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2 0 1 2 年8 月 矿 业安 全 与 环保 第3 9 卷第4 期 大佛寺煤矿 4 0 1 0 4综放工作面火区启封 安全回撤技术实践 陈跟马， 张进军， 昝军才， 李新会 彬 长集 团 大佛寺矿业公 司， 陕西 彬 县 7 1 3 5 摘要 根据大佛寺煤矿 4 0 1 0 4综放工作面现状 ， 分析 了火区启封条件， 提出启封回撤方案， 以及启封 回撤期间的通风方式、 瓦斯抽采技术 ， 堵漏、 注氮、 打钻注浆 等一系列防灭火技术措施。实践证 明， 启封 回撤期间的安全技术方案实施后， 保证了工作环境的 C O浓度、 C H 浓度、 温度、 风量满足安全要求， 将 设备顺利 、 安全地撤出了工作面。 关键词 火区； 启封 回撤 ； 瓦斯治理； 防灭火 中图分类号 T D 7 4 5 ． 2 3 文献标志码 C 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 0 1 2 0 4 0 0 5 5 0 3 矿井火灾是煤矿 的五大灾害之一 ， 其 中煤 自燃 火灾 占矿井火灾总数的 9 0 ％ 以上 J 。针对煤 自燃 火灾 ， 一般采用直接灭火措施 ， 当措施无效或安全性 不能得到保证时 ， 应尽快封 闭火区_ 3 j 。如果有较多 设备未来得及回撤 ， 应在合适条件下 ， 进行工作面火 区的启封回撤。针对彬长公司大佛寺煤矿的实际条 件 ， 提出了高瓦斯矿井煤 自燃火 区的启封 回撤方案 及相应的安全保 障技术措施 ， 可为类似矿井 的安全 启封 回撤提供借鉴。 1 矿井概况 大佛 寺煤矿 4 0 1 0 4工作 面可采煤 层走 向长度 1 7 6 8 m， 倾斜长度 2 6 0 m， 采高 3 ． 8 m， 采用走 向长 壁后退式 综 合 机械 化采 煤。该 工作 面 于 2 0 0 8年 2月2 9日初 采 ， 2 0 0 9年 2月 2 0 日停采开始 扩帮 回 撤 ， 2 4日扩 帮支 护基 本完毕 ， 在 回撤时发生外 因火 灾 ， 及时进行 了封闭。并于 同年 6 7月 ， 分别 在 回 风联络巷 、 回风巷 、 运输巷及泄水巷构筑 4道 2 m 1 m 且 中间加 3 m黄土永久防火墙 ， 对工作面进行了 封 闭。封 闭后 主要 采 取黄 泥 灌 浆 、 注 N 、 注 液态 C O 、 均压 、 注马丽散堵漏 ， 以及人工取样束管分析和 人工观测等综合防灭火手段进行治理。 2 启 封条件及方 案 2 ． 1 启封条件 对灾 区实施上述综合 防灭火措施之后 ， 在启封 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 2 6 ； 2 0 1 2 0 5 2 2修订 作者简介 陈跟马 1 9 6 4 一 ， 男， 陕西富平人， 高级采矿工 程师， 现任陕西陕煤彬长矿业集团大佛寺矿业公司党委书记、 总经理 。 前 ， 对灾区进行了共 2个月的气体观测 ， 灾区密闭墙 内气体组分相对稳定 ， 具体指标如下 1 封闭区内的空气温度下降到 2 3℃以下 ； 2 封 闭 区 内空 气 中 O 体 积 分 数 降 到 0～ 3． 0％ 3 封闭区空气 中不含 乙烯 、 乙炔， C O体积分数 在封闭期间内逐渐下降， 经持续观察一直保持稳定 ， 现测定为 0 ； 4 封闭区的出水温度为 1 9℃； 5 以上指标持续稳定时间在 6 0 d以上。 经分析 ， 各种气体浓度均符合 煤矿安全规程 规定 J ， 工作面具备启封条件。 2 ． 2启封回撤方案 2 ． 