综放工作面综合防灭火技术

浅谈综放工作面综合防灭火技术

[摘要]综放工作面综合防灭火技术的措施和应抓好的几个环节。保证综放工作面能够安全正常地生产。

[关键词]综放工作面综合防灭火理论应用

中图分类号：n39 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-0134-02

综采放顶煤技术具有生产效率高、巷道掘进率低、搬家次数少、地质条件适应性强、易于实现单机单面高产、材料投入少、生产成本低等优点。近十年在南山矿井下原煤生产中大力推广使用，实现了矿井的高产高效。本文以南山矿为例，就综放工作面防治煤层及采空区自燃发火技术的理论及实践作以研究。

一、综采放顶煤技术的工艺特点及煤炭自燃理论

综采放顶煤技术主要有如下工艺特点：①采机及矿压辅以人工松动落煤；②采机及矿压落煤直接装煤，人工清扫浮煤；③刮板运输机结合胶带运输机运煤；④综放专用支架辅以端头支架及π型钢梁迈步抬棚支护顶板；⑤采空区处理采用全部垮落法。

如何进行综合防灭火应主要基于以下三个思考方向：一是减少处于破碎状态并和空气接触的煤；二是降低与煤接触的空气中氧的浓度；三是控制产生自热的煤体温度在燃点以下。

南山矿煤层的自然发火期一般为1～3个月，最快18天井下煤层发生自燃。因此综放工作面综合防灭火应在工作面设计、生产技术措施、生产人员管理等几个环节上下功夫，根据现场实际情况，结

合综放技术的工艺特点，采取多种不同的防灭火措施，延长工作面未采煤层和采空区留煤的自然发火期。

延长煤层自然发火期的途径有：

1、降低煤的氧化速度和氧化生热。减少漏风，降低自热区内的氧浓度；选择分子直径较小、效果好的阻化剂或固体浆材，喷洒在碎煤或压注至煤体内使其充填煤体的裂隙，阻止氧分子向孔内扩散。

2、增加散热强度，降低升温速度。增加采空区留煤的分散度以增加表面散热量；对于处于低温时期的自热煤体可用增加通风强度的方法来增加散热；增加煤体湿度。

二、综合防灭火技术措施的种类

1、从减少煤与空气接触的思考方向看

（1）应采用顶煤冒放性最好的支架。这样既可提高原煤采出率，减少煤炭资源的浪费，又可尽量避免采空区留煤，降低采空区留煤自燃的危险，切实地保障生产的安全。

南山矿通过比较高、中、低位放顶煤技术的优缺点，高、中位放顶煤支架具有稳定性好的优点，但同时具有放煤位置过高，煤尘较大，通风断面小等缺点，并且由于放煤位置位于支架的中、高位，易使顶部冒落煤滑向支架后方，使支架后方留下一定厚度的煤阶。因此决定采用低位放顶煤技术，于2000年11月购进并投产两套北京煤机厂生产的zf2800/16/24型（简称c86型）低位放顶煤支架，替换了原来使用的已老旧的c45型中位放顶煤支架，顶煤冒落效果

非常好，既提高了原煤回采率，提高了煤炭产量，也减少了采空区留煤，降低了采空区留煤自燃发火的危险，保障了生产的安全。（2）采掘巷道分段掘送，减短煤的暴露区域。采区工作面的主要运输巷、主要回风巷都应采取在煤层底板岩石中掘进的方法，分段掘送入风反上、回风反上揭煤，再分别掘进煤平巷与切眼勾通。这样可使整个煤层暴露在巷道中的区域最短，在煤巷中所暴露煤体的生产周期短于煤的自然发火期，从而防止整个块段煤氧化发热生温达到着火点。这种方法需掘进大量岩巷，成本较高。适用于整个工作面生产周期较长，而煤的自然发火期较短的情况。

