［摘要］東峽煤礦煤層屬大傾角特厚煤層，礦井火災(zāi)防治是東峽煤礦“一通三防”管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文著重從化學(xué)物理方法防治礦井內(nèi)因火災(zāi)方面，介紹了東峽煤礦特定自然生產(chǎn)條件下綜合防滅火技術(shù)的應(yīng)用情況。

［關(guān)鍵詞］大傾角；易燃煤層；綜合防滅火

1 概述

東峽煤礦開(kāi)拓方式為片盤(pán)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(zhǎng)壁傾斜分層全部跨落法采煤，炮采工作面使用荊芭假項(xiàng)，留設(shè)0.5～0.8m厚的煤皮回采，無(wú)黃泥再生項(xiàng)板。

礦井為低沼氣礦井，沼氣絕對(duì)涌出量1.64m3／min，相對(duì)涌出量為1.93m3/t。煤質(zhì)屬于低灰、低硫、高揮發(fā)份長(zhǎng)焰煤，揮發(fā)份高達(dá)43.5％，煤塵具有強(qiáng)爆炸性，煤層易自燃發(fā)火，自燃發(fā)火期3～6個(gè)月，最短為37d，采用綜合防滅火技術(shù)防治自燃發(fā)火.

礦井通風(fēng)方式為中央并列式，總進(jìn)風(fēng)量為2070m3／min，總回風(fēng)量為2170m3／min，使用BD-II-6NO.16型高效節(jié)能對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)75*2kw，礦井負(fù)壓42mmH2O，有效風(fēng)量率89.4％?；夭晒ぷ髅娌捎靡辉匆粎R的U型通風(fēng)方式。

2 礦井自燃發(fā)火情況

東峽煤礦自燃發(fā)火情況十分嚴(yán)重，自礦井投產(chǎn)后10年，每年有8～10次自燃發(fā)火，近10年因采煤方法的改革和綜合防滅火技術(shù)的深入開(kāi)展，礦井百萬(wàn)噸發(fā)火率明顯減小，平均每年有1～2次的內(nèi)因火災(zāi)。

3防滅火技術(shù)

礦井內(nèi)因火災(zāi)的防治方法，按其原理來(lái)分，有化學(xué)物理方法和技術(shù)物理方法兩種，前者即利用化學(xué)阻化與填充劑，減弱煤的化學(xué)活性或阻止氧與煤作用，減少反應(yīng)面，降低氧化能力，抑制氧化反應(yīng)進(jìn)行，如阻化劑防火，灌漿和注水防滅火等。而后者則是應(yīng)用礦井開(kāi)采技術(shù)知識(shí)，在礦井設(shè)計(jì)、建井和生產(chǎn)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，采取一系列有效的技術(shù)措施，來(lái)控制自燃因素的產(chǎn)生和發(fā)展，以達(dá)到增加礦井先天性的防火能力，如提高回采率和應(yīng)用無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)減少自燃的物質(zhì)基礎(chǔ)；采用先進(jìn)的工藝流程和技術(shù)管理，提高回采速度，減少采空區(qū)自燃帶穩(wěn)定時(shí)間等。

東峽煤礦在積極采取開(kāi)采技術(shù)防滅火措施的同時(shí)，依據(jù)礦井自然條件和開(kāi)采條件，深入開(kāi)展了化學(xué)物理方法進(jìn)行礦井火災(zāi)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(xiàng)主要技術(shù)，在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論是防火還是滅火，都發(fā)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(kāi)采，因煤層項(xiàng)底板較堅(jiān)硬，無(wú)需灌漿生成再生頂板，加之回采工作面采空區(qū)自燃發(fā)火不是特別嚴(yán)重，同時(shí)，因大傾角工作面采空區(qū)注漿時(shí)，漿液在采空區(qū)內(nèi)流動(dòng)情況難以控制，特別是在煤層底板，有起伏變化時(shí)，漿液在采空區(qū)分布不均勻；當(dāng)工作面傾斜長(zhǎng)度大時(shí)，灌漿效果差，并常常發(fā)生泥漿或廢水泄出，流入工作面，使工作面溜子道變?yōu)椤傲魉馈?。因此，東峽煤礦灌漿形式采用采后封閉灌漿，即在工作面回采跨過(guò)上下部進(jìn)回風(fēng)1周內(nèi)，對(duì)石門(mén)進(jìn)行永久封閉，并預(yù)埋好注漿管，當(dāng)工作面推進(jìn)距石門(mén)50～70m時(shí)，及時(shí)向回風(fēng)石門(mén)沿傾斜方向?qū)Σ煽諈^(qū)進(jìn)行灌漿，使其形成沿走向的泥漿帶。如圖1所示：

