工程师论文：煤层自然发火防治工程实施方案探究

　　摘    要：　以凉山州益门煤矿煤层自然发火防治工程实践为例,简述了煤层自然发火标志性气体指标的在线监测和防治煤层自然发火的主要措施及灭火方法,为矿井实现生产稳定和安全发展提供了可靠保障。

　　关键词：　煤层自然发火; 防治工程; 标志性气体; 灭火方法;

　　0 、引言

　　凉山州益门煤矿按照《煤矿安全规程》第596条“开采有自然发火倾向的煤层或者开采范围内存在火区时，必须制定防灭火措施”的规定[1]，因地制宜制定了《益门煤矿开采煤层自然发火防治工程实施方案》。在实施《益门煤矿开采煤层自然发火防治工程实施方案》过程中，聘请了防灭火专家进行现场指导，按期完成了建设内容。经过近4 a的防灭火工程实践，杜绝了煤层自然发火事故的发生，为矿井的可持续发展提供了保障。

　　1 、煤矿基本情况

　　凉山州益门煤矿（以下简称益门煤矿）位于凉山州会理县益门镇北东3 km处，属地方国有矿山企业。井田区域为益站复式背斜东翼、构造剥蚀高山丘陵区；区域地处横断山系中段东缘，山岭水系多呈南北向展布，外围山峦重叠。矿区呈狭长带状分布，属高中山中切割侵蚀构造地形，沿益门河两岸多属断层形成的单面山。区内槽向冲沟发育，冲沟呈线状流向益门河，区域稳定性较好。

　　该煤矿煤系地层属陆地拗陷沼泽沉积型，含煤地层为三叠系白果湾组。含煤层厚442.76 m，共含煤16层，编号C1～C16，多数为复合煤层，仅C1、C10、C15、C16为单一煤层。煤层厚度及夹石变化较大，各煤层延长1 000～6 300 m不等，总厚度50.32～83.87 m。煤岩成分以亮暗煤为主，次为镜煤，少量丝炭。煤质除C16煤层为无烟煤外，其余为主焦煤或良好的配焦煤。工业牌号有瘦煤、焦煤和无烟煤（次煤）3种。

　　矿井现有可采煤层7层，分别为C1、C2、C3、C6、C11、C12、C16层煤。开采原煤平均挥发分在5.53%～8.12%，属中高灰、低中硫、中热值无烟煤，全硫平均值在0.67%～0.80%，属低硫煤，各煤层水分平均在1.00%～4.04%，煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级（自燃煤层）。各煤层顶底板岩性相似，纵横岩相变化迅速，缺乏标志层，常为厚薄不等的石英细砂岩、粉砂岩、钙质与砂质粘土岩交错互层。
 

　　矿井2020年度瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井，矿井瓦斯绝对涌出量为5.866m3/min，相对瓦斯涌出量为5.276m3/t；二氧化碳绝对涌出量为6.405 m3/min，相对涌出量为5.761 m3/t。

　　矿井2020年核定生产能力60万t/a。矿井采用的开拓方式为综合性开拓，即平硐开拓+斜井开拓。开采+1 941 m标高以上煤层，由+1 941 m主平硐、+2 024 m副平硐等巷道构成开拓开采系统；开采+1 941 m水平以下煤层时，由+1 941 m主斜井、+1 941 m副斜井等巷道构成开拓开采系统；矿井回风集中由+2 142 m回风井回风。

　　矿井现有3个水平，其中生产水平2个，接替水平1个。2个生产水平为+1 941 m水平（一水平）和+2 024 m水平（二水平），1个接替水平为+1 810 m水平（三水平）。现有生产采区3个，即12综采区、23综采区和22采区，接替采区2个，即21采区和25采区。现有生产工作面2个，即1212采煤工作面和2232采煤工作面。

　　矿井采煤方法为综采支架水平分层放顶煤开采法。回采工作面采用U型布置，综合机械化或爆破落煤回采工艺；煤皮假顶+全部垮落法管理采空区。

　　矿井通风方式为中央边界式通风方式，通风方法为机械抽出式通风方法，工作面采用U型通风。新鲜风流自+1 941 m主平硐、+1 941 m主斜井、+1 941 m副斜井、+2 024 m副平硐分别进入井下硐室及各用风地点，泛风汇集于+2 142 m回风井回出地表。