2 ． 1 回风巷密闭墙处启封 1 首先对 回风巷 9 5 m失修巷道进行维修。在 采 区变 电所 回风通道安装 2台风机 ， 风筒延接到 回 风巷密闭墙前 ， 打开 回风巷密闭墙 ， 进行瓦斯 排放 ， 采用缩封法将 回风巷密 闭墙移至工作面后 出 口， 工 作面处于锁风状态 ， 然后打开回风联络巷密闭墙 ， 形 成全负压通风系统后， 对 冒顶 区段进行维修 ， 其断面 积控 制 在 6～8 m ， 维 修 至工 作 面 后 出 口， 再 对 4 0 1 0 4回风联络巷 3 0 m至灌浆巷 口、 灌浆巷 8 0 m进 行维修。 2 回风通道维修。从 回风巷 回风通道 口采用 缩封法维修至工作面， 断面积 6 m 。 3 对工作面机尾 2 0 m冒顶区进行维修 。 2 ． 2 ． 2 运输巷密闭墙启封 1 首先对运输联络巷及运输巷 1 7 0 m进行维 修 ， 同时底板打地坪。 2 运输巷密闭墙启封 在 回风巷侧维修工作完 5 5 2 0 1 2 年8 月 矿 业安 全 与环保 第3 9 卷第4 期 成后 ， 对运输巷密闭墙破闭启封 ， 工作面形成全负压 通风系统 ， 同时 ， 对工作面撤架通道挖底维修 。 工作面启封后 的通风系统 4 0 1 0 4运输联络巷一 工作面一回风巷一 1 总回风巷 ， 见图 1 。 袖 I 注氮 管路 I 4 o 1 0 4 工 作面 燃 1 ． ． ● 卜 一 葛 _ Iq l 。 g -▲ 寸 l l ．2 I 袖 I l 囊 ’ 0 0 寸 1 l 萨六巷 ＼ ＼ 2 水 泵 房 l。⋯ ⋯． l L ’ 一 。l l _ 1 总 回风 巷 -_ ■ ～一 2 总回风巷 图 1 4 0 1 0 4工作面启封后通风系统示意 图 2 ． 2 ． 3 回撤顺序及方法 回撤顺序 转载机一 破碎机一运输巷超前架一 工作 面刮板输送机一 采煤机一工作面支架 由机尾 向机头方向回撤 。 运输巷及 工作面设备采用胶轮车运输 ， 支架采 用 F B L一 1 0牵引 车搬运。大件设 备采用 F B L 一1 0 、 MH一 4 0车搬运 ， 小件设 备采用 WC Q一 5 B、 F B Z L 一 1 6 车搬运 。 3 回撤期 间瓦斯及火灾 防治技术 3 ． 1 通风 防 治瓦斯 技术 4 0 1 0 4综放 工作 面在 回采 期 间瓦斯 涌 出量 为 6 5 m ／ m i n 左右 ， 停采扩帮期间工作面瓦斯 涌出量为 2 0 m ／ m i n 。预计在 4 0 1 0 4回撤期 间瓦斯涌 出量 为 1 5～ 2 0 I n ／ m i n ， 其中风排 3 m ／ m i n ， 其余采用瓦斯抽放 的方式进行排放。工作面配风量为5 0 0 m 3 ／ m i n 。 1 工 作 面 回撤 前 ， 在 灌 浆 巷 内施 工 1 0个 q 1 5 3 m m瓦斯抽放钻孔 ， 实施 回撤期 间高位瓦斯抽 放 。钻孔终孔位置为煤层顶板 向上 5 1T I ， 滞后工作 面 1 0～3 0 i n 。灌 浆 巷 及 回风 巷 内支 管 路 选 用 q b 3 1 5 m m P E管， 与 3 瓦斯抽放系统 螂 2 o m m管路对 接， 该系统设计负压为5 6 k P a ， 流量为2 13 0 IT I ／ ra i n 。 2 在消火道至采 区变 电所 回风通道拐角处施 工一钻场 ， 规 格为 3 ． 5 m 4 ． 0 IT I 2 ． 4 I n 长 宽 5 6 高 ， 在钻场施工 8个 q b 1 5 3 m m抽放钻孔 ， 仰角 6。 ， 方位角 6 8。一 9 2。 ， 孔长 4 5 5 1 i n ， 总工程量 3 8 3 I n 。 