张双楼煤矿24901综采工作面防灭火技术方案

张双楼煤矿24901综采工作面防灭火技术方案

徐攀登

徐矿集团张双楼煤矿 江苏徐州 221616

一、24901综采工作面概况

1、工作面位置

工作面位于24901工作面位于24采区，东邻24采区轨道上山，西邻24采区辅助上山，南邻24900采空区，北部为未采区。工作面地表位于西风井保护煤柱以西，大沙河以东。

2、煤层赋存

工作面地层倾角为16～30°，平均23°，煤层平均厚度约3.13m，工作面中部发育伪顶泥岩，厚度0.1～6m，平均1.5m，影响工作面走向长度约205m，倾向长度约152m。工作面中部发育煤层变薄区，变薄内煤层厚度0.2～1.5m，预计影响工作面走向长度约180m。

3、瓦斯

参照张双楼煤矿2022年矿井瓦斯等级鉴定报告数据：23908综采工作面回采期间CH4相对涌出量为0.0719m3/t，绝对涌出量为0.6196m3/min；CO2相对涌出量为1.1471m3/t，绝对涌出量为0.7001m3/min。

4、煤尘

矿井煤尘具有爆炸危险性，9煤层煤尘爆炸指数39.27%。

5、煤的自燃倾向性及发火期

矿井9煤煤层具有自燃倾向性，为Ⅱ类自燃煤层，自然发火期为45天。

6、地温

矿区恒温带深度30m，温度为16.6°C。其中6线以东-480～-760m原始岩温在31～37℃之间，为一级热害区，-760m以下原始岩温大于37℃，属二级热害区；6线以西-500～-800m原始岩温在31～37℃之间，属一级热害区，-800m以下原始岩温大于37℃，为二级热害区。实测地温平均梯度为2.7℃/100m，其中西翼采区1.6℃/100m，东翼采区3.8℃/100m。该工作面在西翼区域-500m水平以下，为一级热害区。

7、工作面通风系统

工作面采用U型下行通风。24901综采工作面通风路线：地面→老副井→井底车场→-500m水平大巷→-500m水平大巷西段→24901材料道运输反坡→24901材料道→24901工作面→24901溜子道→24采区运输上山联络巷→西翼回风巷→-500m西翼集中回风巷（-500m～-290m轨道上山、-500m～-290m运输上山）→-290m总回风道（西翼增补风道）→西风井→地面。

二、24901综采工作面火灾危险性分析

1、经鉴定，矿井开采9煤煤层自燃倾向性为Ⅱ类自燃，最短自然发火周期为45天；煤层自燃多发生在有大量遗煤的采空区、构造断层处、有顶煤的高冒区等地点。

2、24901综采工作面危险源分析：

（1）工作面回采受矿压影响，材料道上帮煤柱破碎漏风，采空区遗煤容易氧化自燃。

（2）工作面回采过程中过断层，采空区易留遗煤，且过断层期间回采速度减缓，工作面顶煤及采空区遗煤容易氧化自燃。

（3）工作面结束期间，停采时间较长，采空区遗煤容易氧化自燃。

三、24901综采工作面煤层自然发火预测预报指标体系

根据《9#煤层自然发火期和煤自然发火标志性气体及临界值的测定》，结合张双楼矿日常监测数据分析实际情况，生产过程中以CO、C2H4作为煤自燃的主要预测指标，同时以C2H6及其相关系数为辅助指标，准确掌握煤炭自燃所处的阶段，采取相应措施。其详细划分及其临界指标如下表所示。

表1 煤样氧化升温过程中各阶段临界指标

1、测定结论分析

根据9#煤煤样进行氧化升温实验，实验原始数据如表2所示：

表2  94101工作面煤炭自燃标志性气体测定结果原始数据

2、临界值的确定

结合实验数据及张双楼煤矿实际情况确定张双楼煤矿采用以CO、C2H4气体为主，以烯烷比为辅的预测预报煤炭自燃的标志气体指标。根据《煤自然发火标志气体指标检测检验报告》实验原始数据，工作面回风隅角CO浓度明显增加且大于等于20ppm作为CO预警值的临界指标。各指标其他临界值如下：

