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[摘 要]本文根据元堡煤矿1901综放工作面火灾防治的特点，制定了以建立煤层自燃发火预测预报系统，易自燃发火区域注氮，预防性灌浆，MEA防灭火阻化泡沫防灭火等综合防灭火技术措施。通过技术集成与示范，达到高起点、少投入、强效果，形成一套完整的火灾防治技术体系，保证矿井的安全生产。
[关键词]综放工作面；综合防灭火；安全生产
中图分类号：TU998.13+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0394-02
1 工作面概况
元堡煤矿现开采9号煤层，该煤层顶板底板以砂质泥岩、泥岩为主，结构稳定煤层平均厚度14.33m，采用综合机械化放顶煤采煤法。1901工作面为该煤层首采工作面，工作面两条顺槽均沿煤层底板布置在煤层中。工作面回采方向采用后退式，通风时新鲜风流经运输顺槽进入到综采放顶工作面，乏风由回风顺槽排入到回风大巷。
2 1901综放工作面火灾防治特点
1901综放工作面特点：（1）经鉴定9号煤层吸氧量为0.74 cm3/g，自燃倾向性等级Ⅰ类，为易自燃煤层，最短自然发火期为64天；（2）煤层厚度大，平均煤厚14.33m，局部最厚达到20m，采放比为1：3；（3） 由于煤层厚，采放比大，工作面推进速度较慢，易于造成采空区遗留浮煤的自然氧化；（4）采掘空间大，顶板冒落后形成的采空区空间较大，一旦出现大面积冒顶，采空区积聚大量的瓦斯容易被压出，一旦有火源存在，极易发生瓦斯燃烧和爆炸；（5）1901工作面采空区遗煤在通风的高负压区段，漏风很难杜绝，易导致遗煤自然发火。
3 综合防灭火技术措施
1901综放工作面开采煤层为9#煤，煤层自燃倾向性为容易自燃。该面煤层厚度4.49～20.20m，平均14.33m，回采3.5m，放煤高度10.8m，采放比平均达到1：3，工作面推进速度较慢，采空区浮煤多，自燃发火危险性增大；开切眼、运输巷、回风巷成型时间长和停采期间因撤架完成封闭的时间长，同时“两道两线”的丢煤量大，也容易发生自然发火。因此，搞好首采面防灭火工作是元堡煤矿能否实现安全高产高效的关键[1]。
拟采取的防灭火技术方案是：
1）采用自然发火预测预报技术，建立自然发火预测预报指标体系；
2）确定采空区易于自燃发火区域及其范围的自燃“三带”的现场考察和计算机模拟，以确定工作面的最佳供风量和工作面的最低推进速度；
3）采空区易于自燃发火区域的注氮，主要起到惰化采空区，主要起到防火作用；
4）采空区及两巷高冒和煤壁易于发火区域的密闭技术和灌浆防灭火技术，主要起到控制火势以及灭火效果；
5）采空区及两巷高冒和煤壁易于发火区域的注MEA防灭火技术，主要起到控制火势以及灭火效果；
以上几种防灭火技术的有机结合组成一套综合防灭火措施，其中以采空区注氮和密闭技术以及堵漏风技术主要起到防止自燃的防火作用，易于发火区域以及出现发火迹象后的区域以灌浆防灭火技术为主，注MEA防灭火技术以及密闭技术为辅的防灭火方法。通过技术集成，形成一套完整的火灾防治技术体系，保障1901综放工作面的安全回采。
3.1建立煤层自然发火预测预报指标及其预测预报系统
目前国内用于监测火灾的系统有两种：一是井下型火灾束管监测系统；二是地面色谱束管火灾监测系统，本系统选用JSG6型矿井火灾束管监测系统[2]。