钻孔开孔高度 1 ． 5 m， 孔间距 1 m， 终孔位置伸向支 架后1 5 IT I ， 终孔 间距 4 IT I 。消火道 内瓦斯抽放 管路 选用 b 3 1 5 m i ll P E管 ， 与 4 0 1 0 4灌浆巷共用 3 瓦斯 抽放系统 。钻孔位置及参数分别见 图2和表 1 。 图2 4 0 1 04 消火道瓦斯抽放钻孔布置示意图 3 工作面 回撤期 间， 通风系统分为两个 阶段 。 工作面回撤至回风通道前为第 1阶段 ， 在运输巷距 工作面 1 0 m处设置瓦斯和风速监测点 ， 在工作面设 置瓦斯监测 点 ， 在 回风巷距 工作面 1 0 m处设 置瓦 斯 、 C O和 温 度 监 测 点 ； 回风 通 道 至 运 输 巷 段 为 第2 阶段 ， 该 阶段将工作面 回风巷 至 回风通道段进 2 0 1 2 年8 月 矿 业安 全 与环 保 第3 9 卷第4 期 表 1 瓦斯抽放孔参数 行封闭， 在 回风通道进 口增加瓦斯监测点 ， 将第 1阶 段 回风巷的监测点移至距 回风通道出 口 1 0 m处 ， 其 他监测点不变。 4 回撤初期 ， 在 4 0 1 0 4工作面运输巷安设 甲烷 传感器 ， 瓦斯断电浓度为 0 ． 5 ％ ； 在 4 0 1 0 4回风巷距 工作面 1 01 5 m处安设甲烷 、 温度和 C O传感器各 1 台 ， 瓦斯断 电浓度 为1 ． 0 ％ ； 在工作 面作业地点 安 设甲烷传感器 1台， 具体安设位置随作业地点变动 进行调整 ， 瓦斯断电浓度为 1 ． O ％。以上传感器断电 范围均为工作面及回风流中所有非本质安全型电气 设备。 5 为了保证 回撤期间撤架通道 的正常通风 ， 回 撤时在通道内架设木垛对顶板进行临时支护， 木垛 规格 2 m x 2 m， 木垛 中心距 3 m， 距煤 墙 1 ． 0 1 ． 5 m， 保证 回撤通道通风断面面积不小于 4 m 。 3 ． 2防灭火技术 3 ． 2 ． 1 施工消火道 工作面启封前， 在超前停采线 2 5 m处， 从运输巷 沿煤层顶板 向回风巷施工 1条消火巷道 ， 与采区变电 所 回风通道连通， 巷道断面2 ． 4 mx 3 ． 5 m 高 宽 。 在消火道布置 4台 Z D Y一 1 9 0 0 S钻机 ， 向采空区施 工 5 4个 Ol 1 3 r i l l n 注凝胶钻孔 ， 仰角 3。 ～ l 1。 ， 方位角 9 0。 ， 钻孔孔长 4 2 m， 总工程量 2 3 4 8 ． 4 m； 钻孔开孔 高度 1 ． 5 m， 孔间距 5 m， 终孔位置伸向支架后1 0 m， 终孔间距 5 m。钻孔布置见图 3 。 萤 歉 道． 0 f [1 0 一 f 十 I a 量 ＼ 染 怆 0 置 0 l f | | | l l l＼、 f} |l l I ， l ■ ■ ■ ■属 ■ ■ I ■ ■ l l ■ ● I● ■ _ l ■ ● l l ■ ■ __ ■ ●_ ■ ■ l ■ 叫 ■慢 ■ ■ _ _ ■ ■ ■ ■ ■ _ ■ _● I _ ■ I l _ ■ I_ ■ _ l ■ ■ l I _ ● I_ ● _ {瓶 - ■ n ● J ／ ／ ／ ⋯ ＼ ＼ ＼／ ／ { l ＼ l | 图3 4 0 l 0 4消火道注凝胶钻孔布置示意图 钻孔施工完毕后 ， 开始灌 注凝胶 ， 形成架 后凝胶 墙 ； 同时， 根据采空区气体变化情况 ， 在适当时间通过 钻孔 向凝胶墙后灌注三相泡沫。 3 ． 2 ． 2 采空区注氮技术 在工作面下隅角 向采空 区进行插管注氮 ， 滞后工 作面 2 0 m， 2 4 h不 间断 向采 空 区注氮 。