CO气体浓度：＜20ppm；正常值。

CO气体浓度：≥20 ppm；预警值。

四、24901综采工作面火灾监测系统

1、束管火灾监测系统

在24采区运输上山下车场安装一套ZQC6/6井下束管气体采样装置，在工作面回风巷内向采空区跨步埋设束管，确保束管进气口在氧化带范围，所有束管做好标记，将束管固定在巷道金属网上，距底板高度1.2～2.0m，并采取束管防护措施，防止束管出现砸、碰现象，现场人员保护好束管，以确保束管能连续监测采空区气体变化，气体通过束管抽取到束管气体采样装置，通过装置内有多种激光气体传感器，可以实现CO、CO2、O2、CH4、C2H2、C2H4等各项数据的实时监测，并将该数据实时上传至地面上位机，地面值班人员做好气体监测记录。

2、人工检测

查火员每周对工作面材料道、溜子道托顶煤区域及高冒区、下隅角、3米处、回风等地点进行1次防灭火检查；抽取下隅角、3米处、回风取样，利用GC-4085B型矿井气体多点参数色谱自动分析仪器对气样进行分析，并报领导审阅。

3、安全监控系统

在回采工作面进风巷自然发火观测站处及工作面回风出口向里10～15m处分别安设CO传感器，报警浓度为≥24ppm。实时进行监控，加强监控的巡查、维护，监测中心站发现异常，及时向通风工区及生产调度指挥中心汇报。

4、光纤测温系统

在24采区运输上山下车场安装一套ZWX8矿用分布式光纤测温装置，沿工作面溜子道敷设一趟光纤测温光缆至工作面采空区，对工作面采空区温度实时监控，监测中心站值班人员温度发现异常时，及时向通风工区及生产调度指挥中心汇报。

五、24901综采工作面防灭火系统及设施

1、注浆系统

在-500m～-290m轨道上山下车场建立注浆池，通过管路与工作面注浆系统连接向采空区进行注浆。注浆设备选用BQS30-105/2-22/N矿用隔爆型潜水排沙电泵作为注浆泵。按每推进20m沿材料道上帮向采空区预埋4吋铁管，采用迈步式埋管进行注浆。

注浆路线：-500m～-290m轨道上山下车场注浆池→-500m水平大巷西段→24901材料道运输反坡→24901材料道→24901工作面采空区。

2、注灭火剂系统

在工作面材料道安装2ZBQ10/5型气动双缸泵泵及制浆桶，距工作面不大于300m，与工作面上隅角预埋的管路进行连接进行注MEA-1煤矿防灭火剂，在工作面安装一趟φ19mm的高压软管,每20m预留一个三通阀。水：防灭火剂按1000:8-10的标准进行配比搅拌均匀，通过泵进行灌注。

3、注氮系统

在地面副井安装YJ-FT-1000制氮机，通过井下注惰管路将气体输送到工作面采空区。

4、消防供水系统

24901工作面主要由-376m车场水池进行供水，水池容积112m³。水池至工作面两道均采用四吋管路连接，工作面两道的供水管路每50m设置一个三通阀门。

六、24901综采工作面内因火灾技术方案及措施

（一）工作面安装期间防灭火技术方案及措施

1、工作面安装前和安装期间对开切眼周边煤壁及扩切眼侧破碎离层等自燃危险区域采用直接喷洒阻化剂的措施进行自燃防火的预防。

2、优化工作面设备选型、配套，工作面安装时应加快其速度，尽可能地缩短破碎煤体的氧化时间，并合理调整供风量，减低氧化危险性。

3、安装期间合理调整供风量，减少风量，降低氧化危险性。

4、安装期间加强自燃隐患的检测，瓦检员每班必须进行气体的浓度和温度的监测。

5、对架顶存在的冒落孔洞进行充填并喷浆处理。

（二）24901综采工作面回采期间防灭火技术方案及防治措施

1、确保通风系统稳定。工作面风量必须符合作业规程规定并保持稳定，测风员每周对24901综采工作面风量进行1次测定，任何人不得随意增加或减少24901综采工作面的风量，确保通风系统稳定可靠。瓦斯员每班对沿途通风设施进行检查，发现问题及时处理。