圖1對(duì)采空區(qū)進(jìn)行灌漿示意圖

3.1.2灌漿滅火

巷道發(fā)火是東峽煤礦礦井主要發(fā)火地點(diǎn)，占總發(fā)火數(shù)的50％以上，而巷道發(fā)火尤以回采工作面進(jìn)風(fēng)石門(mén)端頭及石門(mén)端頭口以里20m范圍的運(yùn)輸溜子道最為嚴(yán)重，如圖2所示：

圖2石門(mén)端頭及溜子道發(fā)火點(diǎn)示意圖

當(dāng)石門(mén)端頭或以里溜子道已經(jīng)出現(xiàn)高溫，冒煙等發(fā)火征兆及形成火區(qū)時(shí)，采用封閉火區(qū)反灌漿法進(jìn)行滅火，如圖3所示，在石門(mén)端頭做一道密閉，然后根據(jù)火區(qū)位置及范圍，在運(yùn)輸機(jī)石門(mén)適當(dāng)位置打鉆注漿。這種滅火方法只要找準(zhǔn)火區(qū)位置，滅火速度相當(dāng)快，大大縮短了影響生產(chǎn)的時(shí)間。

圖3封閉火區(qū)反灌漿滅火

3.2阻化劑預(yù)防采空區(qū)自燃發(fā)火

阻化劑是國(guó)內(nèi)普遍采用的一種防滅火材料，對(duì)其阻化效果的評(píng)價(jià)主要有兩個(gè)指標(biāo)，一是阻化率，二是阻化壽命。東峽煤礦煤質(zhì)屬長(zhǎng)焰低硫煤，自燃發(fā)火期3～6個(gè)月，最短37d，因此阻化劑選用氯化鎂。

東峽煤礦工作面長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般為85～110m，因工作面中段頂板跨落程度好，而上下老塘15m范圍內(nèi)頂板跨落不及時(shí)，空頂距離大，且該地點(diǎn)也是工作面采空區(qū)漏風(fēng)源及漏風(fēng)點(diǎn)，因此其發(fā)火的機(jī)率較大，為了提高阻化劑預(yù)防采空區(qū)自燃發(fā)火的效果和做好重點(diǎn)區(qū)域防范，將移動(dòng)式汽霧阻化設(shè)備安裝在工作面下巷，利用漏風(fēng)將霧化的阻化劑霧氣送入采空區(qū)。其優(yōu)點(diǎn)是，阻化劑的霧粒能隨漏風(fēng)深入采空區(qū)內(nèi)部，在漏風(fēng)范圍內(nèi)阻化劑分布均勻，能夠使采空區(qū)在較長(zhǎng)時(shí)間保持空氣溫度，因而具有較好的阻化效果；同時(shí)噴霧點(diǎn)在下老塘，沉落的大量阻化劑對(duì)工作面下老塘的自燃發(fā)火做到了重點(diǎn)防范。

東峽煤礦這種工藝方法施工組織簡(jiǎn)單，防滅火成本低，突出重點(diǎn)，防滅火效果良好。

3.3注氮防滅火

東峽煤礦由于防滅火方法和手段比較單一，防滅火裝備相對(duì)落后，并受灌漿土源不足的限制，工作面跨石門(mén)灌漿防滅火在一定程度上受到限制，加之礦井開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工作面的接替速度相當(dāng)快，給工作面分層開(kāi)采防治自燃發(fā)火帶來(lái)更大的困難。此外，由于礦井綜采放項(xiàng)煤開(kāi)采方法的實(shí)現(xiàn)，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系統(tǒng)。

東峽煤礦通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)各種注氮設(shè)備技術(shù)性能參數(shù)比較分析，結(jié)合開(kāi)采水平下移速度快的特點(diǎn)，選用井下移動(dòng)式變壓吸符碳分子篩注氮機(jī)。

3.3.1采空區(qū)注氮防火

工作面采空區(qū)注氮防火的關(guān)鍵技術(shù)在于準(zhǔn)確測(cè)定工作面采空區(qū)“三帶”分布，合理確定注氮參數(shù)和注氮工藝，及時(shí)掌握注氮時(shí)機(jī)，將采空區(qū)自燃發(fā)火消除在萌芽狀態(tài)。

東峽煤礦注氮方式選用非連續(xù)性注氮，即待采空區(qū)出現(xiàn)自燃發(fā)火征兆后再向采空區(qū)注氮。這主要源于東峽煤礦火災(zāi)柬管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可靠，能及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行自燃早期預(yù)報(bào)，根據(jù)歷年發(fā)火統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，回采工作面采空區(qū)發(fā)火率較小，綜采面推進(jìn)速度較快，因此采用非連續(xù)性注氮方式。

