煤矿火区下开采技术研究报告

摘要： 本文对煤层容易自燃的矿井，通过对小窑火区的黄泥灌浆，火区下采煤工作面采用均压通风和喷洒氯化镁阻化剂，采煤工作面两端头后部构筑粉煤灰和胶凝剂墙体，防止小窑火区一氧化碳等有害气体向采煤工作面涌出，也防止本工作面采空区遗煤的自燃发火。

Abstract： The coalseam in this paper belongs to coal mines that easy to spontaneous combustion， through the Wong grouting for small kiln fire area， the mining workface under fire area uses pressure ventilation and sprays magnesium chloride inhibitor， both ends of the back of the head in mining workface builds flyash and gelling agent wall to prevent carbon monoxide and other harmful gases of small kiln fire area pouring out the mining workface and the spontaneous combustion of left coal in this workface goaf.

关键词： 火区；均压；灌浆；粉煤灰；胶凝剂

Key words： fire area；equalizing；grouting；flyash；gelling agent

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）17-0103-02

0 引言

同煤集团四老沟矿所开采14#层303盘区，上覆11#层为小窑破坏区域，层间距30米。8309工作面上覆11#层为蔡家坪小窑破坏区，2001年小窑因发生煤炭自燃封闭井口，经对地面山体裂隙检查，发现一氧化碳浓度高达500ppm，可以确认蔡家坪小窑煤层自燃发火封闭后仍有火区存在，为了四老沟矿8309工作面能够安全顺利的开采，对8309工作面开采期间采取了以下综合防灭火安全技术措施。

1 地面建立集中灌浆系统

根据小窑管理科提供的图纸资料，在地面向蔡家坪小窑巷道标高最高处施工一个钻孔，向小窑进行灌浆。①灌浆材料。根据本矿的地理位置及地面条件，山体表土层厚达30米，取土方便，所以本矿井确定采用附近山体表土层的黄土作为灌浆材料。②供水管路。地面集中灌浆工地距矿井最近水源距离为3千米，采用韧性好、强度高、容易连接的PE100管路输水。③供电系统。灌浆工地距四老沟矿南羊路工业广场直线距离为3千米，从工业广场架线输送电路，以解决灌浆工地的用电。④灌浆量。根据同煤集团“一通三防”管理规定，单孔灌浆日灌浆量不得低于100立方米，由于蔡家坪小窑存在火区，矿井在火区下进行开采，为了快速有效的使小窑火区熄灭，所以矿井通风部门研究决定日灌浆量不得低于300立方米。⑤灌浆方法。根据蔡家坪小窑的巷道布置及煤层开采特点，在小窑巷道标高最高处通过钻孔直接灌浆，从地面到小窑巷道顶板埋设DN108无缝钢管，为了便于泥浆的流动，土水比为1：5。

2 均压技术应用

2.1 采用均压通风的必要性 四老沟矿通风方法为压入式，303盘区14#层与11#层层间距为30米，因此在开采下分层时采空区容易与上分层塌通，向上分层漏风。四老沟矿煤层属于容易自燃煤层，自燃发火等级为Ⅰ级，为了防止14#层8309工作面在开采期间向上分层漏风引起采空区遗煤自燃，特别是向蔡家坪小窑火区漏风供氧，对8309工作面采用均压（泄压）通风。

2.2 均压方法 ①均压通风系统及通风设施布置。在14#层303盘区5309巷回风绕道安装两台均压风机，回风口向专回巷方向排风，风机安设必须牢固可靠，用片石墙镶嵌硬质风筒，硬质风筒中间必须砌筑两道挡风墙，风机一侧每道墙上安装小风门一扇，小风门规格：1.2×0.7m，两道挡风墙的两侧安装U型压差计，测定挡风墙两侧的压差。在14#层303盘区2309巷构筑二道控风设施，以达到调控进风风流的风量和风压的作用，设施右下方留设风门，以便行人和运料，两道控风设施的两侧安装U型压差计，测定控风设施两侧的压差。在工作面头部和中部安装联通支架后采空区的U型压差计，用以观察工作面与采空区的压差，通过调节2309巷的二道控风设施的风阻，达到工作面与采空区均压的目的。②均压风机选型。根据矿井配风标准计算及风速验算结果，最终确定本工作面配风为620m3/min。符合《煤矿安全规程》规定。经测定工作面进、回风压差约60-80Pa故选FBDNO7.4型2×45kW对旋风机，风量500-800m3/min，可满足要求。

