孤岛综放工作面自燃火灾的综合治理

宋先明

(兖州矿业集团公司,山东邹城273500)

摘　要:在系统分析兴隆庄4324孤岛综放工作面遗煤特点、煤体跨落特征及漏风规律的基础上,判定火源点的具体位置,并运用注胶、注氮、注惰泡、均压等防灭火技术对高温区域进行综合治理。利用指标气体对治理效果进行分析,确保火区成功启封,保障了矿井的生产安全。

关键词:孤岛综放面;自燃;灭火

中图分类号:TD75+2.2　　　文献标识码:B　　　文章编号:1003-496X(2006)02-0019-03

1　火区概况

兖州矿业集团兴隆庄矿4324综放工作面位于四采区下部,上邻4322综放面采空区,下邻4326综放面采空区,为“孤岛”综放面(见图1),

煤层自然发火期3~6个月,最短发火期32 d。工作面倾斜长277 m,走向长1 589 m,煤层平均厚度8.45 m,设计配风量为1 100 m3/min。综放面切眼于2003年1月掘出,6月份设备安装完毕,7月12日调试设备,7月14日试生产,到7月17日推进10 m后停止。8月13日开始正常生产,到8月17日中班共推进20m,累计推进30 m。

　　由于工作面在7月14日-7月17日推进过程中无法放顶煤,大量的浮煤丢在采空区,为采空区浮煤自燃埋下了隐患。同时,工作面推进距离短,顶煤跨落不充分,切眼与上下顺槽构成了良好的漏风通道,使得切眼处浮煤具有较好的氧化升温的条件,浮煤自燃危险性增强。

8月13日-17日恢复生产,采空区漏风强度增强,自燃进一步发展。8月17日晚22:00,发现60#支架前有大量烟雾涌出,架间风流中CO最高浓度110×10-6;回风流中有少许烟雾,CO浓度为80×10-6,煤出现自然发火征兆。通过采取高压注水、在上隅角建板帐等措施,架间CO浓度有所下降,烟雾稍小。

根据现场情况分析初步判定:火源点位于4234工作面采空区开切眼附近,距工作面煤壁深约30~40 m,火点附近浮煤厚达6 m,火点位置高。由于工作面推进距离小,采空区漏风强度较大,火势发展速度快,火区治理难度大。火区治理主要是分为开放式火区治理和封闭灭火两个阶段,初期主要采取控制漏风,注胶灭火,注氮惰化采空区相结合的主要灭火措施,控制采空区火势的发展。封闭期间主要采取均压措施降低工作面上下头两侧风压差,注氮惰化采空区,注惰泡和胶体泥浆直接充填采空区并对火区降温等综合治理措施。

2　开放式火区治理

2.1　封堵漏风

封堵漏风主要是堵住工作面向采空区的主要漏风通道:

(1)封堵工作面进风端头,挂风帘、打砂袋闭和板闭、喷艾格劳尼。

(2)进风端头施工短钻孔注胶体泥浆,封堵漏风通道。

(3)工作面上部向架后施短钻孔,压注胶体泥浆,进一步封堵工作同漏风通道。以上封堵工作完成后,工作面烟雾消失。

2.2　注胶体和惰气灭火

为了熄灭采空区切眼上部的高温火点,在上顺向采空区施工28 m和20 m钻孔各一个,工作面上部架间施工短钻孔,通过这些钻孔向采空区注入胶体泥浆。在上部采空区形成胶体隔离带,减少工作面向采空区的漏风,通过胶体泥浆的灭火性能控制和熄灭高温火源。

在封堵工作完成后,开始利用地面固定注氮机和井下移动式注氮机同时向采空区注氮,惰化采空区,抑制火势发展,封闭前共注入氮气69 962 m3。

2.3　效果分析

为了解封闭前火区治理效果及其发展状况,主要对封闭前的O2、C2H4/C2H6、CO等指标气体变化情况进行综合分析。

工作面上部喷艾格劳尼、注胶封堵后,火区漏风量减少,烯烷比迅速下降,CO浓度基本不变,表明火区得到了有效的抑制;在工作面注氮初期,注氮造成采空区风流流动增强,烯烷比上升,火势又有所发展,在工作面上头针对危险区域深孔注胶后,烯烷比由0.266持续下降至0.172,CO浓度由570×10-6降至320×10-6,效果明显,说明上部深孔注胶已接近火区;然而,随后注浆将工作面上头的胶体隔离带冲开后,采空区漏风增强,火势急剧发展,CO浓度上升超过10 000×10-6,烯烷比已达到1.2,煤层自燃已到达了剧燃阶段,立即对工作面进行封闭,实施封闭灭火。封闭后继续进行注氮、注胶灭火,烯烷比和CO等火灾指标迅速下降,火区O2浓度降低,火区得到了有效的控制。

