关键词：矿井；采空区；防灭火；灭火技术
引言
井下煤炭自然发火大都发生在采空区或受采、掘影响而被压裂的煤体及地质构造带煤体内，灭火工作比较困难。由于综采放顶煤技术一次性开采强度大，采空区遗煤量较多，使得煤层自然发火几率增高，矿井自燃火灾事故增多。煤层埋藏较浅，开采后采空区上方形成的弯曲下沉带将会波及到地面，地表形成的裂缝为煤层自燃提供了漏风通道，不利于火灾防治。
1矿井采空区防灭火技术应用的重要性
综放开采强度大,工序较多,推进速度相对较慢,回采率较低,采空区遗留残煤多,冒落高度大,漏风严重,这些因素使得采空区自然发火的危险明显增加。综放工作面采空区防灭火是煤矿“一通三防”工作的重点和难点。目前,国内大多数煤炭企业采用预防性注浆(氮)技术防治工作面采空区煤炭自燃,并没有统一的技术标准和规范,注浆(氮)管路往往埋入采空区不回收,造成材料浪费严重。为此,本着“开源节流、降本增效”的原则,对采空区防灭火注浆(氮)管路进行改进很有必要。
2矿井采空区防灭火技术应用分析
2.1建立监测监控、预测预报系统
首先，安装束管监测系统监测：矿区轨道顺槽采空区敷设一路单芯束管，矿区胶带顺槽分别在采空区及回风隅角敷设一路单芯束管，矿区胶带顺槽回风隅角束管随工作面推采向外移动，并与回风暗斜井束管主管路连接，通至地面监测室，实现对采空区O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6等气体含量的连续监测，为防灭火工作提供科学依据。同时，安全监测监控系统监测：在矿区胶带顺槽JS2点附近安设1台甲烷传感器、一氧化碳传感器和温度传感器；矿区胶带顺槽距工作面煤壁不大于10m安设1台甲烷传感器；回风隅角处安设1台一氧化碳传感器和氧气传感器，通过监测系统将数据直接传输到调度指挥中心；每班在工作面回风隅角关门柱位置悬挂一氧化碳便携式报警仪及甲烷、氧气便携式报警两用仪，由当班班组长负责仪器的管理和保护，确保仪器的正常使用；进行人工检测，利用光瓦、测温仪和多功能气体检测仪定期取样，利用气相色谱分析仪进行分析，以此判断自然发火程度。人工取样点布置：进风隅角、回风隅角、回风巷CO传感器处、10-60架范围架后取点两个、留设的束管及其他异常点。
2.2采空区内注浆
利用地面制作的黄泥浆，并根据回采面的防火设计有关要求，每个回采工作面向采空区内注入的黄泥量不小于35m3，每日向回采面采空区内注入的黄泥量不低于90m3，注入的浆液中泥浆水土比值应大于1/3；采用的注浆管路直径为159mm的无缝钢管，注浆管路从行人斜井经过运输大巷并通过回采面进风巷向采空区内注浆；在回采面回风侧上隅角位置向采空区每隔50m铺设一路注浆管路，在回采面支架后方每隔30m布置一趟注浆管路，铺设的注浆管路直径在51mm。回风巷上隅角铺设的注浆管路进入到采空区内50m位置时开始注浆，一直到进入采空区100m位置时停止注浆，液压支架后方的注浆管路进入到采空区内30m位置时开始注浆，到深入采空区100m位置时停止注浆；同时利用黄泥注浆系统向采空区内注入三相泡沫，井下每班的注入量不小于500Kg，每日的注入量不小于1500Kg。在回采工作面采空区内注入N2，开启在采区集中轨道下山中的ZXJD-600型号的制氮设备以及位于位移巷道进风口的MJD-1000型制氮设备，2套制氮设备同时向采空区并联注N2，注入的N2流量为每分钟1500m3，每班注N2时间为8h,N2注入管路采用2趟直径为50mm的镀锌管，从工作面的进风巷埋入采空区内埋入，两趟N2管路的管口间距为20m,N2管路埋入采空区后每隔40m间距交替的进行裁开，回采面每推进20m，在回采面液压支架后方铺设直径为50mm的筛管，同时注入N2的筛管与注黄泥管路间隔15m布置，确保采空区内N2能够全面的覆盖。
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2.3工作面停采撤架期间防灭火
