自然发火矿井采空区均压防灭火技术应用 

自然发火矿井采空区均压防灭火技术应用 

许永刚

陕西彬长胡家河矿业有限公司 713602

摘要：为解决深井高地压条件下采空区两顺槽侧压差不均衡导致采空区形成微系统，存在采空区自然发火隐患等问题，以某煤矿封闭采空区为例，分析了采空区自然发火危险性及采空区内气体压差不稳定性，探讨了通风系统配合抽采平衡均压防灭火技术的实践应用。结果表明：通过均压防灭火技术的应用，有效解决采空区微系统问题，消除了采空区自然发火隐患。该均压防灭火技术对相似条件的采空区防灭火具有一定的借鉴作用。

关键词：采空区；均压；防灭火；密闭；通风系统；抽采平衡

中图分类号：TD75+3.5文献标识码：A

引言

现阶段我国的主要能源是煤炭, 而煤自燃是矿井生产的主要灾害之一, 占矿井火灾总数的 85%以上, 其中采空区自燃火灾占煤矿内因火灾的 60%以上。 随着矿井开采深度的增加, 地应力增大, 通风系统日益复杂, 漏风区域也错综复杂, 井下密闭采空区煤自燃与瓦斯耦合灾害的防控管理也面临严峻的挑战。 煤自燃火灾与瓦斯两种灾害共存, 常成为重特大事故发生的普遍模式, 已严重威胁着煤矿安全生产。 矿井均压技术在自然发火矿井应用比较广泛, 经过多年来的理论和技术实践, 取得了良好的成果。 。

1.矿井概况

某煤矿属于 “三高一深” 矿井, 一水平为-962m, 具有高瓦斯、 高地压、 高地温等特点。11501 综采工作面回采11-2 煤层, 平均煤厚1. 57m,采用 “一面五巷” 布置, 即进回风巷、 两个底抽巷, 一个顶抽巷。 其中, 顶抽巷位于回采11-2 煤层顶板25~35m 处, 内错工作面 64.2m。 工作面上覆11-3 煤(层间距 1. 8~8. 7m、 均厚 0. 3m, 不可采),随工作面回采全部垮落至采空区, 增加了采空区遗煤量。 11-2 煤为Ⅱ类自燃煤层, 11-3 煤为Ⅰ类容易自燃煤层, 自然发火期分别为58d 和24d, 工作面原岩温度高达41~46℃。11501 工作面已回采结束, 进行永久密闭。由于 11502 运输巷施工需要, 拆除了运输集中回风联巷的调节风墙, 导致 11501 运输巷密闭相对压力高于轨道巷密闭和轨道底抽巷密闭, 形成了封闭采空区的微漏风效应。说明采空区仍存在微漏风条件下的自然发火隐患。 因此, 亟需采用更为有效的联合均压防灭火技术手段, 防控采空区已有的煤自燃与瓦斯共存灾害。

2.工作面煤层特征研究

2.1 15 号煤自燃倾向

根据矿方所提供的煤层自燃发火倾向的鉴定报告可知，沁裕煤矿所采 15 号煤层自燃倾向为Ⅱ类，属于易自燃倾向性煤层，发火期时间较长，为 2～6 个月。

2.2 煤尘爆炸性试验

由矿方所提供的沁裕煤矿 15 号煤层煤尘爆炸性鉴定结论可知，15 号煤火焰长度超过了 400mm，抑制煤尘爆炸的最低岩粉量达到了 80%，15 号煤煤尘具有爆炸性。

3. 回采工作面采空区漏风规律研究

在矿区施工时一般使用通风的方式是抽出式，让地面和施工区域形成压强差产生风流。漏风风流利用这种压强差从地面缝隙进入，在通过采空区流向压强低的位置。由于采空区内有物质碎裂导致漏风的过程十分复杂，所以采空区介质量的多少和压强是确定漏风强度的重要原因。采空区内存在的介质整体松散，但还是具有刚性。所以可以使用多孔介质流动理论来研究采空区中漏风的周期。让研究变得相对简单，我们就对踩空进行一些假设：（1）介质整体松散按不变形考虑。（2）空气的密度不随环境和压强而变化。（3）把空气看做二元系统，拥有分子扩散系数。（4）空气中的成分彼此之间相对稳定、独立，并且不能相互产生反应。（5）空气的流动范围只在层流。因煤岩层性质及赋存条件复杂多变、采掘工艺及巷道布置方式不尽相同，采空区和许多地方是相同的，从而导致压强差产生漏风现象。当漏风的速度在一定的范围内，就会产生遗煤自燃的危险。采空区介质容易碎裂并且复杂，导致漏风稳定性极差，带给防护工作很大的挑战。从减小自燃危险的角度出发，应该控制风流始终在一个安全的范围内，各个区域之间能够快速的隔绝。在理论上是可以防止漏风来避免遗煤自燃的问题，但在现实情况中漏风是一定会发生的，我们要做的是努力减少漏风，把漏风的风俗保持在遗煤自燃的安全数值范围内。

