浅谈2152综采工作面综合防火技术

[摘 要]随着开采深度的增加，火灾始终是威胁矿井安全生产的重大灾害之一。恒大公司开采的孙家湾煤层、太上煤层、太下煤层经鉴定均属于一类容易自然煤层，防治自然发火是摆在我们面前的主要课题。因此，为有效防治自然发火，杜绝火灾事故，现以2152综采面为例，介绍一下恒大煤业公司综采面开采自燃煤层的综合防火技术。

中图分类号：TD75 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0055-02

第一节 防治自然发火系统说明

一、灌浆系统

1、125材料道2#新立眼→125材料道→2152回顺。2、125材料道2#新立眼→125材料道→2152运顺。

二、注氮系统：

1、地面柱區氮机站DM-500制氮机（8台）→注区Φ159mm立眼→北翼皮带大巷→2132总回风道→-650材料大巷→125材料道→2152运顺尾巷

2、地面柱区氮机站DM-500制氮机（8台）→注区Φ159mm立眼→北翼皮带大巷→2132总回风道→-650材料大巷→125材料道→2152回顺非常门。

三、清水系统：

1、地面选煤厂水源通过副井Φ273清水管路→-650大巷→-650南翼大巷→125材料道→2152运顺→2152工作面。

2、地面选煤厂水源通过副井Φ273清水管路→-650大巷→125材料道→2152回顺→2152工作面。

四、防火非常门设置：

1、在2152回顺（回风道岔口以上5～15米处），设置永久防火非常门两道（间距不小于5米）。

2、在2152运顺（125采区皮带道岔口以里5～15米处），设置永久防火非常门两道（间距不小于5米）。

五、束管监测系统：

1、管路为12芯（16芯备用）束管，管路由地面化验室→副井井筒→-650井底大巷→北翼皮带大巷→125采区皮带道→125采区材料道→2152回顺→2152工作面及瓦斯道束管采样器。（束管采样器位置为：自工作面由上而下的顺序为：上隅角、120号支架、80号支架、40号支架、下隅角，共计5束）。

2、地面设有泵房和化验室，利用泵房内的真空泵作为动力，通过束管管路将采煤工作面老塘内气体抽出，送入到A4085、A5085色谱仪化验，分析各种气体浓度变化情况。

3、根据老塘内 “氧化带”分布步距和范围，及时埋设注氮高顶管，对氧化带注氮防火。

“三带”划分标准

（1）“三带”的划分：

冷却带：氧气含量为17-20%、氧化带：氧气含量为7-17%、窒息带：氧气含量为7%以下

（2）根据老塘内 “氧化带”分布步距和范围，及时埋设运顺尾巷注氮高顶管，对氧化带注氮防火。

4、一氧化碳传感器和温度传感器：在2151回顺（非常门口里侧5米处）设一台温度传感器和一台一氧化碳传感器。

第二节 采煤工作面防治自然发火

一、防火管理

2152综采工作面采空区防火采用以注氮和工作面上、下尾巷垒丝袋闭为主，尾巷注砂段堵漏，老塘预埋管灌浆为辅的防火方法。注氮可添加三项泡沫，两顺煤体松动圈打钻注水、喷洒阻化剂，工作面合理配风，调控瓦斯抽采量等综合防治自然发火方法。

（一）、工作面初期防火

由生产科负责安排队伍在2152开切眼副帮、顶板施工防火钻孔，钻孔深度5米，呈“三花眼”布置，通风队设置专人负责使用6分乙烯管和马丽散封孔；防冲队负责向钻孔注阻化剂和水，在工作面开采前，将切眼副帮及顶板钻孔注透，达到饱和，底板喷洒阻化剂。

（二）、开采期间的防火管理

2152综采工作面采用以注氮防火为主，工作面上、下尾巷垒丝袋闭，由于工作面为俯采面，且落差较大给尾巷注砂段堵漏和老塘预防性防火灌浆带来一定困难，所以尾巷垒丝袋闭时应夹彩条布并注意施工质量。两顺煤体松动圈打钻连续注水、注阻化剂，工作面合理配风，调控瓦斯抽采量等综合防治自然发火的措施。

