充填工作面停采撤架期间综合防灭火技术研究_朱勇.pdf

0引言火灾是煤矿五大自然灾害之一，火灾事故的发生会给矿井安全生产带来极大的威胁1-3。工作面停采撤架期间，由于撤架时间长等因素，采空区遗煤易出现自然发火现象，因此应当重视工作面停采撤架期间的防灭火。近年来，我国学者对工作面停采撤架期间的防灭火技术进行了诸多研究，取得了一系列成果。赵璇4针对官地矿工作面拆架过程中工作面出现温度异常区域和 CO 涌出异常现象，采用注氮、注浆、喷洒阻化剂等综合措施保障了拆架工作顺利完成；孔庆军等5基于大采高综放工作面遗煤多、煤体破碎、漏风通道多等实际状况，针对性地提出充填工作面停采撤架期间综合防灭火技术研究朱 勇（冀中能源股份有限公司 邢东矿，河北 邢台054000）摘要：为了保障邢东矿 11313 充填工作面停采撤架的安全进行，在分析充填工作面自然发火因素的基础上，针对性提出撤架前、撤架中和撤架后的防灭火技术措施，综合利用减少漏风、喷洒阻化剂、降低通风量和及时充填防止遗煤氧化自燃。现场应用表明，使用该技术后，整个撤架期间回风流 CO浓度最高为 3610-6，工作面温度最高为 35，回风流 CO浓度和工作面温度都控制在安全范围内，有效抑制了遗煤的氧化自燃，保障了撤架工作的安全顺利完成，该技术可为相似工况的防灭火提供借鉴。关键词：充填工作面；停采撤架；防灭火；综合技术中图分类号：TD752文献标识码：B文章编号：2095-5979（2023）05-0115-04Research on comprehensive fire prevention andextinguishing technology during stopping mining andremoving support in filling working faceZhu Yong(Xingdong Mine,Jizhong Energy Co.,Ltd.,Xingtai 054000,China)Abstract：In order to ensure the safety ofstopping mining and removing support in 11313 filling working face of XingdongMine,based on the analysis of spontaneous combustion factors in filling working face,the fire prevention and extinguishingtechnical measures of before removing support,during removing support and after removing support were put forward,and the air leakage reduction,spraying inhibitor,reducing ventilation and timely filling were comprehensively used toprevent the oxidation and spontaneous combustion of residual coal.The field application shows that after using thistechnology,the CO concentration of the return air flow during the whole withdrawal period is up to 36 10-6,thetemperature of the working face is up to 35 C,the CO concentration of the return air flow and the temperature of theworking face are controlled within a safe range,which effectively suppresses the oxidation and spontaneous combustion ofthe residual coal and ensures the safe and smooth completion ofthe withdrawal work.This technology can provide referencefor fire prevention and extinguishingunder similar workingconditions.Key words：fillingworkingface;stop miningand withdraw;fire prevention;integrated technology责任编辑：高小青DOI：10.19286/ki.cci.2023.05.028作者简介：朱勇（1971），男，上海人，通风工程师。引用格式：朱 勇.