2、生产工艺保障

3、所有下井人员必须带自救器，自救器要按规定进行校验，保证完好，超期的自救器不得使用。

4、当架后有遗煤时，利用预埋注浆管路向采空区注防灭火剂或者注黄泥浆等材料。

5、上、下隅角及时回料，及时拆除顶板锚杆托盘、剪除锚网，不得滞后于切顶线。

6、工作面两道的防尘管路兼作消防管路，定期巡查，发现问题及时处理，保证供水系统稳定可靠，水压、供水能力符合要求。

7、气体监测

（1）瓦斯员采用便携式仪器仪表或者气体测定管，定点每班监测采煤工作面回风隅角、回风流、煤巷高冒处等地点的一氧化碳气体浓度。

（2）束管火灾监测系统

在工作面回风巷内向采空区跨步埋设束管，距底板高度1.2～2.0m，气体通过束管抽取到束管气体采样装置，通过装置内有多种激光气体传感器，可以实现CO、CO

2、O2、CH4、C2H2、C2H4等各项数据的实时监测，并将该数据实时上传至地面上位机，地面值班人员做好气体监测记录。

（3）人工检测

查火员每周使用光干涉甲烷鉴定器、正压式采样器对工作面材料道、溜子道托顶煤区域及高冒区、下隅角、3米处、回风等地点CO、CO2、O2、CH4、t(℃）进行1次检查；同时抽取下隅角、3米处、回风气样，利用GC-4085B型矿井气体多点参数色谱自动分析仪器对气样进行分析，并报领导审阅。

（4）安全监控系统

利用工作面进风巷、回风巷处安设CO传感器，对工作面CO实时监测，监测中心站发现异常，及时向通风工区及生产调度指挥中心汇报。

（5）光纤测温系统

利用光纤测温系统，对工作面采空区温度实时监控，监测中心站值班人员温度发现异常时，及时向通风工区及生产调度指挥中心汇报。

8、在工作面材料道安装2ZBQ120/15型气动双缸泵泵及制浆桶，距工作面不大于300m，与工作面上隅角预埋的管路进行连接进行注MEA-1煤矿防灭火剂，在工作面安装一趟φ19高压软管，每20m预留一个三通阀。

9、利用工作面上隅角预埋注浆管路，每周对采空区进行注浆一次，出浆口在采空区氧化带范围。

（三）工作面回撤期间防灭火技术方案及防治措施

1、工作面停采后，开始降低工作面风量，停采后约为正常风量的一半及以下，满足煤巷通风最低风速及瓦斯管控要求，保持风量稳定至撤架完毕，减少工作面向采空区漏风。

2、工作面推至停采线后，及时在进回隅角建立封堵墙，减少向采空区漏风。

3、加强自然发火隐患检测力度，每班由专职人员进行气体浓度和温度全面测定，及时预报自燃情况。

4、加强机电设备维护，集中力量，优化劳动组织，确保45天内完成封闭。

5、工作面回采结束后，在24901材料道防火门、24901溜子道防火门分别施工1道密闭墙对工作面进行封闭。密闭墙采用双墙充填密闭，每道密闭墙厚不得低于500mm，双墙间隔不得小于3.5m，双墙之间进行充填。密闭外侧离巷口应留有4～5m的距离。（附密闭墙施工位置图）

（四）工作面推进缓慢或停采期间防灭火技术方案及防治措施

1、工作面回采期间提高煤炭回收率。工作面正常回采期间，要加强顶板的管理，尽量跟顶回采，减少遗煤进入采空区。

2、利用工作面上隅角预埋注浆管路，定期对采空区进行注浆。

3、工作面过断层期间，架顶、架后有遗煤时，每天安排人员对遗煤注防灭火剂。插管地点为有遗煤支架架间后尾梁交接处，插管间距不超过5个支架，根据现场情况调整插管间距，插管间距以注灭火剂覆盖架后遗煤区域为宜。