二、采空区注氮气量计算

1、采空区合理防火注氮流量

（1）按产量计算

其实质就是向采空区注入一定流量的氮气，惰化采煤所形成的空间，使氧气浓度降低到防火惰化指标以下，所需要的注氮流量按下式计算：

QN=〔（A×K）÷（24×р×N1×N2×t）〕×（C1÷C2-1）

=〔（2325.6×1.3）÷（24×1.36×0.9×0.7×1）〕×（0.208÷0.07-1）

=〔3023÷20.6〕×1.97

=289（m3/h）

式中 QN--注氮流量m3/h。

A --平均日产量， 2325.6吨/天；

ρ--煤的密度。t/m3，取1.36t/m3；

N1 --管路输氮效率0.9；

N2 --采空区注氮效率，一般为0.3-0.7。取0.7；

C1 --空气中氧含量，取为20.8%；

C2--采空区防火惰化指标，规程定为7%；

K--备用系数，一般1.3～1.5，取1.3。

t--工作日。取1；

（2）按吨煤注氮量计算

根据国内外氮气防火经验，吨煤需5m3注氮量计算：

Qr =5Ak÷24=（5×2325.6×0.95）÷24=460（m3/h）

式中：QN--注氮流量 m3/h；

A--工作面最大产量，2325.6吨/天；

k--工作面回采率，95%

5--根据国内外经验，每产1t煤，所需防火注氮流量为5m3；

（3）按采空区氧化带内的氧气浓度计算

将采空区氧化带内的原始氧浓度降到防灭火惰化指标以下。

QN=60×QV×k×【（C1-C2）/（CN+C2-1） 】

=60×980/100×1.2×【（12%-7%）/（97%+7%-1） 】

=882（m3/h）

式中：QN--注氮气流量m3/h；

QV--采空区氧化带的漏风量m3/min，Q/100，现取9.8m3/min；

C1--采空区氧化带内的原始氧浓度，7%～17%，取12% ；

C2--氮气防火惰化指标，可取7%；

CN--注入氮气中的氮气浓度，97%；

K--備用系数，取1.2

取三种计算的最大值，工作面防火所需注氮量为882m3/h。

地面氮气站共有DM-500制氮机8台，额定制氮量4000m3/h。实际制氮量2500m3/h，注氮能力满足生产要求。

2、采空区注氮方式

采空区注氮防火采用下隅角老塘开式埋管注氮防火，每间隔15米埋设一趟Ф108mm钢管，钢管接设好顶帽，用弯头及短管挑到下隅角高顶处或顶板最高处，每一趟氮气高顶埋入老塘10米后开始对该趟高顶注氮，并重新预埋下一趟高顶，注氮高顶管及注氮工作如此循环进行，保证高顶管注氮气距离在10m～30m之间。抽采队负责每天对管路进行检查及每周进行流量测量。

三、采空区堵漏

采空区的主要漏风通道有两条，分别为运顺尾巷和回顺尾巷。所以两顺尾巷堵漏对采空区防火至关重要，根据各采面防火经验，加强两顺尾巷的堵漏能够切实降低采空区氧含量，堵漏方法为：

1、两顺尾巷强制放顶

加强两顺尾巷强制放顶工作，在工作面移架前，提前将锚网支护处的网剪断，将锚杆的螺帽及金属梁卸掉，让顶部碎煤掉下，堵塞两顺尾巷漏风通道，当两顺尾巷顶板不能冒下来时，预裂法强制放顶。

2、两顺尾巷砌筑丝袋闭

两顺尾巷每推进2.4m各砌丝袋闭一道，砌丝袋闭时使用彩条布折叠垒砌，巷道周边必须破网，将丝袋闭砌好后塞严塞实。如丝袋闭出现破损立即重新砌好。

砌筑丝袋闭的方法：

1）上尾巷在工作面上端头支架至回顺上帮之间砌丝袋闭，下尾巷在工作面下端头支架至运顺下帮之间砌丝袋闭。丝袋闭紧贴尾梁设置，底板要将浮货出净、找平，丝袋闭厚度不得小于0.8m，要砌平、砌直。

