     摘要：开滦荆各庄矿深部采区3096综采工作面，在综采支架安装后搁置时间过长，造成切眼上顶煤体出现自燃发火隐患。回采过程中受春节主井换罐道影响，需停采一个月以上。本文介绍了这个工作面两次防治煤体自燃发火所采取的综合防灭火措施。 关键词：自然发火防治 前言： 荆各庄矿九煤层为易自燃煤层，自然发火期2个月，建矿至今已累计发生自燃发火80次以上，为高发火矿井。3096综采工作面为荆矿三水平南翼9煤层第二个综采工作面。该工作面从设备安装完毕到回采过程中连续两次实施综合防灭火措施，消灭了自然发火隐患。一是该工作面计划投产前一个月安装完毕，但是由于生产条件变化，实际投产日期又延长了近一个月。切眼上顶煤体暴露氧化时间较长，致使该范围煤体出现了严重的发火征兆，通过实施支架前梁上顶做高位钻窝打钻注水，较好的控制了发火隐患；二是回采期间由于矿井主井更换罐道停产42天，通过实施以新型三项泡沫注浆技术为主的综合防治措施，较好地拟制了采空区煤炭自燃发展，保证了该工作面的春节检修后的正常回采。这两次防治自燃发火的成功为实现荆矿全年的生产和安全目标奠定了基础。 1 该工作面（见图1）走向长度平均393m，由大小面组成。大面长度100m,小面长度50m，大小面沿走向相距92m。煤层平均厚度4.3m，局部厚度达6m以上，工作面沿底板掘进托煤顶开采。该煤层有自然发火倾向性，属易自燃煤层，自然发火期2个月。瓦斯绝对涌出量为2.92m3/min，但该区域瓦斯涌出异常，存在不均衡性。 /P> 为消除开采中可能存在的水患，在本工作面切眼位置开掘了一条泄水巷，用于泄放本区域九煤层的顶板水。此泄水巷沟通了矿井东翼进风与本工作面的回风通路，为工作面采空区防灭火带来了极大困难。 工作面装备支架为G320-13/32，运输机为SGZ-730/320，采煤机为MG-200。其中大面安装支架60组，小面安装支架36组。采煤方法为走向长壁后退式架前放顶煤采煤法，顶板管理全部垮落法。 2 根据河北理工学院和开滦集团共同实施的开滦矿区自然发火规律的研究，通过对荆矿九煤层煤样进行加热燃烧分析后，确定了标志气体如下： （1）70～200℃之间选择CO指标气体作为该温度段内的标准气体。实践也表明只要发现煤体内CO持续存在，并且是不断增加，就是煤炭自燃的可靠象征； （2）180～300℃之间选择C2H4指标气体作为该温度段内的标准气体。在该段温度内用CO、C2H4同时作为标志气体，一旦发现CO含量持续增加，而C2H4气体同时出现，表明自燃已进入激烈氧化阶段； （3）300℃以上选择C2H4/C2H6这一比值作为标志气体。 3 3.1 3096切眼2006年7月22日贯通后，开始对该段巷道进行火检工作，8月8日切眼20m查出一高温点温度达46℃，回水温度35℃，为此对切眼局部有冒高和断层的地点进行了打钻注水处理，并对全切眼进行了注水预湿处理。根据生产衔接安排，9月初切眼开始安装综采支架后，对支架上顶煤体火情检查处理非常困难。2006年11月14日，火检员查出18－19、21－23组支架间有CO，到11月20日，19-20组支架间出现煤油味。表1中的数据即为当时采集的工作面第19组支架上方煤体中的一氧化碳和乙烷气体浓度分析结果，其一氧化碳最大浓度为0.654％，乙烷浓度达到0.3477％。对照标志气体分析，说明煤体中已经产生高温点，煤层已经接近或已发生自燃，证实全工作面范围不同程度出现了剧烈氧化或已发生自燃发火。
表1 3.2 1 2 3 4 3.3 为了控制煤体氧化进一步发展，初期我们采取了继续加强对支架上方煤体高温点插管或打钻注水，在切眼的进风侧实施阻化剂喷雾等措施。由于支架上方留有安装时的木料、金属网等支护材料，使打钻、插管方法都不能达到理想目的，不能有效控制煤层继续氧化。面对这一局面，在研究制定治理方案时提出了两种观点：一种是好多成功的经验都表明在煤层自燃发火初期可以通过快速回采，把高温点甩在老塘内，让其在老塘内缺氧熄灭。另一种观点是由于该工作面在掘进期间瓦斯涌出较大，现在的煤体由于供氧不足，没有形成明火，如果没有将高温点进行彻底的治理，一旦回采后切眼上顶高温煤体在支架出切眼后垮落，受切眼特殊支护条件限制，必然存在大量的空间，给自燃提供了充足的氧气，必然出现明火，进而可能引发瓦斯爆炸的严重后果。最后统一思想：必须先治理后回采。并确定了在打钻注水不能有效控制煤体继续氧化发展时，对工作面采取封闭注二氧化碳灭火措施。 要想治理必须解决如何打钻注水的问题，打钻注水施工方法必须改进，使之更加有效。我们首先提出了沿工作面液压支架尾部掘一条高位巷道提供打钻注水条件，摆脱支架顶部的木料、金属网对打钻的约束。