煤礦煤層自然發(fā)火防治工程實踐

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［摘要］以涼山州益門煤礦煤層自然發(fā)火防治工程實踐為例，簡述了煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體指標(biāo)的在線監(jiān)測和防治煤層自然發(fā)火的主要措施及滅火方法，為礦井實現(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定和安全發(fā)展提供了可靠保障。

［關(guān)鍵詞］煤層自然發(fā)火；防治工程；標(biāo)志性氣體；滅火方法

引言

涼山州益門煤礦按照《煤礦安全規(guī)程》第596條“開采有自然發(fā)火傾向的煤層或者開采范圍內(nèi)存在火區(qū)時，必須制定防滅火措施”的規(guī)定［1］，因地制宜制定了《益門煤礦開采煤層自然發(fā)火防治工程實施方案》。在實施《益門煤礦開采煤層自然發(fā)火防治工程實施方案》過程中，聘請了防滅火專家進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，按期完成了建設(shè)內(nèi)容。經(jīng)過近4a的防滅火工程實踐，杜絕了煤層自然發(fā)火事故的發(fā)生，為礦井的可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

1煤礦基本情況

涼山州益門煤礦（以下簡稱益門煤礦）位于涼山州會理縣益門鎮(zhèn)北東3km處，屬地方國有礦山企業(yè)。井田區(qū)域為益站復(fù)式背斜東翼、構(gòu)造剝蝕高山丘陵區(qū)；區(qū)域地處橫斷山系中段東緣，山嶺水系多呈南北向展布，外圍山巒重疊。礦區(qū)呈狹長帶狀分布，屬高中山中切割侵蝕構(gòu)造地形，沿益門河兩岸多屬斷層形成的單面山。區(qū)內(nèi)槽向沖溝發(fā)育，沖溝呈線狀流向益門河，區(qū)域穩(wěn)定性較好。該煤礦煤系地層屬陸地拗陷沼澤沉積型，含煤地層為三疊系白果灣組。含煤層厚442.76m，共含煤16層，編號C1～C16，多數(shù)為復(fù)合煤層，僅C1、C10、C15、C16為單一煤層。煤層厚度及夾石變化較大，各煤層延長1000～6300m不等，總厚度50.32～83.87m。煤巖成分以亮暗煤為主，次為鏡煤，少量絲炭。煤質(zhì)除C16煤層為無煙煤外，其余為主焦煤或良好的配焦煤。工業(yè)牌號有瘦煤、焦煤和無煙煤（次煤）3種。礦井現(xiàn)有可采煤層7層，分別為C1、C2、C3、C6、C11、C12、C16層煤。開采原煤平均揮發(fā)分在5.53%～8.12%，屬中高灰、低中硫、中熱值無煙煤，全硫平均值在0.67％～0.80％，屬低硫煤，各煤層水分平均在1.00%～4.04%，煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級（自燃煤層）。各煤層頂?shù)装鍘r性相似，縱橫巖相變化迅速，缺乏標(biāo)志層，常為厚薄不等的石英細(xì)砂巖、粉砂巖、鈣質(zhì)與砂質(zhì)粘土巖交錯互層。礦井2020年度瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井，礦井瓦斯絕對涌出量為5.866m3/min，相對瓦斯涌出量為5.276m3/t；二氧化碳絕對涌出量為6.405m3/min，相對涌出量為5.761m3/t。礦井2020年核定生產(chǎn)能力60萬t/a。礦井采用的開拓方式為綜合性開拓，即平硐開拓+斜井開拓。開采+1941m標(biāo)高以上煤層，由+1941m主平硐、+2024m副平硐等巷道構(gòu)成開拓開采系統(tǒng)；開采+1941m水平以下煤層時，由+1941m主斜井、+1941m副斜井等巷道構(gòu)成開拓開采系統(tǒng)；礦井回風(fēng)集中由+2142m回風(fēng)井回風(fēng)。礦井現(xiàn)有3個水平，其中生產(chǎn)水平2個，接替水平1個。2個生產(chǎn)水平為+1941m水平（一水平）和+2024m水平（二水平），1個接替水平為+1810m水平（三水平）?，F(xiàn)有生產(chǎn)采區(qū)3個，即12綜采區(qū)、23綜采區(qū)和22采區(qū)，接替采區(qū)2個，即21采區(qū)和25采區(qū)?，F(xiàn)有生產(chǎn)工作面2個，即1212采煤工作面和2232采煤工作面。礦井采煤方法為綜采支架水平分層放頂煤開采法。回采工作面采用U型布置，綜合機(jī)械化或爆破落煤回采工藝；煤皮假頂+全部垮落法管理采空區(qū)。礦井通風(fēng)方式為中央邊界式通風(fēng)方式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，工作面采用U型通風(fēng)。新鮮風(fēng)流自+1941m主平硐、+1941m主斜井、+1941m副斜井、+2024m副平硐分別進(jìn)入井下硐室及各用風(fēng)地點，泛風(fēng)匯集于+2142m回風(fēng)井回出地表。礦井在+2142m回風(fēng)井安裝2臺FBCDZ№20型軸流式通風(fēng)機(jī)，每臺通風(fēng)機(jī)配有防爆電動機(jī)2臺，電機(jī)容量2×185kW，電壓380V。礦井總進(jìn)風(fēng)量為5243m3/min，總回風(fēng)量為5416m3/min。礦井通風(fēng)等積孔為2.15m2。采用主要通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)。