2.3 风量风压的调配 由于矿井的通风方法为压入式，均压实际是降低工作面的风压，使工作面和采空区的风压相等，以达到不向采空区漏风的目的，但在实际操作中完全均压是难以控制的。鉴于小窑有火区存在，如果控制不好，极有可能小窑火区有毒有害气体向工作面涌出，经研究决定通过调控风阻，使工作面的风压略大于采空区风压，工作面漏风的风量为50-60m3/min。初步跨落步距为40米，正常开采后工作面一直比较稳定，当工作面推进120米时，从上隅角突然涌出一股浓烟，上隅角一氧化碳传感器显示浓度高达800ppm，现场通风管理人员立即通知工作面跟班队长和安检员、瓦检员组织撤人并设警戒，与测风员及时组织进行调控工作面的风压，上隅角不再有烟雾涌出，传感器一氧化碳浓度在逐步下降，5分钟后传感器显示正常，经测风工作面的漏风增加到240m3/min。研究分析造成上隅角一氧化碳涌出的原因为本工作面采空区顶板跨落，导致上覆11#层小窑采空区顶板大面积跨落，小窑采空区气体压强瞬间急剧增大所至，经通风管理人员研究决定在工作面两顺槽的端头后方用粉煤灰和胶凝剂构筑两道密闭，工作面推进每10米构筑一次，构筑5次后工作面推进每30米构筑一次，构筑10次后工作面推进每50米构筑一次。同时及时合理调控工作面的风压和漏风风量，调控后漏风为80m3/min。直到工作面安全开采结束，再没有发生一氧化碳涌出的现象，通过采取均压的方法使工作面在火区下安全顺利生产。

3 气雾阻化

3.1 实施汽雾阻化灭火工作的必要性 因四老沟矿主扇的工作方法为压入式，井下风流均为正压，在开采下分层时容易通过采空区向上分层漏风。矿井煤层属于容易自燃煤层，自燃发火等级为Ⅰ级。这就很容易造成下分层采空区遗煤自燃，为了防止14#层8309工作面采空区遗煤自燃。采取气雾阻化是非常必要的。

3.2 汽雾阻化防灭火原理 ①要分析阻化剂对煤的阻化原理，首先要了解煤的自然机理，煤炭吸收空气中的氧气，氧化后开始在煤机构的活动链上产生不稳定的初级氧化物，首先是把煤中的氢原子氧化成羟基（OH），其次把碳原子氧化成羧基（COOH），最后羟基被氧化成CO2、CO、H2O2，在这些反应过程中随时产生微热，氧与煤相互作用加速，最终导致自燃发火。阻化剂防止煤炭自燃发火主要有以下三个方面的作用：一是产生负催化作用。二是隔绝作用。三是吸水降温作用。汽雾阻化作用的氯化物药剂（MgCl2），水解时呈中性，对设备的腐蚀性小，因此选择MgCl2作为阻化剂较为经济合理。在应用汽雾阻化防灭火技术时，在漏风通道入口设置雾化器，并将阻化剂变为阻化汽雾，阻化汽雾以漏风为载体，向采空区漂移，随着漏风风流的漂移落在煤体表面，从而起到阻化防灭火的作用，这一技术关键是利用采空区的漏风，一般来说，漏风所到之处是容易发生自燃发火的地方。②汽雾阻化防灭火装备：本系统包括雾化泵站，管路系统及雾化部分，雾化泵站设有雾液泵、过滤器、液箱、电气开关等；管路系统由高压管、高压球阀、连接头组成；雾化部分包括喷雾嘴。

3.3 汽雾阻化防灭火工艺 ①工作面长度90米，共设立雾化点3个，即在工作面端头、距工作面端头35米处和70米处。②阻化剂的浓度根据抚顺煤科院实验数据分析，选择MgCI2溶液为阻化剂，浓度为15%，既能起到防灭火的效果而且又经济合理。工作面喷雾工作量计算：工作面计划每天（二班检修班）喷1.5m3的液箱一箱，氯化镁为5袋。

4 结束语

通过采取火区黄泥灌浆，下分层工作面均压通风和喷洒阻化剂，粉煤灰和胶凝剂新材料的应用等一系列的防灭火技术措施，达到煤矿火区下安全生产的目的，提高矿井煤炭资源的回收率。

参考文献：

[1]王省生，张国枢.矿井火灾防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990.

[2]王云.矿井火灾预防与处理[M].北京：煤炭工业出版社，1992.

[3]王德明.矿用新型耐爆防火墙[J].煤矿安全，1993.