3　封闭灭火

3.1　均　压

封闭期间,为了降低上下头两侧风压差,减少向封闭区漏风供氧,使火源缺氧窒熄。因此,对4324工作面上下头实施均压措施,将上下头之间的风压差由封闭前的170 Pa减少到35 Pa。同时,制定了稳定通风系统的措施,有效减少了封闭区的漏风。

3.2　注氮惰化采空区

工作面封闭后,随即向封闭区注氮惰化采空区。在封闭期间,共向火区注入N2约99.6万m3,使火区内的O2浓度一直保持在3%以下,有效地抑制了火势的发展。

3.3　压注胶体泥浆

为了熄灭上部采空区内的高温火点,在上顺闭外对155#架至176#架后采空区施工了8个长钻孔,通过钻孔压注胶体泥浆。在工作面155#架至176#架后采空区形成了长约40 m,宽约30 m,高约8 m的胶体隔离带,有效的堵住了漏风并熄灭了采空区上部高温火点。由于4324工作面四邻采空区,漏风规律复杂,为了减少上顺沿空侧向火区的漏风,通过上顺闭外沿空侧的钻孔压注胶体。

在工作面上部高温火源治理过程中,高温烟流流经切眼、下顺槽和中部采空区汇集到下头,切眼和工作面中部采空区较为通畅,高温烟流仅对切眼和中部浮煤的表面进行了加热;由于下头风幛的阻挡,烟流在该处受阻,一部分高温烟流流经下头采空区遗留的松散煤柱内,该处煤体被加热,可能形成高温点。因此,对工作面下端头及下部浮煤进行处理,通过锁风移闭,将下顺闭墙移至工作面下口,在下顺内侧煤壁内施工钻机窝,从下顺密闭外向采空区下部(1#~30#架后)施工钻孔12个。打开下顺闭墙后,又在工作面下隅角施工钻孔6个。通过压注胶体泥浆2 000 m3,下部采空区得到了有效地处理。

3.4　压注惰泡

向采空区压注惰泡实质上是为了降低采空区顶部煤体的温度,增加氮气在采空区的留存时间,增加采空区的环境湿度,起到惰化并熄灭火区的目的。它弥补了采用单一注氮、注浆措施的不足之处,具有独特的防灭火性能。主要工艺是利用井上、井下的制氮机产生氮气,通过注氮管路流经泡沫发生器大量地产生惰气泡,沿管路压向采空区,进行防灭火

(见图2)。

为了处理上下部采空区的顶部浮煤,9月21日夜班开始通过注氮口和上下部钻孔向采空区压注惰泡,启封前共向采空区压注泡沫发生剂3 610 kg,形成惰气泡沫约28 800 m3。

3.5　效果分析

封闭期间O2浓度均在3%以下,火区的封闭效果好,起到了较好的惰化较果。自9月10日在开始对上端头施工长钻孔注胶后,其△c(CO)/△c(O2)、c(C2H4)的变化幅度降低很快,说明了长钻孔注胶已经注到了火源点;但是随后其变化速度降慢,胶体已不能流到更远的火区。随后对注氮孔和深部钻孔压注惰泡,其惰泡的产生量大,可充填性好,能够对胶体不能到达地点的浮煤进行降温;下头闭内的烯烷比有较大幅度地降低,说明惰泡扩散范围大,注惰泡后,△c(CO)/△c(O2)、c(C2H4)也迅速降为0。通过以上气体分析充分说明:采空区钻孔注胶已经接触到了高温火区,但是由于胶体流动范围的影响,胶体不能全部熄灭火区,通过压注惰泡迅速窒熄并扑灭了残余的高温区域,4324火区得到了有效图2　压注惰泡工艺流程图控制,直至最低熄灭。封闭区气体稳定1个月后,10月底工作面正常启封并恢复生产。

4　结　论

(1)综合运用调风均压、注凝胶、注氮及惰泡等灭火技术,最终实现火区的“堵漏、降温、惰化”,达到了预期的灭火效果。

(2)通过指标气体对火区进行分析,对判断火区的基本状态,确定各类灭火措施的治理效果及灭火方案的制定调整提供了科学的依据。

(3)孤岛综放面四邻采空区,漏风规律复杂多变,浮煤自燃危险性增强。为此,必须加强工作面及

邻近采空区的气体监测,建立和完善气体指标体系,及时预报采空区煤层自燃的征兆。

　　作者简介:宋先明(1967-),男,现任兖州矿业集团通防部通风瓦斯科长,工程师,一直从事矿井“一通三防”工作,曾发表论文10余篇。