2煤層自然發(fā)火防治工程實施方案

2015年5月，礦井按照《益門煤礦采掘計劃安排》和《益門煤礦災(zāi)害防治與處理計劃》的要求，由礦總工程師牽頭，組織相關(guān)的工程技術(shù)人員編制了《益門煤礦開采煤層自然發(fā)火防治工程實施方案》。主要內(nèi)容有：（1）成立煤層自然發(fā)火防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組。組長、副組長分別由礦長、總工程師擔(dān)任。成員由總工辦、調(diào)度室、安檢科、通風(fēng)科、供應(yīng)科等相關(guān)部門負(fù)責(zé)人組成。領(lǐng)導(dǎo)小組下設(shè)辦公室，該辦公室設(shè)在總工辦，由總工辦主任兼任辦公室主任。（2）礦井主要運輸巷、總回風(fēng)巷、各水平階段巷、采區(qū)上山等布置在煤層底板砂巖內(nèi)；工作面順槽等煤層巷道采用U型鋼+噴漿支護(hù)；工作面長度不得超過70m，推進(jìn)長度必須控制在300m以內(nèi)；工作面煤炭采完15d必須封閉。（3）回采工作面采用后退式回采、U型通風(fēng)；風(fēng)門雙向聯(lián)鎖設(shè)置。（4）在礦井總回風(fēng)巷等各個測風(fēng)站、工作面回風(fēng)巷距全負(fù)壓風(fēng)流匯合處10～15m、皮帶機(jī)頭下風(fēng)側(cè)15m等處設(shè)置CO傳感器。在中央變電所、采區(qū)變電所、總回風(fēng)巷、工作面等處設(shè)置溫度傳感器；在皮帶機(jī)頭下風(fēng)側(cè)15m處設(shè)置煙霧傳感器。（5）采用JSG9型井下移動式火災(zāi)氣體束管采樣系統(tǒng)，對H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C2H2等9種氣體含量進(jìn)行在線監(jiān)測。采用CO作為該礦煤層自燃早期預(yù)測預(yù)報指標(biāo)氣體，并輔以C2H6、C2H4、C2H2等指標(biāo)來判斷煤炭自燃情況。（6）煤層自燃監(jiān)測點布置在易發(fā)火區(qū)域、高負(fù)壓區(qū)域、恒定的漏風(fēng)處，并排除炮煙、溫差自然風(fēng)壓的影響。（7）井下氣體采集主要采用人工采集和JSG9型煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)采集2種方式，并使用便攜儀、瓦檢儀和氣相色譜儀進(jìn)行分析。（8）采用束管采樣系統(tǒng)、氣相色譜儀和氣體采樣控制柜對礦井易發(fā)火區(qū)域（高冒處、充填不充分的采空區(qū)、工作面回風(fēng)隅角）的煤體進(jìn)行監(jiān)測分析，并及時作出預(yù)報。（9）礦井在+2100m水平、+2024m水平和+1941m水平各建立1個容量均為200m3的水池，作為井下消防灑水及供水施救的高位貯備水池。同時，主供水管與生活主供水管路之間設(shè)聯(lián)絡(luò)閘閥隔開。高位水池采用管徑為108mm、壁厚為6mm的輸水管與井下各水平大巷消防灑水（供水施救）管道相連；井下消防、灑水管網(wǎng)延伸到各采掘工作面。各水平大巷及上山消防、灑水管路采用管徑為65mm、壁厚為6mm的輸水管，每隔50m設(shè)置有準(zhǔn)50mm支管和閥門各1個，供井下消防及沖洗巷道使用。各采掘工作面管路采用管徑為26mm的軟質(zhì)膠管為輸水管。采區(qū)內(nèi)每個轉(zhuǎn)載點設(shè)灑水器，機(jī)、風(fēng)巷設(shè)有噴霧降塵設(shè)施等。在井下運輸機(jī)、轉(zhuǎn)載點和卸煤點等設(shè)置若干噴頭。在采煤工作面回風(fēng)巷，掘進(jìn)工作面下風(fēng)向20m處設(shè)置風(fēng)流凈化水幕；對井下所有的主要運輸巷道、主要回風(fēng)巷道、上下山和正在掘進(jìn)的巷道等實施巷道沖洗。（10）若礦井某區(qū)域風(fēng)流中出現(xiàn)CO、CO2并呈上升趨勢，煤巖空氣和水溫升高并超過正常溫度，風(fēng)流中氧含量降低并呈上升趨勢等，必須及時報告礦調(diào)度室，并及時處理。（11）對煤炭自燃區(qū)域，根據(jù)火區(qū)情況，可采用移動式噴灑系統(tǒng)進(jìn)行滅火；也可采用添加有阻化劑的水或直接挖出火源、封閉火區(qū)等直接滅火法快速滅火。

3煤層自然發(fā)火防治工程實施效果

該礦井從2016年6月開始，投資800萬元實施煤層自然發(fā)火防治工程建設(shè)，2017年1月完成煤層自然發(fā)火防治工程建設(shè)主要項目，并驗收合格。通過近4a時間的煤層自然發(fā)火防治工程實踐，杜絕了煤層自然發(fā)火事故的發(fā)生，為礦井實現(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定和安全發(fā)展提供了可靠保障。

［參考文獻(xiàn)］

［1］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2016.

作者：文有權(quán) 猶元成 單位：涼山州益門煤礦