙流僅對切眼和中部浮煤的表面進行了加熱;由于下頭風幛的阻擋,煙流在該處受阻,一部分高溫煙流流經(jīng)下頭采空區(qū)遺留的松散煤柱內(nèi),該處煤體被加熱,可能形成高溫點。因此,對工作面下端頭及下部浮煤進行處理,通過鎖風移閉,將下順閉墻移至工作面下口,在下順內(nèi)側(cè)煤壁內(nèi)施工鉆機窩,從下順密閉外向采空區(qū)下部(1#~30#架后)施工鉆孔12個。打開下順閉墻后,又在工作面下隅角施工鉆孔6個。通過壓注膠體泥漿2 000 m3,下部采空區(qū)得到了有效地處理。

3.4　壓注惰泡

向采空區(qū)壓注惰泡實質(zhì)上是為了降低采空區(qū)頂部煤體的溫度,增加氮氣在采空區(qū)的留存時間,增加采空區(qū)的環(huán)境濕度,起到惰化并熄滅火區(qū)的目的。它彌補了采用單一注氮、注漿措施的不足之處,具有獨特的防滅火性能。主要工藝是利用井上、井下的制氮機產(chǎn)生氮氣,通過注氮管路流經(jīng)泡沫發(fā)生器大量地產(chǎn)生惰氣泡,沿管路壓向采空區(qū),進行防滅火

(見圖2)。

為了處理上下部采空區(qū)的頂部浮煤,9月21日夜班開始通過注氮口和上下部鉆孔向采空區(qū)壓注惰泡,啟封前共向采空區(qū)壓注泡沫發(fā)生劑3 610 kg,形成惰氣泡沫約28 800 m3。

3.5　效果分析

封閉期間O2濃度均在3%以下,火區(qū)的封閉效果好,起到了較好的惰化較果。自9月10日在開始對上端頭施工長鉆孔注膠后,其△c(CO)/△c(O2)、c(C2H4)的變化幅度降低很快,說明了長鉆孔注膠已經(jīng)注到了火源點;但是隨后其變化速度降慢,膠體已不能流到更遠的火區(qū)。隨后對注氮孔和深部鉆孔壓注惰泡,其惰泡的產(chǎn)生量大,可充填性好,能夠?qū)δz體不能到達地點的浮煤進行降溫;下頭閉內(nèi)的烯烷比有較大幅度地降低,說明惰泡擴散范圍大,注惰泡后,△c(CO)/△c(O2)、c(C2H4)也迅速降為0。通過以上氣體分析充分說明:采空區(qū)鉆孔注膠已經(jīng)接觸到了高溫火區(qū),但是由于膠體流動范圍的影響,膠體不能全部熄滅火區(qū),通過壓注惰泡迅速窒熄并撲滅了殘余的高溫區(qū)域,4324火區(qū)得到了有效圖2　壓注惰泡工藝流程圖控制,直至最低熄滅。封閉區(qū)氣體穩(wěn)定1個月后,10月底工作面正常啟封并恢復生產(chǎn)。

4　結(jié)　論

(1)綜合運用調(diào)風均壓、注凝膠、注氮及惰泡等滅火技術,最終實現(xiàn)火區(qū)的“堵漏、降溫、惰化”,達到了預期的滅火效果。

(2)通過指標氣體對火區(qū)進行分析,對判斷火區(qū)的基本狀態(tài),確定各類滅火措施的治理效果及滅火方案的制定調(diào)整提供了科學的依據(jù)。

(3)孤島綜放面四鄰采空區(qū),漏風規(guī)律復雜多變,浮煤自燃危險性增強。為此,必須加強工作面及

鄰近采空區(qū)的氣體監(jiān)測,建立和完善氣體指標體系,及時預報采空區(qū)煤層自燃的征兆。

　　作者簡介:宋先明(1967-),男,現(xiàn)任兗州礦業(yè)集團通防部通風瓦斯科長,工程師,一直從事礦井“一通三防”工作,曾發(fā)表論文10余篇。