4.联合均压防灭火技术应用

4.1通风系统均压

4.1.1均压原理: 通过构筑调节风门[12,13]控制风压, 使运输巷、 轨道巷、 轨道巷底抽巷密闭墙内处于相对正压状态, 利用调节风门风窗控制风压使采空区内外压差处于相对均压状态。

4.1.2实施步骤: 首先在11501 运输联巷施工调节风门, 然后拆除 11501 运输回风斜巷的调节风墙,调节采空区与运输巷、 轨道巷及轨道底抽巷墙外的风压差, 以达到均压目的。

4.1.3调整通风系统后, 11501 轨道巷与 11501 运输巷回风侧的风压差降为 126. 2Pa, 11501 轨道巷回风侧与 11501 轨道底抽巷集中回风联巷风压差为20. 2Pa。 说明仍有运输巷密闭经采空区向轨道巷密闭及轨道底抽巷密闭的漏风存在。 因此, 从调整通风系统上采取均压措施, 不能满足采空区防火的要求。

4.2均压平衡气室的构建

通过调整密闭墙外风压对采空区压差进行调整，从压差测定结果来看，不能满足完全均压要求，需再次利用均压气室抽采调节技术，才能达到完全均压目的。 4.2.1工作原理。采用均压气室，通过抽采负压，调整采空区墙内气压，使密闭墙内压差均衡，以达到均压目的。

4.2.2现场实施。利用 11501 运输顺槽、轨道顺槽、轨顺底抽巷、顶板瓦斯抽放巷均压管路，把均压管路连接至抽采管路上，用调节闸阀控制负压，进行采空区压力调整，直至达到采空区压力基本均衡为止。

5.效 果

利用联合均压技术前后, 经取样、 监测分析11501 运输巷、 轨道巷密闭采空区内 CO 及 O2气体、温度及压差变化, 并结合现场监测可知: ①从 CO 浓度来看,运输巷密闭墙内 CO 浓度由最大值 3. 8×10-6下降至0; 轨道巷密闭采空区 CO 浓度由最大值 4.72×10-5下降至2×10-6, 且总体处于稳定状态; ②从 O2浓度来看, 两巷密闭墙内氧气浓度由最大值 19.22%下降至4%; ③从压差来看, 两巷密闭墙均压气室内相对正压均稳定在 180Pa 上下波动, 且两巷密闭压差值基本稳定在10Pa, 处于均压状态; ④从 CH4气体来看, 两巷密闭墙外均无 CH4逸出现象; ⑤从温度来看, 采空区温度一直在 34℃上下波动, 无明显异常变化; ⑥11501 轨道巷底抽巷密闭墙内CO 浓度为0,O2浓度为 8.26%, 内外压差为 0Pa, 气体及压差变化平稳。

6.工作面采空区发火原因

6.1该工作面埋深相对较深，达到了 570m，在进行回采时矿压强度较大，而 15 号煤以及直接顶、直接底围岩强度偏低，在强烈的采动影响下煤岩体易形成大量裂隙从而产生漏风通道，该工作面处于良好的氧化升温环境，同时由于工作面尺寸较大、推进速度较快，采空区内遗煤较多，自燃发火的可能性较大。

6.2 工作面后方 70m～85m 范围内的浮煤处于氧化程度急剧加深蔓延阶段，矿方对此监测、重视程度不够。

结束语

通过采用均压防灭火技术，有效地控制了11501 采空区的漏风，使得采空区两顺槽压差一直处于均压稳定状态，从而达到抑制遗煤自燃的目的。该技术操作方便,防火效果较好,对类似条件采空区防灭火具有指导意义。

参考文献：

［1］ 朱令起，刘聪，王福生.煤自燃过程中自由基变化规律特性研究简［J］.煤炭科学技术，2016,44（10）：44-47.

［2］王德明，辛海会，戚绪尧，等.煤自燃中的各种基元反应及相互关系：煤氧化动力学理论及应用［J］.煤炭学报，2014,39（8）：1667-1674.