JSG6矿井火灾束管监测系统集实时数据采集、数据分析、数据存储及数据发布功能于一体的矿山气体发火和爆炸性全自动分析、预警、发布系统。系统具有的主要功能有：
1）能实现了对井下自燃标志气体的连续、在线分析，提供的指标气体报警设置功能，可以在实现井下火灾标志气体连续监测的基础上，实现无人职守管理，只有在指标气体超限情况下，才需要进行人工干预。
2）系统使用在线式红外分析仪进行日常在线监测，仪器均为进口产品，可靠性高；
3）系統采用先进可靠的样品采集装置，装置可靠性高，且能实现远程自动监测和控制；
3.2确定采空区易于自燃发火区域及其范围的自燃“三带”现场观测
根据有关煤层自燃发生机理研究，将采空区划分为三带，由里往外依次为窒息带、氧化带和冷却带，冷却带深度一般为20m，氧化带深度一般为20～70m。矿井建设时，应委托有相关科研单位对三带位置进行专项论证，以确保安全生产。
根据以上束管观测结果，结合采空区流场的计算机模拟，以确定工作面采空区自燃“三带”，从而确定工作面的最佳供风量和工作面的最低推进速度[3]。
3.3 采空区易于自燃发火区域注氮，惰化采空区的防火技术
本措施针对1901工作面采空区、煤巷高冒区的防灭火，通常情况下在灌浆方法不适用或防灭火效果不显著时采用，注氮系统采用地面固定式注氮系统。在正常回采过程中可不考虑对工作面采空区进行预防性注氮，但是在遇到工作面地质条件比较复杂或者其它原因工作面推移缓慢时应采用预防性注氮措施。
注氮系统采用3台KGZD-1500型地面固定制氮机，两台工作，一台备用。每次注氮量应根据采空区中氧气的浓度确定，氧气浓度大于7%时开始注氮，小于7%时，停止注氮。注氮同时必须加强均压和堵漏，控制火区漏风；并探明火源位置，向火源点范围连续注入。一般情况下，防火注氮量为5m3/min，不得超过33m3/min；灭火注氮量为8.3～10m3/ min，回风口敞开时取上限，全封闭取下限。
3.4 预防性灌浆防灭火
预防性灌浆是目前我国使用较广泛的一种行之有效的预防煤炭自燃的方法， 1901工作面采用综采放顶煤工艺，灌浆量大，因此选用地面集中灌浆系统。1901工作面设计采用埋管灌浆和洒浆相结合的方法，即在工作面上顺槽布置灌浆管路，采用随采随灌工艺；在工作面倾斜方向布置洒浆管。对于局部煤层自燃地点也可采用打钻灌浆的方法。 灌浆材料采用细粒化后的黄土，土源来自地面取土场，灌浆用水的水源取自处理后的井下排水。泥漿制备方式采用机械搅拌，选用KYJB型行走式泥浆搅拌机，本设备在搅拌泥浆的同时，又能在轨道上行走、实现双向作业。泥浆输送时采用灌浆泵向管路中输送泥浆泥浆输送管路沿回风斜井敷设。泥浆输送管路系统为：地面黄泥灌浆站→回风斜井→9号煤辅助运输大巷→一盘区辅助运输大巷→工作面顺槽→1901工作面。注入采空区浆液中的水一部分会滞留在灌浆区的下部空间，在灌浆区应根据情况建立完善的疏水系统。
3.5 MEA高分子阻化泡沫防灭火技术
MEA高分子阻化泡沫是由防灭火材料MEA-1、氮气、水以及发泡剂通过专用发泡装置发泡而形成的。MEA高分子阻化泡沫兼有了泡沫技术、注氮、MEA-1高分子防灭火材料等防灭火技术的优点，又充分克服了这些技术的不足。
在1901工作面回采过程中，遗留浮煤主要分布于上下煤壁两侧区域，因此，尽量减少上、下煤壁两侧区域的浮煤堆放是减少采空区自然发火的有效措施。。对于这些堆放的浮煤，尤其是上、下隅角的浮煤，最佳处理办法就是用悬浮浆液灌入采空区，覆盖、封堵、惰化这些遗留浮煤，使其失去自燃氧化性。工作面采空区压注MEA阻化泡沫可以采用以下三种方式：（1）在支架处插管压注MEA阻化泡沫；（2）工作面两巷钻孔压注MEA浆液和泡沫处理采空区浮煤。