2）装入丝袋内的煤粉及矸粉要尽量为碎货，块的直径不得大于20mm，装货量不得超过丝袋装货量1/2（根据现场实际情况可适量减小）。

3）砌丝袋闭时，运、回顺尾巷帮、顶锚杆的托盘全部卸下，将砌闭位置帮顶金属网剪开、摘除，在丝袋闭砌至接顶处，要用草袋子等将顶板及上帮的缝隙塞严、塞实，保证丝袋闭的施工质量。

四、工作面上、下隅角插针注水、洒水

工作面上、下隅角破碎煤体、顶板浮煤要经常洒水保持湿润，丝袋子闭内及上三角处架间破碎煤体根据现场情况循环插针注水。

五、两顺松动圈防火

1、对两顺巷道顶板及两帮打注水孔，顶眼每隔5米打一排，每排两个，孔深5米；帮眼呈三花眼布置，孔深3米，上排距顶板往下0.8米，与煤帮打仰角呈70°，下排孔距底板往上1.5米，垂直于煤帮布孔，重点观测温度及一氧化碳情况，发现问题，及时对该孔及附近观测孔加强检查及时注水。

2、对两顺各注水孔注水工作循环进行，每班必须有专人进行注水，每孔注水达到周边煤体湿润无高温，如观测孔出现异常，加强对该孔及附近观测孔注水。

3、对两顺压力显现区域及顶板松动圈注水工作列为重点，确保超巷道两帮及顶板煤体全部湿润，如有空白区立即向矿相关领导反映，及时补打注水孔进行注水。

4、如因巷道压力大进行翻棚工作时，对翻棚段必须补打观测孔，补打观测孔要求与打注水孔要求相同，打孔后及时进行注水及检查。

六、老塘埋管灌浆

随着工作面推进，每隔15米，在上下隅角各下一个高顶管，高顶管下好后，由采煤一队打好保护木垛。两顺老塘始终保持2～3趟埋管，定期对埋入老塘高顶管进行预防性灌浆，高顶管埋入45米后报废。根据工作面老塘温度和一氧化碳浓度的变化情况，调整灌浆量，灌浆量及灌浆时间要根据现场情况定，必要时应进行尾巷注砂封闭。

1、灌浆倍线的计算：N=L÷H

N------输送倍线；

L------进浆管口至灌浆地点的距离，米（L=2555米）；

H------进浆管口至灌浆地点的垂高，米（H=850米）。

则，N=L÷H=2555÷850=3.0<7，符合规定。

2、按采空区灌浆计算所需砂量和所需水量：

（1）灌浆所需土量

Q=KMLHC=0.003×2.0×200×15×95%=17.1m3

式中：Q-灌浆所需土量（m3）；

L-灌浆区走向长度200（m），

H1-灌浆区走向长度15m；

M-煤层采高（m），2.0m；

C-采煤回收率（%），95%；

K-灌浆系数，为灌浆材料的固体体积与所需灌浆的采空区容积之比，该系数取3‰。

每管灌浆的实际开土量：Q2=aQ1=1.1×17.1=18.81m3

式中：Q2-每管灌浆所需实际开土量（m3）；a-取土系数，一般取1.1。

总计下高顶数

可采走向500m，埋管距离15m，总计下高顶数500÷15=33.3个，取34个：总计用土量34×18.81=639.54m3

（2）制泥浆用水量

每管制泥浆用水量：Q水=K水Q土S=1.1×18.81×4=82.76m3

式中：Q水-每管灌浆用水量（m3）；

K水-用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，一般取1.1；

S-泥水比的倒数，泥水比根据所要求的泥浆浓度选取，一般1：4。

总计灌浆用水量82.76×34=2831.9m3。

（3）注浆时间计算

按地面消火泵每小时供水90m3计算，总计灌浆时间2831.9÷90=31.2小时。

2152采煤工作面为俯采面，运顺需要设置一条排水沟至125材料道水窝子，在水窝子安设4台大功率排水泵（两使两备），单台水泵每小时排水量100m3，排水能力200m3/h>90m3/h，排水能力满足要求。