注氮流量 为 7 0 01 0 0 0 m ／ h 。氮气体积分数大于 9 7 ％ ， 当 4 0 1 0 4 工作面的作业地点 、 回风流氧气体积分数低于 1 8 ％时 停止注氮 ， 同时通过消火道钻孔向采空区注氮。 3 ． 2 ． 3 黄泥灌浆及注三相泡沫 在 4 0 1 0 4消火道 向工作面采空区施工注胶孔 ， 孔 径 1 0 8 m m， 适时对采空区进行灌浆及三相泡沫。 3 ． 2 ． 4 气体监测 工作面回撤期间， 安排 2名专职瓦斯检测员， 一 名负责4 0 1 0 4回风巷、 消火道气体监测， 另一名负责 工作面回撤作业地点气体监测 。检测内容包括 C H 、 C O 、 C O、 0 气体浓 度 以及温度 等变化情况 ， 每班检 查 、 汇报 4次 ， 同时对工作面抽放钻孔 、 上隅角每班取 一 次气样 ， 进行束管监测分析。 3 ． 2 ． 5 其他措施 1 支架 回撤后 ， 在其相邻 的区域进行气雾阻化 。 2 回撤前 ， 每天安排专人对 4 0 1 0 4各密闭墙 内气 体组分、 温度 、 压差等进行检查 ， 根据检查结果采取相 应措施 ， 降低密闭墙间压差 ， 减少工作面漏风。 3 回撤 前 ， 在 4 0 1 0 4灌浆 巷 口， 运 输巷 、 回风 巷距三又 口向里 1 0 m， 以及 回风通 道距 回风巷 口 向里 5 m等地方构筑永 久防火 门。回撤 期 间 ， 若工 作面 C O浓 度 出现 异 常 难 以控 制 ， 立 即关 闭 防火 门 。用卡弗 尼 预 制 块进 行 密 闭 ， 并 用 喷 涂 材料 喷 涂 ， 对工作 面进 行紧急封闭 。随后立 即在 临时密 闭 外构筑密闭墙 。 下转第6 0页 5 7 2 0 1 2年8月 矿 业安 全 与 环 保 第3 9 卷第4期 撞楔 ， 将其放在 U型棚棚梁上 以 3 0 0 mm间距 均匀 布置 ， 撞人迎头破碎煤岩体 中。再对松散煤岩体注 浆 ， 在构造好的人工顶板进行套 u型棚加强支护 ， 加 固人工顶板充填冒空区。巷道修复过程按 照破碎 围 岩注浆加固、 构造人工顶板 、 掘进并支护循环施工、 高深冒空区注浆充填 ， 直到完全通过垮落带 。 4 ． 2巷道冒顶预防措施 1 对于顶板上覆岩层含水丰富时 ， 采用注浆加 固的方法对破碎带 、 断层及裂隙发育区域进行加 固， 封堵 由裂隙所形成 的“ 导水通道” ， 防止岩层水对顶 板岩体的侵蚀 ， 提高顶板 围岩强度 。 2 加强对破碎带、 断层及裂隙发育区域顶板 、 两 帮位移量等观测 ， 发现顶板淋水、 下沉及两帮位移量 加大等矿压现象时， 及时采取加 固措施。对采取挑棚 加固措施时， 严禁 随意挖底重新施工挑棚 ； 对顶板下 沉大于 5 0 0 m l ／ l 及时采取套 U型棚进行复合支护 ， 必 要时可以采取喷注浆进行加固， 以预防顶板垮落。 3 对于在其他掘进过程中遇到破碎带、 断层及裂 隙发育区域等复杂条件时， 由于顶板压力过大， 若采用 被动 u型棚支护， 会造成巷道变形严重 ， 后期维护困 难 ， 可先采用锚联网高预应力复合主动支护， 并加强此 段区域观测， 发现顶板淋水、 下沉及两帮位移量加大等 矿压现象时， 及时采取加固措施， 对顶板下沉严重的采 取套 u型棚进行双重支护技术， 必要时可以采取喷注 浆进行加固， 有效支护围岩 ， 降低后期维护成本。 5 结语 1 断层发育 、 顶板破碎 、 上覆 岩层含水 丰富侵 蚀岩层 ， 以及挖底重新施工挑棚 ， 造成在失去了主动 支护之后 ， 又减小 了被动支护的强度， 导致顶板整体 离层 ， 锚杆 索 作用失效 ， 锚杆 索 被拔 出、 脱落 ， 造成巷道顶板失稳垮落。 