（1）注氮參數(shù)選擇 ①注氮方法根據(jù)巷道布置方式，回采工作面采空區(qū)采用鉆孔注氮的局限性較大，不易實(shí)現(xiàn)，故采用壓管注氮方法，即注氮管口由進(jìn)風(fēng)順槽壓埋在采空區(qū)，借助漏風(fēng)將注入的氮?dú)馍⒉荚诓煽諈^(qū)內(nèi)。 ②注氮口的位置注氮口位置選擇至關(guān)重要，依據(jù)對(duì)綜采面特定條件下的采區(qū)“三帶”測(cè)定結(jié)果，采空區(qū)漏風(fēng)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，即選在距工作面煤壁30m處。 ③埋管布置、移動(dòng)方式工作面注氮管路布置如圖4所示。
圖4工作面注氮管路布置由注氮方式、注氮方法的選擇確定：注氮管由工作面進(jìn)風(fēng)順槽接至采空區(qū)25m深處，采空區(qū)外露出的鋼管為15m并隨工作面的前移，在鋼管的進(jìn)氣口端焊上拉鉤，用進(jìn)風(fēng)順槽的回柱絞車(chē)將采空區(qū)埋管拖動(dòng)前移，始終保持鋼管出氣口距工作面煤壁25m，保證注氮口位于采空區(qū)氧化帶中心部位，待注氮時(shí)機(jī)成熟時(shí)，接通注氮管路向采空區(qū)注入氮?dú)膺M(jìn)行滅火。由于拖管壓在采空區(qū)的深度較長(zhǎng)，用回柱絞車(chē)?yán)瓌?dòng)拖管時(shí)，因壓力較大，很可能拉斷拖管。因此拖管需采用厚壁優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管，考慮到氮?dú)廨斔退俣?，可用?9mm，壁厚為10mm的無(wú)縫鋼管，其連接處為便于拖動(dòng)，采取直接焊接，不可用法蘭盤(pán)連接。 ④注氮強(qiáng)度按采空區(qū)防火時(shí)氧化帶惰化氧含量計(jì)算，為326.4m3/h。

（2）防火注氮時(shí)機(jī)

綜采注氮防滅火系統(tǒng)的建立，為礦井火災(zāi)防治提供有力的物質(zhì)保障，而非連續(xù)性注氮防滅火的關(guān)鍵是注氮時(shí)機(jī)的準(zhǔn)確判斷，即如何及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，預(yù)報(bào)采空區(qū)自燃發(fā)火的信息，盡早實(shí)施注氮防滅火措施，把火災(zāi)消除在萌芽狀態(tài)。

在火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面有著較為先進(jìn)的設(shè)備和成熟的經(jīng)驗(yàn)，特別是火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在火災(zāi)防治方面發(fā)揮了巨大作用。因此對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步改造完善，充分利用該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)回采工作面及采空區(qū)等地點(diǎn)的氣體成分等，特別是一些火災(zāi)指標(biāo)氣體，進(jìn)行注氮時(shí)機(jī)成熟與否的判斷。根據(jù)煤層自燃發(fā)火的特點(diǎn)及火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)，確定以下防火注氮時(shí)機(jī)：

①人體生理感覺(jué)。主要指嗅覺(jué)、視覺(jué)和感覺(jué)。 ②指標(biāo)氣體。一當(dāng)工作面下隅角和回風(fēng)流出現(xiàn)CO氣體，其含量向上遞增，達(dá)到60PPm時(shí)，必須立即注氮。 ③當(dāng)工作面在回采過(guò)程中，未達(dá)到正常每天少于2.4推進(jìn)速度時(shí)，必須及時(shí)注氮，直到推進(jìn)速度正常。 ④工作面測(cè)溫地點(diǎn)溫度高于進(jìn)風(fēng)風(fēng)流溫度5～10℃；放煤溫度高于30℃時(shí)必須立即注氮。

（3）注氮終結(jié)

按氧化帶氧含量惰化指標(biāo)為7％，最大注氮量400m3/h計(jì)算，則最少注氮時(shí)間按下式計(jì)算：

Qn=QC1/C2—Q

式中Qn為惰化采空區(qū)氧化帶的注氮量；C1為采空區(qū)氧化帶平均氧含量，取15％；C2為采空區(qū)氧化帶防火惰化指標(biāo)，為7％；Q為氧化帶體積。

