防治泛采空區自燃發火的實踐

張純如 夏新苗

【摘 要】本文通過對12013采煤工作面的發火原因分析，較全面的闡述了泛采空區的發火原因及防治措施和措施的實施規程；并簡要的介紹了這些綜合防滅火方法及其取得的效果。本文對綜合機械化采煤工作面及類似工作面的防治煤炭自然發火具有很強的借鑒意義。
【關鍵詞】防治 泛采空區 自燃發火 實踐

1、概述
謝橋礦位于安徽穎上縣境內，設計年產量400萬噸，1997年投產，后經技術改造生產能力提升到700萬噸；井田面積49km2，礦井通風系統為兩翼對角式通風。
井田內含煤31層，13－1，8，4－2，1煤為主可采煤層，屬自燃或易自燃煤層，自然發火期為3－6個月。局部地段如地質構造帶附近及高冒點等處發火期僅20天左右；在13－1煤層開采過程中呈出現局部冒煙的事故，因此該礦防火任務十分繁重。

2、12013工作面概況
12013工作面為13－1煤層西一采區東翼零階段，屬提高上限回采；回風順槽煤層地板標高為－391.8～401.8m,運輸順槽煤層頂板標高為－416～423.9m,西起西翼13－1采區軌道上山，東至F10斷層，走向842m，傾斜長93.7m；平均煤厚4.38m；傾角平均13.5度；平均采高2.6m其南邊界12113已回采完畢。12013與12113采空區之間及12113與12213采空區之間分別有4m煤柱隔開，在這兩個煤柱內有小絞車窩及其他小硐室存在。（12013、12113、12213之間的關系見圖1）
該工作面安裝支架62架，割煤機截割深度為600mm。
該面原設計為綜合放頂煤開采工作面，后因回風順槽及進風順槽巷道受壓變形嚴重等原因，雖安裝的是綜合放頂煤開采支架，但未安裝后部放煤刮板機，實際仍是普通機械化開采。該面于2004年12月開始回采。至目前沿走向剩余200m左右。
3、CO變化發展過程
如圖2所示，該變化曲線是依據該面2月至4月份的數據（見下表）所繪制。該面回采初次放頂結束后，至2月23日上隅角CO 數值在24～60ppm之間，而支架之間2月6日前CO小于40ppm，2月7日出現一次為100ppm；而從2月21日CO開始大幅度的迅速的上升，3月3日達到頂峰280ppm；此后開始下降，3月6日至3月11日CO穩定在80ppm以下。3月12開始反彈至第二高峰160ppm，然后開始回落，3月25日為12ppm，而后又出現一次小幅反彈，至4月1日CO完全消失。整個過程中上隅角CO變化趨勢與架間CO變化趨勢大體一致。

4、防治自燃發火所采取的措施
4．1、在2月21日以前，采用傳統埋管注黃泥漿，埋管為間歇邁步式壓茬埋管，出口間距15～20m，當下一出口埋入采空區5～10m時，甩開前一出口相連的注漿管路；黃泥漿水土比為5：1。同時還采取加強觀測措施，每天三班檢測上隅角CO值,并每周普查架間CO值以及取樣實驗室化相關氣體成分。
4．2、2月21日后采取了以下措施
4．2．1、在進風順槽埋管注氮，注氮管管經為80mm，干管上每隔15m安設一個支管。注氮量為550m3/min,注氮濃度大于97％，支管進入5m后打開支管閘閥注氮。
4．2．2、減少工作面的供風量。將工作面的供風量由原來的1100m3/min降到800m3/min。通過減少工作面的供風量，從而減少采空區的漏風量，進而減少火消除采空區自燃必須的要素－氧氣。
4．2．3、上、下隅角用抗靜電、阻燃膠絲袋裝煤矸等進行充填，并沿工作面的傾斜方向懸掛風障，盡可能的減少向采空區的漏風。
4．2．4、工作面的架間及后部刮板機道灑黃泥漿，充分濕潤、包裹破碎的落煤，隔斷與氧的接觸，并對破碎的落煤進行降溫。
4．2．5、打鉆注漿。從回風順槽向工作面中、上部的頂板打鉆孔，通過鉆孔向工作面的頂部及架后施注黃泥漿。鉆孔的開孔及終孔位置，應根據工作面的條件來確定。
4．2．6、3月22日用新型防火材料對12013下部相鄰的12113、12213采空區的封閉墻進行強化封閉堵漏（這些封閉墻在處理前漏風較嚴重），2月23日封閉完畢。
4．3、在工作面于3月27日至4月2日因主井換繩停采期間所采區取的措施
4．3．1、3月27日開始利用地面灌漿管路送黃泥漿至該面回風巷，然后在井下用專門的設備向灌漿管路中添加化學材料在采空區內形成復合膠體，以形成隔離帶。阻止采空區深部的高溫點或火點向外延伸或蔓延。但因技術掌握不夠而不成功，漿液從工作面的下部流出，未形成膠體，也沒能在采空區形成隔離帶。
4．3．2、進一步減風。將工作面供給的風量減至500m3/mim。4．3．3、架間堵漏風。3月28日用新型材料（艾格勞內）對架間進行噴涂，將架間縫隙封閉，從而減 少架間向采空區的漏風。
該新型材料為HOCK-WEBER公司生產的羅克休泡沫和艾格勞尼。這兩種材料均具有不延燃，高膨脹率的特點，。羅克休泡沫還具有2kg～2.5kg的承壓能力，是一種簡便、快捷的堵漏風的材料。而且設備操作簡單。
本次架間堵漏風采用的是艾格勞尼，而封閉墻堵漏風采用的是羅克休泡沫。