充填工作面停采撤架期间综合防灭火技术研究J.煤炭与化工，2023，46（5）：115-118.煤 矿 安 全 环 保 与 煤 炭 加 工Coal and Chemical Industry煤 炭 与 化 工Coal and Chemical Industry第 46 卷 第 5 期2023 年 5 月Vol.46 No.5May 2023115煤炭与化工2023 年第 5 期第 46 卷了大采高工作面撤架期间的防灭火措施；侯树宏6针对羊场湾煤矿综放工作面停采撤架期间 CO 浓度超限、采煤区自燃问题，综合运用局部通风、高位钻孔注浆和架前钻孔注高分子胶体等综合防灭火技术保证了工作面相关设施安全撤出；张良飞等7分析了造成自然发火的危险因素，研究了易自燃综放工作面快速拆架的防灭火技术；赵杰8以新景公司15 号煤层 15021 工作面为研究对象，分析回撤期间易自燃区域及其成因，制定了相应的防灭火技术措施；关景顺等9为解决易自燃煤层在工作面停采回撤期间出现采空区自然发火，提出了以压注粉煤灰胶体和注液态 CO2降温为主、封堵采空区减小漏风和注氮等治理技术为辅的综合防灭火措施；吕长刚等10创新性地提出了构建高地温特厚煤层综放面末采-撤架期间的双重防灭火体系。综上所述，目前专家学者对各种条件下的防灭火技术进行了研究，但是对充填工作面停采撤架期间的防灭火技术研究较少。本文以邢东矿为例，结合国内已有的研究，总结出了一套适应于充填工作面停采撤架期间的防灭火技术措施，保障了工作面的安全撤架。1矿井概况邢东矿隶属于冀中能源股份有限公司，核定生产能力为 125 万 t/a。矿井为立井多水平开拓方式，布置主、副 2 个井筒，主井井筒装备 1 对多绳箕斗，用于提煤作业，副井为立井罐笼提升，用途为提升人员和物料。通风方式为中央并列式，通风机工作方法为抽出式，副井进风，主井回风，采区实行分区通风，回采工作面采用全风压独立通风，掘进工作面采用压入式局部通风。11213 综采工作面主采煤层是 2 号煤，自燃倾向性属类自燃，煤种为气肥煤，具有低灰、特低硫、低磷发热量高的特点，是良好的工业用煤。11213 工作面布置如图 1所示。2充填工作面撤架期间遗煤自燃因素分析（1）采空区遗煤因素。11213 工作面为充填工作面，与自然垮落法管理顶板相比，支架后方采空区遗煤对比如图 2 所示。采用自然垮落法管理顶板时，直接顶随采随垮，采空区遗煤覆盖在采空区垮落矸石下方。充填工作面由于充填体支撑顶板，支架与充填体之间的采空区遗煤直接暴露在空气中，因此与自然垮落法管理顶板相比，采空区遗煤暴露更加彻底，更易氧化产生有毒有害气体。（2）煤质因素。11213 综采工作面主采的 2 号煤层自燃倾向性属类自燃煤层，吸氧速度快。（3）时间因素。综采工作面撤架时间一般较长，采空区遗煤有充足的时间氧化，增加了撤架期间的安全风险。3防灭火技术措施及效果3.1技术措施依据遗煤自燃因素分析，结合现场实际情况，制定了相应的撤架前、撤架中和撤架后的防灭火技术措施。（1）撤架前措施。停采后，在撤架开始前对工作面及隅角喷洒氯化镁阻化剂。之后在上、下隅角排设双排沙袋墙，减少采空区漏风，如图 3 所示。要求排沙袋处底板图 111213 工作面布置Fig.1 No.11213 Face layout47 4005 4005 5005 60047 30011213 运料巷11213 工作面11213 运输巷5 70047 50011213 运料配巷（a）自然垮落法（b）充填工作面图 2自然跨落法与充填工作面遗煤对比Fig.2 Comparison ofresidual coal betweennatural fallingmethod and fillingworkingface顶板底板煤体采空区遗煤采空区遗煤底板顶板煤体充填体1162023 年第 5 期平整，沙袋墙接帮接顶，沙袋排设完成后向隅角沙袋墙顶帮、缝隙注波雷音，保证沙袋墙的密闭性。（2）撤架中措施。撤架开始后，将 11213 运输巷密闭，使撤架工作面改为局部供风，减少工作面的通风量，如图 4所示。改为局部通风后风筒要紧跟撤架处，保证工作面撤架处有足够的风量。随着撤架，随时按顺序对工作面喷洒氯化镁阻化剂。（3）撤架后措施。支架撤出后，及时构筑密闭墙和充填，直至支架完全撤出，如图 5 所示。构筑各墙前要找掉顶板活碴，四周要掏槽，深度不小于 500 mm 或见硬帮硬底。整个撤架期间利用人工取样监测，对 11213 工作面回风流和工作面进行气体化验和温度检查，在同一地点、同样条件下，每 2 d 监测 1 次。连续取样，准确掌握采空区气体的变化情况，发现异常情况立即采取措施。3.2应用效果将撤架期间监测到的回风流 CO 浓度和工作面温度绘制成曲线，如图 6 所示。由图 6 可知，撤架期间回风流 CO 浓度和工作面温度均呈现出先增加后降低的趋势。