3.6 有针对性的防灭火措施
在工作面回采不同时期存在易发火时期，所以应针对不同时期开展有针对性的防灭火措施。1901工作面开采煤层厚，1901工作面开采煤层厚，初采期采空区冒落不够严实，采空区漏风较明显，因此降低漏风是初采期防止采空区遗煤自燃的首要任务。工作面推过开切眼进入氧化带后，应向开切眼区域注入氮气，使该区域得到惰化。当工作面因故停采和推进速度慢时，应加强上、下隅角和支架上方自然发火预测预报工作；如出现较长时间的停采，每天应向采空区氧化带进行连续24h注氮。工作面停采撤架时，在保证工作面和回风巷瓦斯不超标的情况下，应尽可能降低工作面通风量，并进行每班连续检测，此时应进行采空区连续注氮和灌浆。
4 结语
该防灭火技术措施根据元堡煤矿1901综放面的实际情况，通过现场调研并结合实测分析，提出采空区注氮和密闭技术以及堵漏风技术等综放工作面综合防灭火技术。通过实施该技术，1901工作面已安全回采，工作面未发生煤层现象。通过防治煤层自燃发火实践，基本摸索出晋北公司防治煤层自燃发火的技术途径，积累了初步的实践管理经验，公司所属煤矿在2014年度未发生煤层自燃和一氧化碳超限现象。
参考文献
[1] 吕锡田.综放工作面开采综合防灭火研究[J].煤矿安全，1996，（3）：9-11.
[2] 孙国清.综放工作面采空区综合防灭火技术[J].建井技术，2005，（10）：5-8.
[3] 王帅领，张炜.综合防灭火技术在10414工作面的应用[J].矿业研究与开发，2012，（10）：63-66.
作者简介：
姓名：杨达明性别：男出生年月：1992年02月名族：汉族籍贯：河南省新乡市学历：硕士职称：学生研究方向：资源开采技术
[关键词]综放工作面；综合防灭火；安全生产
中图分类号：TU998.13+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0394-02
1 工作面概况
元堡煤矿现开采9号煤层，该煤层顶板底板以砂质泥岩、泥岩为主，结构稳定煤层平均厚度14.33m，采用综合机械化放顶煤采煤法。1901工作面为该煤层首采工作面，工作面两条顺槽均沿煤层底板布置在煤层中。工作面回采方向采用后退式，通风时新鲜风流经运输顺槽进入到综采放顶工作面，乏风由回风顺槽排入到回风大巷。
2 1901综放工作面火灾防治特点
1901综放工作面特点：（1）经鉴定9号煤层吸氧量为0.74 cm3/g，自燃倾向性等级Ⅰ类，为易自燃煤层，最短自然发火期为64天；（2）煤层厚度大，平均煤厚14.33m，局部最厚达到20m，采放比为1：3；（3） 由于煤层厚，采放比大，工作面推进速度较慢，易于造成采空区遗留浮煤的自然氧化；（4）采掘空间大，顶板冒落后形成的采空区空间较大，一旦出现大面积冒顶，采空区积聚大量的瓦斯容易被压出，一旦有火源存在，极易发生瓦斯燃烧和爆炸；（5）1901工作面采空区遗煤在通风的高负压区段，漏风很难杜绝，易导致遗煤自然发火。
3 综合防灭火技术措施