Q=氧化帶寬度×工作面長(zhǎng)度×采高×采空區(qū)密實(shí)系數(shù)

=30×100×3.4×0.7=7140m3

則QN=8160m3

制氮機(jī)最大流量為400m3/h，則每次惰化采空區(qū)氧化帶至少需要時(shí)間t=Qn/Qmax=8160／400=21h。

3.3.2注氮滅火

礦井火災(zāi)的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，火災(zāi)發(fā)生的原因不同，地點(diǎn)不同，發(fā)火嚴(yán)重程度不同，注氮滅火的方法也不同。

結(jié)合礦井自燃發(fā)火的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)注氮滅火技術(shù)，注氮滅火采取以下幾種方法。

（1）巷道目標(biāo)注氮滅火

當(dāng)工作面巷道在掘進(jìn)過(guò)程中有穿層穿入上分層采空區(qū)，或在回采過(guò)程中形成高冒區(qū)而形成自燃發(fā)火時(shí)，若火源位置能夠準(zhǔn)確判定，為了不影響生產(chǎn)，可以不進(jìn)行封閉巷道，直接向火源打鉆注氮，氮?dú)忉尫趴陔x火源目標(biāo)的距離不超過(guò)5m，注氮量為200～400m3/h，注氮時(shí)間一般為1～3d。

（2）巷道封閉注氮

根據(jù)多年來(lái)自燃發(fā)火情況統(tǒng)計(jì)來(lái)看，巷道發(fā)火占發(fā)火次數(shù)的60％以上，而石門(mén)端頭自燃發(fā)火則占巷道發(fā)火的90％以上。因此當(dāng)石門(mén)端頭出現(xiàn)自燃發(fā)火時(shí)，可采用封閉注氮的方法滅火。即在石門(mén)端頭做一道磚密閉，在墻體中上部預(yù)插注氮管，在上部插好氣體監(jiān)測(cè)管和水柱計(jì)，以便進(jìn)行注氮后火區(qū)氣體的檢測(cè)分析，判明火區(qū)是否熄滅。

（3）回采工作面封閉注氮

當(dāng)回采工作面采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在采取措施不能消除，且采空區(qū)火勢(shì)有擴(kuò)大到工作面的趨勢(shì)，必須立即對(duì)回采工作面進(jìn)行臨時(shí)封閉，進(jìn)行注氮滅火。即在超前工作面5m處的上下順槽，分別做一座磚密閉或板密閉。(并用黃泥抹面，減少漏風(fēng))封閉工作面，再利用采空區(qū)防火埋管以最大流量向工作面采空區(qū)注氮，迅速降低火勢(shì)，窒熄明火，大流量注氮一般為2～3d，然后降低流量，以250～400m3／h的流量維持注氮。當(dāng)火區(qū)CO含量降低0.001％以下，回風(fēng)密閉O2含量降低5％以下，溫度為常溫時(shí)，可停止觀(guān)察2d，如無(wú)變化，則可打開(kāi)密閉恢復(fù)生產(chǎn)，加快推進(jìn)速度，邊生產(chǎn)邊利用埋管繼續(xù)注氮，將火源點(diǎn)甩到窒熄帶。

注氮滅火因其發(fā)生地點(diǎn)不同，火勢(shì)大小不一，注氮參數(shù)的選擇也會(huì)因此發(fā)生變化。因而，在采取注氮滅火時(shí)，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定滅火措施，明確注氮參數(shù)，選擇注氮方式、方法、注氮強(qiáng)度、注氮口位置、注氮終結(jié)時(shí)間等。

4 結(jié)語(yǔ)

礦井防滅火是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它需要從礦井開(kāi)拓開(kāi)采技術(shù)、工作面回采工藝、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)及防滅火方式方法等多方面著手，采取綜合防治措施，方可確保礦井防滅火需要。同時(shí)，礦井火災(zāi)防治工作，必須緊跟科技進(jìn)步，不斷引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備、新材料和新工藝，增加礦井防滅火管理的技術(shù)含量。東峽煤礦自開(kāi)展綜合防滅火技術(shù)以來(lái)，礦井自燃發(fā)火率明顯下降，確保了礦井安全和正常生產(chǎn)，自礦井投產(chǎn)以來(lái)，未發(fā)生火災(zāi)事故，保障了職工生命安全，維護(hù)了企業(yè)良好的社會(huì)形象。

［作者簡(jiǎn)介］楊明、（1966--）男，甘肅定西人，高級(jí)工程師，現(xiàn)任甘肅華亭煤電份公司東峽煤礦副礦長(zhǎng)，總工程師。