如下图2： 但结合现场实际分析，不具备快速掘进的条件，在组织实施上工期太长，有可能延误治理的最佳时机。随即决定采取在支架前梁上顶做高位钻窝，实施煤电钻快速打钻注水的施工方案。具体方法如图3： 3.4 在确定支架前梁上顶做高位钻窝方案后，积极合理组织人力调配和施工顺序。综采队负责做钻窝，用煤电钻打眼。通风区负责检查注水，并根据检查情况确定需要做钻窝的地点。结合检查情况，先后在大面第19、40、26、44、30、14、35、16、52、47、6、11、56组支架前梁上顶做了13个钻窝，见图4。 表2 通过高位钻窝打钻发现，在19、40组支架范围内上顶煤体自燃发火显现较为明显和突出，煤体温度达到80℃，CO达到0.8％，这两个钻窝钻孔分高、中、底
三层孔，说明煤体氧化范围很大，各个钻窝揭露的发火隐患点较为充分，下面是各钻窝孔内数据前后对比，见表2。通过近20多天的治理，对切眼上顶煤体发火情况基本摸清，并得到了彻底的治理，各项数据表明具备回采的时机。3096工作面于12月6日开始回采。在回采初期每个钻窝预留一条φ10高压胶管20米，保留切眼上顶钻孔在回采10米范围内保持不间断注水，消灭可能存在的残余高温点。从回采过程看，治理效果非常有效，没有发现CO。 4 4.1 1、春节检修工期预定为25天，受施工条件限制，实际工期延长的可能性很大。 2、大面实施放顶煤作业，采空区遗留煤体较少，发火的可能性不大。但大小面间距有93米，而且大面中巷位置还有一泄水巷道与3310贯通，回撤后漏风明显。中运在回采过程中大量使用木料支护，存在漏风通道，发火的可能性也非常大。 3、春节检修期间，停采位置距小面位置仅20米，小面切眼煤体暴露时间长，回采后煤体垮落破碎，自然发火的可能性非常大。小面采空区范围内，受煤体内瓦斯含量大的限制，没有进行放顶煤作业，采空区有大量的破碎煤体，也是发火可疑区域。 4.2 鉴于切眼显现的发火征兆明显，且该区域煤体呈现的易发火煤体特征，在春节检修期间，防灭火的工作就必须放在首位进行管理。本着检修结束后对生产影响最小的指导原则，提出了注三相泡沫为主，封闭注惰性气体为辅，并对停采线支架上顶煤体预湿防火的总体方案。具体实施方案为在风道预埋2趟灌浆管路注三相泡沫，中运及中运和小面的三角区打钻下管注三相泡沫，停采线所有支架上顶采取插管注水。火检员三班对工作面进行火情检查分析。3096风道、下运、中运设置防火门墙，并备足封闭材料。在3048车场设置注惰性气体泵站，并把管路铺设到3096下运，一旦出现不可控发火立即实施封闭注惰性气体灭火。为防止采空区漏风，对3096泄水巷修建双层密闭，中间注罗克休充填封堵漏风，3096在检修期间风量降到6m3/s,降低采面两端的压差保持在50pa左右，减少采空区漏风量及波及范围。 4.3 三相泡沫是由气（氮气或空气）、固（粉煤灰或黄泥等）、液相经发泡而形成的具有一定分散体系的混合体。氮气能有效地固封于三相泡沫之中并下落到火区底部，随泡沫破灭而释放出，充分发挥了氮气的惰化、抑爆作用；三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质，这些固态物质组成三相泡沫面膜的一部分，可在较长时间内保持泡沫的稳定性，泡沫破碎后具有一定粘度的粉煤灰或黄泥仍可较均匀地覆盖于浮煤上，有效地阻碍煤对氧的吸附，防止了煤的氧化，从而遏制煤自燃的进程。上述内容表明三相泡沫具有降温、阻化、惰化、抑爆等综合性防灭火性能。三相泡沫依附于传统的灌浆工艺，与现有的灌浆防灭火技术及材料相比，泥浆通过引入压风发泡后形成三相泡沫，体积大幅快速增加，被注入后能充斥整个破碎煤体区域，因为三相泡沫有很好的堆积性，所以能在破碎煤体中向高处堆积，对低、高处的浮煤都能覆盖，实现对采空区煤体的全部阻化的效果。 4.4 由下图5可以看出，通过对可能发火区域采取灌注三泡沫。在风道预埋到小面切眼口、停采线内7米两趟灌浆管路，并成功实施了中间巷对采空区的套管钻孔。小面切眼灌浆120m3，停采线支架后方灌浆50 m3，中间巷钻孔灌浆80 m3。对支架上顶下管注水，共完成支架上顶注水孔99个，实现了顶煤预湿煤体的效果。从实施效果来看，三相泡沫确实对采空区破碎煤体的阻化效果明显，下面的图6就是我们注三相泡沫现场的实物。从数据上看,3096上角煤体内CO由最大的0.0141％下降到0.002％以下。见图7。在检修工期延长的情况下确保了整个采空区没发生大的自燃发火征兆，没有出现封闭采面的局面。 5 经验教训 5.1 5.2 5.3 5.4 |
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