　　矿井在+2 142 m回风井安装2台FBCDZ№20型轴流式通风机，每台通风机配有防爆电动机2台，电机容量2×185 k W，电压380 V。矿井总进风量为5 243 m3/min，总回风量为5 416 m3/min。矿井通风等积孔为2.15 m2。采用主要通风机反转反风。

　　2 、煤层自然发火防治工程实施方案

　　2015年5月，矿井按照《益门煤矿采掘计划安排》和《益门煤矿灾害防治与处理计划》的要求，由矿总工程师牵头，组织相关的工程技术人员编制了《益门煤矿开采煤层自然发火防治工程实施方案》。主要内容有：

　　(1）成立煤层自然发火防治工作领导小组。组长、副组长分别由矿长、总工程师担任。成员由总工办、调度室、安检科、通风科、供应科等相关部门负责人组成。领导小组下设办公室，该办公室设在总工办，由总工办主任兼任办公室主任。

　　(2）矿井主要运输巷、总回风巷、各水平阶段巷、采区上山等布置在煤层底板砂岩内；工作面顺槽等煤层巷道采用U型钢+喷浆支护；工作面长度不得超过70 m，推进长度必须控制在300 m以内；工作面煤炭采完15 d必须封闭。

　　(3）回采工作面采用后退式回采、U型通风；风门双向联锁设置。

　　(4）在矿井总回风巷等各个测风站、工作面回风巷距全负压风流汇合处10～15 m、皮带机头下风侧15 m等处设置CO传感器。在中央变电所、采区变电所、总回风巷、工作面等处设置温度传感器；在皮带机头下风侧15 m处设置烟雾传感器。

　　(5）采用JSG9型井下移动式火灾气体束管采样系统，对H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C2H2等9种气体含量进行在线监测。采用CO作为该矿煤层自燃早期预测预报指标气体，并辅以C2H6、C2H4、C2H2等指标来判断煤炭自燃情况。

　　(6）煤层自燃监测点布置在易发火区域、高负压区域、恒定的漏风处，并排除炮烟、温差自然风压的影响。

　　(7）井下气体采集主要采用人工采集和JSG9型煤矿自然发火束管监测系统采集2种方式，并使用便携仪、瓦检仪和气相色谱仪进行分析。

　　(8）采用束管采样系统、气相色谱仪和气体采样控制柜对矿井易发火区域（高冒处、充填不充分的采空区、工作面回风隅角）的煤体进行监测分析，并及时作出预报。

　　(9）矿井在+2 100 m水平、+2 024 m水平和+1 941 m水平各建立1个容量均为200 m3的水池，作为井下消防洒水及供水施救的高位贮备水池。同时，主供水管与生活主供水管路之间设联络闸阀隔开。高位水池采用管径为108 mm、壁厚为6 mm的输水管与井下各水平大巷消防洒水（供水施救）管道相连；井下消防、洒水管网延伸到各采掘工作面。各水平大巷及上山消防、洒水管路采用管径为65 mm、壁厚为6 mm的输水管，每隔50 m设置有准50 mm支管和阀门各1个，供井下消防及冲洗巷道使用。各采掘工作面管路采用管径为26 mm的软质胶管为输水管。采区内每个转载点设洒水器，机、风巷设有喷雾降尘设施等。在井下运输机、转载点和卸煤点等设置若干喷头。在采煤工作面回风巷，掘进工作面下风向20 m处设置风流净化水幕；对井下所有的主要运输巷道、主要回风巷道、上下山和正在掘进的巷道等实施巷道冲洗。

　　(10）若矿井某区域风流中出现CO、CO2并呈上升趋势，煤岩空气和水温升高并超过正常温度，风流中氧含量降低并呈上升趋势等，必须及时报告矿调度室，并及时处理。

　　(11）对煤炭自燃区域，根据火区情况，可采用移动式喷洒系统进行灭火；也可采用添加有阻化剂的水或直接挖出火源、封闭火区等直接灭火法快速灭火。

　　3、 煤层自然发火防治工程实施效果

　　该矿井从2016年6月开始，投资800万元实施煤层自然发火防治工程建设，2017年1月完成煤层自然发火防治工程建设主要项目，并验收合格。通过近4 a时间的煤层自然发火防治工程实践，杜绝了煤层自然发火事故的发生，为矿井实现生产稳定和安全发展提供了可靠保障。