2 针对垮落巷道顶板破碎程度高 、 围岩稳定性 差 、 巷道随掘随漏的特点 ， 提出撞楔法构造人工顶板 并对冒顶区域进行临时支护 ， 及时对顶板进行注浆 加固、 冒空区注浆充填 ， 有效改善 围岩应力状 况 ， 提 高围岩稳定性 ， 有利 于后期巷道修复。该技术在保 证安全施工的同时也降低 了劳动强度 ， 提高 了修复 效率 ， 为 冒顶巷道修复工作提供 了技术保障。 3 根据顶板垮 落失稳 的原 因， 提 出了在破 碎 带 、 断层及裂隙发育等异常区域 ， 以及地质异常带附 近要及时调整和优化其支护形式及参数 ， 加强顶板 控制 ， 密切注意顶板变化 ， 发现顶板淋水 、 下沉等矿 压现象时 ， 要及时采取加固措施 ， 以预防顶板垮落。 参考文献 [ 1 ]刘红岗， 贺永年， 韩立军， 等． 松软泥岩巷道大冒顶综合 治理技术的研究[ J ] ． 金属矿山， 2 0 0 7 ， 3 4 1 4 5 4 7 ． [ 2 ]姚强岭， 李学华， 瞿群迪， 等． 泥岩顶板巷道遇水冒顶机 理与支护对策分析[ J ] ． 采矿 与安全工程学报， 2 0 1 1 ， 2 8 1 2 8 3 3 ． [ 3 ]王景义， 葛胜文， 孙亮． 高预应力复合主动支护系统在回 采巷道的应用[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 1 0 ， 3 8 1 9 1 2 ． [ 4 ]曾佑富， 伍永平， 来兴平， 等． 复杂条件下大断面巷道顶 板冒落失稳分 析 [ J ] ． 采 矿 与安全工程 学报， 2 0 0 9 ， 2 6 1 4 2 3 4 2 7 ． [ 5 ]肖同强， 柏建彪， 李金鹏， 等． 断层附近煤巷锚杆支护破 碎围岩稳定机理研究[ J ] ． 采矿与安全工程学报， 2 0 1 0 ， 2 7 4 4 8 2 4 8 6 ． [ 6 ]刘洪林， 柏建彪， 马述起， 等． 复杂条件下大断面巷道顶 板冒落失稳分析[ J ] ． 煤炭工程， 2 0 1 1 4 7 6 8 1 ． 责任编辑 卫蓉 上接第5 7页 4 结语 1 在工作面前方施工 1 条消火道 ， 在消火道施 工注胶孔 ， 灌注高分子凝胶 ， 形成 1道凝胶墙 ， 有 效 地杜绝了向采空区漏风。 2 从消火道 向回风巷配备一定的风量 ， 既可以 稀释瓦斯 ， 又能根据工作面压差调节风量起到均压 作用。 3 从全负压通风到全部回撤 ， 用 时 3 6 d ， 组织 合理 ， 各项措施落实 ， 工作面的快速回撤为缓解工作 面防灭火压力提供了时间和条件。 4 在 回撤过程 中， 实施气雾阻化 、 架后撒盐 、 注 6 O 氮 、 补胶等综合防灭火措施 ， 为工作面安全回撤积累 了宝贵的经验。 参考文献 [ 1 ]黄伯轩． 采场通风与防火[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 99 2． [ 2 ]徐精彩， 张辛亥， 文虎， 等． 煤层 自燃胶体防灭火技术理 论与技术[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 2 o 0 3 ． [ 3 ] 陈久福． 高瓦斯突出矿井封闭火区治理技术[ J ] ． 矿业安 全与环保 ， 2 0 1 1 ， 3 8 3 6 1 6 3 ． [ 4 ] 国家安全生产监督 管理 总局， 国家煤矿 安全 监察 局． 煤 矿安全规程[ S ] ． 北京 煤炭工业出版社， 2 0 1 0 ． 责任编辑 卫蓉
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