（3）两巷喷碹处理。运输、回风两条煤平巷中对所暴露煤壁进行喷碹处理，使用材料为水、水泥、沙子，比为1：1：2.5。理论上要求喷碹厚度10cm，根据南山矿的实践经验，喷碹厚度在5cm左右即可满足生产要求，可节省大量的水泥、沙子。同样是为了减少与空气接触煤的面积，防止煤与空气接触氧化生温发热达到着火点。尽量防止或避免煤过多的暴露在空气中，从而造成煤体的氧化生温达到着火点发生自燃的思路，通过生产实践而总结出来的生产技术措施。

2、从降低与煤接触空气中氧浓度的思考方向看

（1）短壁布置工作面。由于南山矿综放工作面采用“u+l”型或“e”型或“e+l”型通风系统。对于这几种通风系统的采空区，按漏风大小和留煤发生自燃的可能性采空区可分为三带：冷却带、氧化带、窒息带。靠近工作面的采空区内冒落岩石处于自由堆积状态，

空隙度大，漏风大，氧化生热小而散发热量多，故不能发生自燃，叫冷却带或散热带。冷却带后面一段距离内的岩石空隙度较小，因而漏风小，蓄热条件较好，如果该带的条件保持时间超过其自然发火期，就可能自燃。故此称为氧化带或自燃带。自燃带向采空区内部延伸，便是窒息带。由于该带距工作面较远，漏风甚小或消失，氧浓度低，不具备自燃条件。故此带处于惰化状态，已经发生自燃的留煤也能窒息，故叫窒息带。

根据南山矿的井下地质条件和生产实践经验，南山矿井所贮煤层的三带划分分别为冷却带：3～15m；氧化带：5～20m；窒息带：20m 以上。为了确保采空区留煤能够在煤的自然发火期内进入窒息带，保证不发生自燃，工作面向前推进速度应大于30m/月，同时根据综采设备的生产能力，确定工作面长度最长不能超过155m。

（2）均压防灭火。从理论上来说，在“u”型通风系统下，工作面进风侧与回风侧的风压差的大小，决定了通过工作面的风流风速的大小，而通过工作面风流风速的大小决定了工作面向采空区漏风的速度。由于综放工作面生产时煤尘量较大，保证安全生产对于通过工作面风流的流量及流速的要求较高。因此采用均压防灭火技术具有一定的局限性。

（3）采后及时灌浆注沙封闭。当工作面进入收尾阶段，通过预埋管路向采空区灌浆注沙，并在工作面收尾后及时封闭，防止继续向采空区渗入氧气。

（4）旧巷、两巷注凝胶防火。在两个容器中分别装入水玻璃（主

要成份为sio2）、化肥，和水按1：15的比例充分混合，分别通过两根水管和三通汇入到一根水管内，再通过90型泵注入到煤体内，经过化学反应所生成的化合物2sio3具有阻燃的特性，从而防止煤体氧化生温。该技术由于成本较低，且用于扑灭煤体中的着火点，防止煤层自燃效果较好，因此在南山矿的综放工作面综合防灭火工作中大力使用，获得了较好的效果。

（5）采空区注氮。氮气的气体性质不活跃，属于隋性气体，是空气中的主要成份，具有不可燃的特性，既可以迅速有效地扑灭明火，又可以降低采空区内氧气的浓度，同时液氮还具有冷却降温的作用，可以有效地防止采空区留煤自燃。近年来我国应用氮气防灭火技术发展较快，特别是采用综放工艺的工作面，注氮防火已成为一项重要的安全技术措施。但是由于要求制氮精度较高，生产成本较高，贮存和运输较困难，因此在我矿生产中应用较少。

（6）采空区布置顶板尾巷，防止本层尾巷向采空区扩散空气。布置顶板尾巷的目的是排放煤层及采空区内贮存的瓦斯，顶板尾巷是在顶板煤层中相对于回风平巷内错10～15m布置的一条独头巷道。顶板尾巷应充分做好防漏风工作，防止向采空区内扩散空气。且顶板尾巷不宜距离过长，使煤体长期暴露在空气之中。采用“e”型通风的顶板尾巷不适用于自然发火期较短煤层。

3、从控制产生自热的煤体温度在着火点以下，使煤体降温的思路来考虑，主要有以下技术措施

（1）煤体两巷注水降温。成立了专门的注水队，在上、下两巷