1901综放工作面开采煤层为9#煤，煤层自燃倾向性为容易自燃。该面煤层厚度4.49～20.20m，平均14.33m，回采3.5m，放煤高度10.8m，采放比平均达到1：3，工作面推进速度较慢，采空区浮煤多，自燃发火危险性增大；开切眼、运输巷、回风巷成型时间长和停采期间因撤架完成封闭的时间长，同时“两道两线”的丢煤量大，也容易发生自然发火。因此，搞好首采面防灭火工作是元堡煤矿能否实现安全高产高效的关键[1]。
拟采取的防灭火技术方案是：
1）采用自然发火预测预报技术，建立自然发火预测预报指标体系；
2）确定采空区易于自燃发火区域及其范围的自燃“三带”的现场考察和计算机模拟，以确定工作面的最佳供风量和工作面的最低推进速度；
3）采空区易于自燃发火区域的注氮，主要起到惰化采空区，主要起到防火作用；
4）采空区及两巷高冒和煤壁易于发火区域的密闭技术和灌浆防灭火技术，主要起到控制火势以及灭火效果；
5）采空区及两巷高冒和煤壁易于发火区域的注MEA防灭火技术，主要起到控制火势以及灭火效果；
以上几种防灭火技术的有机结合组成一套综合防灭火措施，其中以采空区注氮和密闭技术以及堵漏风技术主要起到防止自燃的防火作用，易于发火区域以及出现发火迹象后的区域以灌浆防灭火技术为主，注MEA防灭火技术以及密闭技术为辅的防灭火方法。通过技术集成，形成一套完整的火灾防治技术体系，保障1901综放工作面的安全回采。
3.1建立煤层自然发火预测预报指标及其预测预报系统
目前国内用于监测火灾的系统有两种：一是井下型火灾束管监测系统；二是地面色谱束管火灾监测系统，本系统选用JSG6型矿井火灾束管监测系统[2]。
JSG6矿井火灾束管监测系统集实时数据采集、数据分析、数据存储及数据发布功能于一体的矿山气体发火和爆炸性全自动分析、预警、发布系统。系统具有的主要功能有：
1）能实现了对井下自燃标志气体的连续、在线分析，提供的指标气体报警设置功能，可以在实现井下火灾标志气体连续监测的基础上，实现无人职守管理，只有在指标气体超限情况下，才需要进行人工干预。
2）系统使用在线式红外分析仪进行日常在线监测，仪器均为进口产品，可靠性高；
3）系統采用先进可靠的样品采集装置，装置可靠性高，且能实现远程自动监测和控制；
3.2确定采空区易于自燃发火区域及其范围的自燃“三带”现场观测
根据有关煤层自燃发生机理研究，将采空区划分为三带，由里往外依次为窒息带、氧化带和冷却带，冷却带深度一般为20m，氧化带深度一般为20～70m。矿井建设时，应委托有相关科研单位对三带位置进行专项论证，以确保安全生产。
根据以上束管观测结果，结合采空区流场的计算机模拟，以确定工作面采空区自燃“三带”，从而确定工作面的最佳供风量和工作面的最低推进速度[3]。
3.3 采空区易于自燃发火区域注氮，惰化采空区的防火技术
本措施针对1901工作面采空区、煤巷高冒区的防灭火，通常情况下在灌浆方法不适用或防灭火效果不显著时采用，注氮系统采用地面固定式注氮系统。在正常回采过程中可不考虑对工作面采空区进行预防性注氮，但是在遇到工作面地质条件比较复杂或者其它原因工作面推移缓慢时应采用预防性注氮措施。
注氮系统采用3台KGZD-1500型地面固定制氮机，两台工作，一台备用。每次注氮量应根据采空区中氧气的浓度确定，氧气浓度大于7%时开始注氮，小于7%时，停止注氮。注氮同时必须加强均压和堵漏，控制火区漏风；并探明火源位置，向火源点范围连续注入。一般情况下，防火注氮量为5m3/min，不得超过33m3/min；灭火注氮量为8.3～10m3/ min，回风口敞开时取上限，全封闭取下限。
3.4 预防性灌浆防灭火