第一，停采撤架期间降低配风量。停采撤架期间,应根据工作面需求将风量调整到既满足稀释有害气体需求,又兼顾防火,并根据实际情况尽可能降低风量,做到低风量、低风压通风。第二，停采撤架期间采空区注氮。工作面到停采线后,皮带顺槽氮气瞬时流量不小于2000m3/h;工作面通风系统调整后,利用回风顺槽预埋注氮管路进行注氮,氮气瞬时流量不小于2000m3/h。第三，撤架期间采空区注氮、喷洒阻化剂。停采撤架期间,通过预埋的注氮管路对停采线位置和停采线后采空区进行大量注氮,对停采线位置附近的上下端头浮煤和裸露的煤体喷洒阻化剂。第四，撤架时间要求。在工作面停采后35d以内撤出工作面所有设备,并在所有设备撤出后立即封闭工作面。第五，加强工作面监测监控。停采撤架期间应加强人工检测并利用预埋的束管对采空区的气体进行监测,每天早班利用回风顺槽埋设的束管对通风区进行取样,二班化验出结果,以便及时掌握采空区的气体情况。
2.4采空区矸石封闭火
MEA（煤矿防灭火剂）矸石隔离带构筑是在采空区里空间高度上沿煤层倾斜方向设置1道挡风隔离墙，将隔离墙前面方向的漏风阻挡在该墙体之外。矸石隔离带使原有的采空区自燃“三带”分布规律发生改变，使采空区内部形成了1条不含遗煤的隔离带。自设置新的隔离带开始，到采空区重新产生新的采空区自燃“三带”，有效减少了采空区自然发火隐患。进行MEA矸石隔离带构筑时，不仅要保证将顶煤全部放出，还要对冒落矸石的总量进行控制，以防对煤质产生重要影响。同时要控制好MEA的比例，浓度不可太低，不然不易在空间高度上堆积，阻碍封堵的成效。
2.5?氮气防灭火
氮气防灭火是对注浆防灭火方法的一种补充，能够有效的减小采空区域内氧化带之中氧气浓度值。选取2套同等能力的地面固定式变压吸附碳分子筛制氮设备，制氮总能力为1200m3/h，其中1套运行，1套备用。
2.6气雾阻化剂预防煤层自燃技术
阻化气雾防火是在综采工作面进风隅角处安设雾化式喷嘴，通过雾化式喷嘴将配置好的阻化剂溶液雾化成气雾，通过漏向采空区方向的部分风流将阻化剂气雾带到采空区，在重力的作用下，降落附着在浮煤上，从而惰化浮煤，进而达到采空区防火的目的。
3应用前景及经济效益
预防为主、防治结合，在综采工作面实施该综合防灭火措施后，使工作面上隅角CO浓度始终保持在5ppm以下，把采空区着火可能性降到最低；利用综合方法划分采空“三带”，建立数学模型，利用束管和热敏探头组合成采集器；分头埋入采空区，可远距离连续检测采空区不同部位，不同深度氧含量、温度的变化，然后将各采集点上的数据与数学模型数据进行综合分析，划分出采空“三带”既准确又可靠，为科学合理的注氮，最佳注氮时机、注氮量提供可靠的技术依据，仅此一项，每年可节约注氮费用20多万元，在综合应用后，继续强化职工防灭火意识，加强矿井防灭火的监督管理，为矿井节约灭火资金100万左右。运用注氮防灭火具有操作简单、安全无公害、成本低，灭火效果好、速度快等特点，具有良好的经济效益和社会效益，值得推广。
结语
煤层自燃严重影响回采工作面的安全生产，对于具有自燃发火特性的煤层，必须高度重视煤层自燃发火的监测以及防灭火措施的使用。相关单位应该建立监测监控、预测预报系统，可以对综放工作面采空区煤层自燃情况进行有效监测，并根据监测结果提出预报和采取的防灭火措施。
参考文献
[1]牛德振.特大型矿井灌浆防灭火系统设计[J].煤炭技术,2017,36(9):165-166.
[2]周朋,杨晓彤.东滩煤矿灌浆防灭火系统设计[J].山东工业技术,2017(15):48.
[3]周兆宇.青春塔矿井灌浆防灭火系统分析[J].煤矿机械,2017,38(6):137-138.
论文作者:孙宁
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第16期
论文发表时间:2020/1/2
标签：采空区论文; 工作面论文; 管路论文; 煤层论文; 注浆论文; 矿井论文; 回风论文; 《科学与技术》2019年第16期论文;