5、CO變化分析及措施的有效性
5．1、12013工作面初次放頂后至高濃度CO出現，CO一直隨著工作面的推進而存在，在其他13－1煤層工作面也有類似情況，13－1煤有低溫氧化的性質。同時該工作面因跟底回采，采空區留有大量的破碎的落煤，為發火提供了充足的物質條件。再者該工作面是提高上限回采，接近露頭煤，煤層更具有易自然性。所以在2月21日前，僅采用了傳統的常規的防火措施，即埋管注漿及觀測。
5．2、2月21日架間CO濃度達105ppm，22日CO濃度達140ppm。此前該工作面于3月9日因刮板機的鏈條斷而停采4天，而這之前工作面的推進度為7－9刀，因此分析認為，CO濃度的驟然升高是由于工作面的停采引起，故此在工作面的防火措施上，采用了注氮、架間灑漿、架間注防火材料、以及上、下隅角堵漏、減風等措施。這些措施的采取取得了一定的效果，延緩了發火的進程。但沒能根本上消除CO, CO仍有反復。此間，由于工作面的大量注漿，使得工作面下出口底板受水變軟，而影響了轉載機的行進，從而減少了工作面的推進度，由以前的7－9刀，降到5刀以下。
5．3鑒于上述諸多措施的采用，雖然取得了一定的成效，但CO濃度仍有反復的情況，如果是12013工作面的后方采空區內存在發火點或高溫點，上述眾多措施的采用應該有明顯的效果。所以分析認為，該面的CO的出現很可能是其下部相鄰的采空區存在發火點或高溫點。具體原因是：
5．3．1、2月7日架間出現CO濃度達100ppm值即已經反映出，工作面CO異常，因為該工作面直到2月7日一直是快速推進的，在這種情況下即使由于該工作面如前分析的那樣存在易產生CO的特性，也不應該出現高濃度的CO。此一高濃度的CO的出現已經表明，工作面出現了異常情況。
5．3．2 、 12013與12113之間以及12113與12213之間分別只有僅4m煤柱相隔，在煤柱內還有小絞車窩其他硐室存在。工作面回采后，煤柱受壓變形、疏松，而導致采空區相連形成一個泛采空區。事實上，12113工作面進風順槽掘進至開切眼位置時已經與12213工作面的采空區溝通。而之所以在12113工作面的回采過程中沒有出現高濃度的CO，原因是12213的采空區及12113工作面后方的采空區形成的時間較短。
5．3．3、當2月21日出現架間CO濃度達105ppm后的22日現場檢查發現上隅角的瓦斯濃度達3％，對于12013工作面來說是一種異常情況。因為該工作面煤層的瓦斯含量低，上隅角瓦斯濃度一直在1％以下。出現了高濃度瓦斯可能說明，瓦斯不是12113本身工作面的，而是來自鄰近采空區。既然瓦斯來源于相鄰的采空區，則CO也可能來自相鄰的采空區。
5．3．4、經查12013相鄰的采空區12113及12213的封閉墻均存在漏風情況。此為采空區的發火提供了必要的物質因素——氧氣。
5．3．5、當3月23日采用新型堵漏風材料（羅克休泡沫）對12113、12213采空區的封閉墻強化封閉堵漏后，12013工作面架間及上隅角的CO濃度明顯下降，雖有波動，但波動不大。此后雖經3月26日至4月2日歷時7天的停采，CO沒有上升，反而至4月1日完全消失。4月3日恢復生產后，日進尺達10刀以上。即使在4月10日后因過斷層日進度在5刀以下的情況下，也沒再出現CO 。

6、結論與啟示
6．1、結論：對于12013工作面在日進7刀及以上的情況下，工作面不會出現CO。該工作面的CO來源于其相鄰的12113、12213采空區。
6．2、啟示：
6．2．1、如有相鄰的采空區存在時，防滅火灌注應同時考慮關聯區域；近距離煤層群開采時，應考慮鄰近層的煤層及采空區的防滅火問題。
6．2．2、采煤工作面回采完畢封閉時，要確保封閉質量，封閉墻不漏風。
6．2．3、當工作面CO濃度異常升高時，要及時采取綜合防滅火措施，千萬要避免CO繼續升高。
6．2．4、當工作面CO濃度升高并伴有瓦斯濃度或涌出量升高時，往往是自燃已經發展到一定程度的征兆。這時必須采取有效的方滅火措施。否則火災隱患或高溫點將會發展為火災。
6．2．5、當工作面CO濃度升高后，要進一步加強工作面架間及上隅角CO檢測，有瓦斯抽放的工作面要加強抽放管路中的CO 、溫度檢測。
6．2．6、在本案中雖然前期的防滅火措施的效果不夠徹底，但這些措施延緩了發火的進程，為后期防滅火措施的采取贏得了時間。應該說，由于目前對于發火點或高溫點的檢測手段有限，因此發火點或高溫點的確定難以定位，這樣導致防滅火措施的針對性就比較差，所以在日常的防火工作中及處理隱患的時候要采取綜合措施。

作者簡介：
張純如（1965— ），男，高級工程師，1998年畢業于安徽理工大學采礦系礦山安全與通風專業，現任淮南礦業集團公司謝橋煤礦總工程師。