麻家梁矿14101 工作面回采期间防灭火技术研究

邓 振 宇

（山西煤炭运销集团蒲县昊兴塬煤业有限公司，山西 临汾041200）

1 工程概况

麻家梁矿开采4#、5#、6#、7上#、7下#与9#煤层，矿井绝对、相对瓦斯涌出量为3.82m3/min、1.63m3/t。矿井初采煤层为4#煤，平均厚7.42m，属自燃煤层，自然发火周期为58d，与5#煤间距为8～10m。14101工作面为矿区首采工作面，走向长为1 760m，倾向长204m，倾角1°～3°之间。

4#煤顶板泥岩、K5 砂岩为主，底板为泥岩，14101 综放工作面开采4#煤，采放比为1：1.8，采用U 型通风方式，即为胶带顺槽进风，辅运顺槽回风。采面采用综放开采时采空区空间大、遗煤量多，煤层自燃发火压力较大[1]。

2 采面回采初期综合防灭火技术

2.1 建立束管监测系统

煤层自燃发火经历潜伏期、自热期和发火燃烧期，各阶段对应的气体浓度与温度具有较为明显的变化，因此，建立完备的监测机制，对发生自燃火灾的标志性气体的含量变化进行实时追踪，及时预测气体温度变化，是矿井预防火灾的重要基础[2]，为有效防止煤层自燃现象，14101 综放工作面现配备KSS-200 型管监测系统，具体布置见图1。

14101 综放工作面监测系统共布置7 个束管测点，辅运顺槽内安设4 趟抽气管路，布置1-4#测点，其中，1-3#测点布置在采空区侧，各测点间距为50m，3#测点距离工作面切眼位置为150m，4#测点布置在上隅角位置；胶带顺槽安设4 趟抽气管路，每隔50m 布置一个测点，测点编号为5-7#，均在采空区内，在7 个测点上安装采样器，通过气相色谱仪对采空区内O2、N2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、等气体的浓度进行分析，14101 工作面束管测点布置示意如图2 所示。

2.2 合理控制风量

14101 工作面正常回采期间，工作面风量在1 600m3/min 左右，2020 年5 月中旬至6 月中旬期间，工作面受断层影响，推进受阻，在保持原供风量的情况下，采空区漏风量增加，自燃三带前移，采空区CO 浓度与遗煤温度持续增加，监测数据表明，工作面回采期间，CO 最大浓度高达160×10-6，采空区自燃发火威胁较高，针对此现象，对14101 综放工作面风量进行及时调整，分阶段式地将工作面进风量降低至1000m3/min，降低采空区遗煤温度、CO 浓度，束管监测显示，采空区内CO 浓度降低并维持在80×10-6左右，上隅角CO 浓度稳定在21×10-6左右，14101工作面采空区CO 气体浓度变化情况如图3 所示。

图2 14101 工作面束管测点布置示意图

图3 采空区CO 浓度监测结果

2.3 采空区注氮防灭火

惰性气体能够有效隔绝煤体表层与空气的接触面积，降低采空区内氧气的含量，起到良好的防灭火效果，为有效抑制采空区内遗煤自燃[3-4]，14101综放工作面通过对采空区24h 不间断注氮进行防灭火管理，14101 工作面所需注氮量为204m3/h，矿井地面建有制氮车间，配备PSA97-3000 型制氮机，制氮机制氮能力为3 000m3/h，制氮纯度为97%，氮气输送管路由主井铺设至井底，经运输大巷、胶带顺槽进入采空区，14101 工作面采用迈步式埋管注氮工艺，在胶带顺槽巷帮底部沿采空区埋设4 寸钢丝缠绕软管，每循环管路50m，与主注氮管路用法兰连接。工作面回采时，埋入1 趟管路进入采空区20～30m 开始进行注氮，并埋第2 趟管路；第2 趟管路进入采空区20～30m 后，拆除第1 管路同时开始注氮。如此循环往复，至工作面采完为止。14101 工作面埋管注氮管路布置示意如图4 所示。

2.4 喷洒阻化剂

图4 14101 工作面埋管注氮管路布置示意图

对煤壁、采空区内浮煤喷洒阻化剂降低遗煤自燃发火，14101 工作面采用移动式气雾阻化工艺，在工作面胶带顺槽进风隅角处安装雾化喷嘴，在采面通风作用下将阻化剂喷洒至采空区遗煤上，实现采空区防灭火。在14101 工作面胶带顺槽串车上安装阻化剂药箱，配备规格为BPW-360/16A 的阻化泵，通过专用管路、专用雾化器将阻化液喷洒至采空区。阻化剂选用浓度为12%的工业MgCl2溶液，溶液密度为1.05t/m3，根据14104 工作面开采情况，设计每日所需阻化剂的用量为0.5t。1 工作面正常回采期间，每日对采空区进行多点连续喷雾，工作面停采或受地质构造影响推进缓慢时期，由于采空区漏风量增加，遗煤易发生自燃，需适当增加喷雾量与喷雾次数，防止遗煤自燃威胁[5]。14101 工作面气雾阻化系统示意如图5 所示。

图5 14101 工作面气雾阻化系统示意图

2.5 端头封堵

采空区漏风、氮气溢出是造成遗煤氧化升温与上隅角低氧现象的主要因素，因此，为降低采空区漏风量，14101 综放工作面采用端头封堵工艺进行采空区防灭火治理，随采面回采，每隔30m 在两顺槽上构筑一道封堵墙，墙体厚1.5m，材质为砖块+粉煤灰+水泥。封堵墙砌筑时应与巷道顶板接触密实，并用粉煤灰、水泥封堵裂隙。具体14101 工作面顺槽端头封堵示意如图6 所示。

3 结 语

综放工作面采空区范围广、空间大，顶煤冒落强度高，残留遗煤多，工作面防火压力较大，是影响煤矿安全生产的重大威胁，为有效消除矿井火灾隐患，提高工作面生产安全，麻家梁矿14101 综放工作面建立束管监测系统，通过合理控制风量、对采空区注氮、喷洒阻化剂以及施工端头封堵等综合技术控制煤层自燃，实践表明，该工艺能够有效降低采空区、上隅角CO 气体浓度，消除煤层自燃发火隐患，确保矿井安全生产。

图6 14101 工作面顺槽端头封堵示意图