撤架初期，遗煤暴露时间较短，还没来得及氧化，随着撤架时图 6CO浓度和温度监测曲线Fig.6 COconcentration and temperature monitoringcurve（a）CO浓度4035302520151050CO浓度/10-60510 15 2025 30 35 40 45监测时间/d（b）温度4035302520151050温度/0510 15 2025 30 35 40 45监测时间/d（a）部分撤架（b）撤架完成图 5撤架后充填示意Fig.5 Fillingschematic after removingsupport工作面沙袋遗煤充填体沙袋密闭墙充填体沙袋遗煤沙袋工作面密闭墙图 3撤架前沙袋排设示意Fig.3 Sandbagarrangement before support removal充填体沙袋遗煤沙袋工作面图 411213 运输巷密闭示意Fig.4 11213 transportation lane closed schematic工作面沙袋遗煤沙袋充填体朱 勇：充填工作面停采撤架期间综合防灭火技术研究117煤炭与化工2023 年第 5 期第 46 卷（1）光纤测温主机布置在皮带机头合适位置。测温光缆沿井筒从皮带机头到达皮带机尾，分别监测相应区域的输送皮带温度。探测光缆沿皮带机承载托辊两端进行铺设，使系统可以精确定位到单组托辊位置，从而对承载托辊轴承温度进行实时监测。（2）在机头驱动电机位置及上方安装火焰传感器，在皮带沿线上方顶部正中上方按照设计分区安装烟雾传感器，均匀分布，在皮带机尾安装一氧化碳传感器。（3）在机头驱动部位上方接干粉灭火器，皮带沿线上方接喷淋装置，并与灭火装置主机连接，进行灭火防护。（4）压力传感器安装于灭火器或喷淋装置供水管路前端，用于监测灭火器或喷淋管路压力，以确保在火情发生时能够正常灭火。（5）声光报警器安装于机头墙面 1.8 m 高度，发生火情时发出消防报警声。（6）操作箱沿井筒方向按分区进行布置安设，靠墙面一侧约 1.5 m高度。（7）出口指示灯安装于井筒出口方向合适位置。（8）放气（喷洒）指示灯安装于井筒入口方向合适位置。（9）装置主机安装于皮带机头位置墙面合适位置，距地面合适高度。（10）隔爆兼本安型直流稳压电源安装于装置主机附近地面，AC660V/380V/220V/127V 交流电压均可为装置提供输入电压。（11）工控机安装于调度室对系统进行实时监控。4结语设计的带式输送机火灾预警及自动灭火系统在华阳一矿北翼第一部带式输送机安装调试后，进行了为期 6 个月的试运行。在试运行阶段，系统与华阳一矿现有工业环网和智能化管理平台兼容性良好，未出现严重的断网或系统异常，可以实时有效监控带式输送机各机构的情况；在多次模拟设备温度异常升高、皮带沿线有烟雾等事故时，系统可以快速准确识别事故情况并报警，可以按照预设的程序启动自动灭火装置，应用效果良好。间的增加，遗煤吸氧氧化导致回风流 CO 浓度升高和工作面温度升高，但是随着阻化剂的喷洒和继续撤架充填，暴露在空气中的遗煤逐渐减少，CO 浓度和温度逐渐下降。综合图中曲线可知，整个回采撤架期间 CO 浓度最高为 3610-6，温度最高为 35，回风流 CO浓度和温度都控制在安全范围内，说明措施的实施有效抑制了遗煤的氧化自燃，保障了撤架工作的顺利完成。4结论（1）充填工作面由于充填体支撑顶板，防止顶板垮落，使得支架后方采空区遗煤暴露在空气中更加彻底，遗煤更易氧化产生有毒有害气体。（2）在分析充填工作面撤架期间遗煤自燃因素的基础上，针对性地提出了撤架前减少漏风、撤架中减少通风量和撤架后及时充填、全程喷洒阻化剂的防灭火措施。（3）措施实施后，整个撤架期间回风流的最大 CO浓度为 3610-6、温度最高为 35，保障了支架的安全回撤。参考文献：1 孟刚，姬永飞.冶坪煤矿防灭火技术措施与方案 J.能源与节能，2022，202（7）：177-179.2 邓军，李贝，王凯，等.我国煤火灾害防治技术研究现状及展望J.煤炭科学技术，2016，44（10）：1-7.3 丁百川.我国煤矿主要灾害事故特点及防治对策 J.煤炭科学技术，2017，45（5）：109-114.4 赵璇.官地矿 29406 工作面拆架期间防灭火技术措施 J.山西焦煤科技，2019（9）：34-36，56.5 孔庆军，路庆彬，吴建宾，等.大采高综放工作面停采撤架期间防灭火技术J.矿业安全与环保，2020，47（5）：71-76.6 侯树宏.综放工作面停采撤架期间的防灭火技术研究 J.采矿技术，2021，21（2）：91-93.7 张良飞，张士钰.易自燃综放工作面快速拆架综合防灭火技术措施应用研究J.山西煤炭，2021，41（1）：58-61.8 赵杰.高瓦斯矿井典型综放工作面回撤期间防灭火技术研究J.煤炭技术，2021，40（12）：161-163.9 关景顺，刘杨，张辉，等.易自燃煤层综放工作面停采撤架期间综合防灭火措施研究 J.能源技术与管理，2022，47（5）：124-126.10 吕长刚，曹晓静，李国芳，等.高地温特厚煤层超长时间撤 面 防 灭 火 治 理 体 系 构 建 与 应 用 J.煤 炭 技 术，2022，41（7）：134-137.（上接第 93 页）118