预防性灌浆是目前我国使用较广泛的一种行之有效的预防煤炭自燃的方法， 1901工作面采用综采放顶煤工艺，灌浆量大，因此选用地面集中灌浆系统。1901工作面设计采用埋管灌浆和洒浆相结合的方法，即在工作面上顺槽布置灌浆管路，采用随采随灌工艺；在工作面倾斜方向布置洒浆管。对于局部煤层自燃地点也可采用打钻灌浆的方法。 灌浆材料采用细粒化后的黄土，土源来自地面取土场，灌浆用水的水源取自处理后的井下排水。泥漿制备方式采用机械搅拌，选用KYJB型行走式泥浆搅拌机，本设备在搅拌泥浆的同时，又能在轨道上行走、实现双向作业。泥浆输送时采用灌浆泵向管路中输送泥浆泥浆输送管路沿回风斜井敷设。泥浆输送管路系统为：地面黄泥灌浆站→回风斜井→9号煤辅助运输大巷→一盘区辅助运输大巷→工作面顺槽→1901工作面。注入采空区浆液中的水一部分会滞留在灌浆区的下部空间，在灌浆区应根据情况建立完善的疏水系统。
3.5 MEA高分子阻化泡沫防灭火技术
MEA高分子阻化泡沫是由防灭火材料MEA-1、氮气、水以及发泡剂通过专用发泡装置发泡而形成的。MEA高分子阻化泡沫兼有了泡沫技术、注氮、MEA-1高分子防灭火材料等防灭火技术的优点，又充分克服了这些技术的不足。
在1901工作面回采过程中，遗留浮煤主要分布于上下煤壁两侧区域，因此，尽量减少上、下煤壁两侧区域的浮煤堆放是减少采空区自然发火的有效措施。。对于这些堆放的浮煤，尤其是上、下隅角的浮煤，最佳处理办法就是用悬浮浆液灌入采空区，覆盖、封堵、惰化这些遗留浮煤，使其失去自燃氧化性。工作面采空区压注MEA阻化泡沫可以采用以下三种方式：（1）在支架处插管压注MEA阻化泡沫；（2）工作面两巷钻孔压注MEA浆液和泡沫处理采空区浮煤。
3.6 有针对性的防灭火措施
在工作面回采不同时期存在易发火时期，所以应针对不同时期开展有针对性的防灭火措施。1901工作面开采煤层厚，1901工作面开采煤层厚，初采期采空区冒落不够严实，采空区漏风较明显，因此降低漏风是初采期防止采空区遗煤自燃的首要任务。工作面推过开切眼进入氧化带后，应向开切眼区域注入氮气，使该区域得到惰化。当工作面因故停采和推进速度慢时，应加强上、下隅角和支架上方自然发火预测预报工作；如出现较长时间的停采，每天应向采空区氧化带进行连续24h注氮。工作面停采撤架时，在保证工作面和回风巷瓦斯不超标的情况下，应尽可能降低工作面通风量，并进行每班连续检测，此时应进行采空区连续注氮和灌浆。
4 结语
该防灭火技术措施根据元堡煤矿1901综放面的实际情况，通过现场调研并结合实测分析，提出采空区注氮和密闭技术以及堵漏风技术等综放工作面综合防灭火技术。通过实施该技术，1901工作面已安全回采，工作面未发生煤层现象。通过防治煤层自燃发火实践，基本摸索出晋北公司防治煤层自燃发火的技术途径，积累了初步的实践管理经验，公司所属煤矿在2014年度未发生煤层自燃和一氧化碳超限现象。
参考文献
[1] 吕锡田.综放工作面开采综合防灭火研究[J].煤矿安全，1996，（3）：9-11.
[2] 孙国清.综放工作面采空区综合防灭火技术[J].建井技术，2005，（10）：5-8.
[3] 王帅领，张炜.综合防灭火技术在10414工作面的应用[J].矿业研究与开发，2012，（10）：63-66.
作者简介：
姓名：杨达明性别：男出生年月：1992年02月名族：汉族籍贯：河南省新乡市学历：硕士职称：学生研究方向：资源开采技术