4、加强工作面上下隅角三角点管理。

5、建立自燃发火预测预报制度

（1）防灭火检查点：工作面回风隅角、回风巷、进风巷；工作面材料道、溜子道高冒处等地点。检查内容：CO、CO2、CH4、O2等气体成份，气温、水温；

（2）检测周期：每周一次，架后有遗煤时每周两次，当工作面架后遗煤区域、隅角检测到CO气体时每天一次；

（3）气体分析：每周对采煤工作面及其它可疑的地点必须及时取气样进行气体分析；

（4）建立自然发火监测系统，监测点设立在工作面回风隅角。（5）在回采工作面回风巷外口向里10～15m处安设CO传感器，报警浓度为≥24ppm。实时进行监控，加强监控的巡查、维护，监测中心站发现异常，及时向通风工区及生产调度指挥中心汇报。

（6）自然发火标志气体临界值

结合实验数据及张双楼煤矿实际情况确定张双楼煤矿采用以CO、C2H4气体为主，以烯烷比为辅的预测预报煤炭自燃的标志气体指标。根据《煤自然发火标志气体指标检测检验报告》实验原始数据，当工作面回风隅角CO浓度明显增加且大于等于20ppm作为CO预警值的临界指标。各指标其他临界值如下：

CO气体浓度：＜20ppm；正常值。

CO气体浓度：≥20 ppm；预警值。

6、加强防火检查

7、当工作面推进速度小于30m、生产停滞、煤体进入加速氧化阶段，采取以下措施：

（1）缩短工作面采空区注浆周期，每天进行注浆.

（2）利用泵对工作面采空区注灭火剂。

（3）采空区持续注氮（注惰性气体时根据现场实际情况编制专项措施进行施工）。

（4）如果发现回风隅角的CO浓度持续增高超过20ppm，对遗煤区域可疑点施工钻孔进行注防灭火剂，钻孔参数根据工作面地质情况而定（施工高位钻孔注浆编制专项措施进行施工）。

8、针对工作面停采线要严格按照以下防灭火方案：

（1）收面时加强工作面上网、上钢丝绳期间的顶板管理工作，停采线处的顶板停采时要加强支护，防止出现大面积顶板破碎或离层；提高支架初撑力和支架支护质量，以保持顶板完整不松动，煤壁保持平直，高度必须满足支架拆除和运输的要求，底板浮煤清理干净，为支架的顺利拆除创造良好的运输条件。

（2）工作面回采结束前，施工单位必须采取措施放顶，使工作面两道的顶板冒落严实，防止向采空区漏风，并且要确保停采线以里50m范围内无顶煤，防止工作面结束及拆除期间采空区遗煤氧化自燃。

（3）工作面拆除前按规定每周进行一次防火检查，情况异常时，可随时增加检查次数和缩短检查周期。检查点为工作面回风、上隅角墙内、下隅角墙内及有顶煤的支架架间。架间检查的方法应用木棍绑上皮管伸进架后采空区或通过插入采空区的4'镀锌管抽气检查，插入煤体深度或深入架后空间不少于1m，检查内容为：CH4、CO2、CO、t（℃）等。根据检查的气体、温度的变化情况进行分析，适时增加检查的地点。

（4）为减少进、回风隅角向采空区漏风，停采后及时在进、回风隅角口构筑挡风墙，并根据实际需要对挡风墙外侧喷涂快速密闭等防灭火材料。

（5）利用已预埋注浆管向采空区后方注浆，工作面回采至停采线位置60m时预埋第一趟措施管（4吋铁管），至停采线位置40m时第一趟措施管下方预埋第二趟措施管（4吋铁管），至停采线位置20m时第二趟措施管下方预埋第三趟措施管（4吋铁管）。当注浆过程中工作面出现溢水时，要及时停灌，待水泄走后再灌，工作面回风隅角加大排水力度。