第三节 外围巷道防治自燃发火方法

瓦检员使用红外线温度检测仪、检测束管等器具，每班对2151两顺及外围煤巷、高顶、松动圈、防火孔、相关密闭内CH4、CO、CO2、温度进行检测，观测压差计读数。发现温度升高的地点采用洒水降温、打钻孔连续注水、闭内注氮等方法消除隐患。

第四节 防火非常门设置

1、两道非常门间距要大于5米，永久非常门位置要位于距封闭后全负压汇和处不大于15米。非常门要保证非常门从开采到撤除期间完好无损，如需翻设必须先增设临时非常门后方准施工，并要保证永久非常门在三天内完工。

2、非常门封闭所需的水泥、黄土等非常材料严禁缺失，非常门扇大小要合适，既能封闭全断面又利于施工、方便操作。在有非常门扇基础上，非常门门框上方增设防火帘，达到能快速封闭的目的。

3、非常门位置要合理，在采煤工作面设计中要考虑围岩状态，加强非常门位置支护；非常门位置要避开皮带运输机机头、双轨道及串车设备，运输顺槽非常门位置有皮带等运输设备无法避开时，要有快速拆解措施及装置，非常门处备有切割皮带工具。生产期间不得停放车辆等材料设备；即将采终的工作面串车不许影响封闭。

4、非常门垛要用料石或混凝土砌筑，厚度不小于1米，门垛通过管线要有保护措施，门口内不准有管线通过。

5、非常门垛上除正常生产时期使用的管线外，还要增设为封闭工作面而使用的注氮管、束管等。注氮管路采用钢管连接至在封闭后全负压侧，并通过阀门与主干管路连接；束管引到封闭后全负压侧，并具备与地面束管监测系统快速连接的条件。注氮管路、监测束管要有明显标识，并在束管处备用压差计。非常门垛外要安设专用电话，通风员每班进行通话实验，如发现问题及时汇报矿调度，通讯队及时维修，确保通讯畅通

第五节 束管监测系统管理

一、监测束管的布置：

1、为及时准确地掌握老塘气体成份变化情况，准确地划分老塘三带情况。开采前，在切眼埋设束管采样器，经2151回顺引出，与125区材料道主干管路汇接，进行采样化验分析，进入窒息带10米后报废。随工作面推进，工作面每推进40米重新埋设束管采样器，衔接连续化验，随时掌握气体变化情况。

2、埋设束管采样器时采样器要戴好保护罩，回顺束管用2寸铁管作为保护套皮，工作面束管采用Φ38mm或Φ32mm高压胶管作为保护套皮，防止压坏采样器及束管。通风队派专人及时对束管管路巡检，发现问题立即汇报并处理，确保监测数据准确、可靠，每天监测数据结果要及时上报相关领导审阅。

结束语

2152综采工作面采用了高位瓦斯抽采道的方法处理瓦斯。这就对防火工作带来了很大的压力，防火工作异常的困难。尤其是停采前，工作面推進速度缓慢，防火工作的压力可想而知。但是通过采取以上综合防火措施，在此期间工作面并没有出现严重的自燃发火现象，保证了工作面的安全生产，这就说明了上述的综合防火措施是行之有效的保证防治自然发火的综合技术手段。

作者简介

段树青（1969.02.13—），男，满族，籍贯，辽宁省义县，1991年毕业于中国矿业大学采矿工程系矿山通风与安全专业。现任阜新矿业（集团）有限责任公司恒大煤业有限责任公司副经理，职称：通风高级工程师；研究方向：矿井通风与安全。曾参与过集团公司多个矿井的通风系统改造工作。