寶日希勒第一煤礦厚煤層自然發(fā)火防治

1概述

寶日希勒第一煤礦隸屬于寶日希勒煤業(yè)股份有限公司，該礦始建于1982年，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為45萬(wàn)t，1985年1月投產(chǎn)。

該礦主要運(yùn)輸大巷、主膠帶運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷全部布置在煤層中，礦井原設(shè)計(jì)通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式。礦井投產(chǎn)時(shí)回采工作面采用分層開(kāi)采，礦井沒(méi)投產(chǎn)巷道內(nèi)煤炭就開(kāi)始自然發(fā)火，回采工作面采完一分層，二分層剛開(kāi)采，采空區(qū)及采煤工作面前后順槽就開(kāi)始自然發(fā)火；礦井從1985年投產(chǎn)到1989年底，井下所有的巷道全部被火區(qū)和高溫點(diǎn)包圍著。井下火區(qū)總數(shù)多達(dá)38處之多，有的幾個(gè)火區(qū)已經(jīng)連成一片。1989年12月，由于井下車(chē)場(chǎng)自然發(fā)火嚴(yán)重迫使礦井停產(chǎn)半年。因煤層自然發(fā)火影響凍結(jié)可采煤炭75萬(wàn)t，致使礦井生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)走向低谷。為了確保生產(chǎn)，寶一礦把防滅火工作放在首位，組建了270多人的專(zhuān)業(yè)防滅火隊(duì)伍。投入了大量的防滅火設(shè)施，建立了2個(gè)黃泥灌漿站。到1994年井下火區(qū)還多達(dá)29處。1997年在輔助水平邊界建了個(gè)新風(fēng)井，礦井通風(fēng)方式由中央并列式改造成中央并列式和中央分列式混合式通風(fēng)。通過(guò)風(fēng)井改造和采用新采煤方法（單休液壓支柱，π型鋼梁一次性采全高放頂煤）后，寶一礦厚煤層自然發(fā)火得到有效的控制。從而促進(jìn)了寶一礦安全生產(chǎn)，2002年該礦生產(chǎn)原煤62.13萬(wàn)t，2003年生產(chǎn)原煤66.49萬(wàn)t。

2厚煤層自然發(fā)火影響因素分析

2.1通風(fēng)方式對(duì)厚煤層自然發(fā)火的影響

寶日希勒第一煤礦，煤炭自然發(fā)火期為3～6個(gè)，最短7～15 d就可自然發(fā)火，煤層可采平均厚度14m。1985年—1997年礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式。礦井主要軌道運(yùn)輸巷、集中膠帶運(yùn)輸巷、回風(fēng)總排都布置在煤層中，巷道與巷道之間隔離煤柱30m。該礦煤層層理發(fā)育，節(jié)理不發(fā)育。入風(fēng)巷和回風(fēng)總排布置在煤層里，這種設(shè)計(jì)給中厚煤層自然發(fā)火創(chuàng)造了條件。巷道粗料石砌碹壁后充填不實(shí)，存在裂隙；隔離煤柱層理發(fā)育裂隙較多存在漏風(fēng)現(xiàn)象；入風(fēng)巷與回風(fēng)總排隔離煤柱存在較大壓差，造成漏風(fēng)為厚煤層氧化發(fā)熱自然發(fā)火提供了充足氧氣，因而造成巷道壁后自然發(fā)火。寶一礦雖然經(jīng)采用多種方法滅火效果均不理想，截至1997年，厚煤層自然發(fā)火火區(qū)總數(shù)仍多達(dá)29處。

2.2采煤方法對(duì)厚煤層自然發(fā)火的影響

寶一礦礦井投產(chǎn)初期，采煤工作面是采用傾斜長(zhǎng)壁金屬網(wǎng)假頂分層開(kāi)采，工作面傾斜長(zhǎng)為440m，工作面寬度為120m。1個(gè)工面分5層開(kāi)采，1個(gè)分層要采完需半年多。采完一分層，二分層剛開(kāi)采，采煤工作面前后順槽就開(kāi)始自然發(fā)火，采二分層時(shí)火區(qū)跟著回采走。工作面前后順槽都自然發(fā)火，火區(qū)經(jīng)地面打鉆孔滅火，井下輔以黃泥灌漿、打封閉等措施滅火僅能維持生產(chǎn)。采煤工作面采用傾斜長(zhǎng)壁金屬網(wǎng)假頂分層開(kāi)采設(shè)計(jì)不合理：①工作面浮煤回收不凈，浮煤暴露在采空區(qū)里慢慢氧化，積熱自然發(fā)火。②工作面回采時(shí)間長(zhǎng)是造成工作面煤層自然發(fā)火的主要原因。③采一分層后就準(zhǔn)備下一分層備采工作面，易造成上分層采空區(qū)和下分層巷道漏風(fēng)引起煤層自然發(fā)火。④多分層開(kāi)采，工作面開(kāi)切聯(lián)絡(luò)巷多，打臨時(shí)封閉多，漏風(fēng)較嚴(yán)重易造成聯(lián)絡(luò)巷口煤層自然發(fā)火。⑤為了控制主要入風(fēng)巷、回風(fēng)巷、采空區(qū)等火區(qū)供氧狀態(tài)把回采工作面風(fēng)量壓縮在180～240m³/min之間。

分層開(kāi)采雖經(jīng)多種方法滅火，但滅火效果均不理想。

3厚煤層自然發(fā)火綜合防治措施

（1）地面黃泥灌漿系統(tǒng)。①寶日希勒第一煤礦在回風(fēng)總排上建1個(gè)永久黃泥灌漿管路，套皮孔管為100mm，灌漿管路為100mm，灌漿用土用汽車(chē)從外地運(yùn)來(lái)，灌漿用水使用井下水，灌漿成本較高，每立方土運(yùn)到灌漿站費(fèi)用為30元。②建多個(gè)臨時(shí)黃泥灌漿站，直接從地面打套皮孔，把套皮窩入地下2m深，在套皮外套上防護(hù)過(guò)濾網(wǎng)，就地用水槍取土造漿，當(dāng)造漿濃度不夠時(shí)再深窩套皮孔。每個(gè)套皮孔能運(yùn)送5000m³實(shí)方土就報(bào)廢（煤礦地表50cm以下至20m深處全部是亞砂土，該地粘性不大較松散無(wú)其它雜質(zhì)非常適合灌漿）。灌漿用水取礦井排水，井下用移動(dòng)灌漿管路數(shù)量較少，取土成本降低，臨時(shí)灌漿站灌漿比永久灌漿站灌漿總成本降低50％。

（2）井下黃泥灌漿系統(tǒng)。井下的套皮孔至自然發(fā)火地點(diǎn)鋪設(shè)100mm灌漿管路系統(tǒng)，管路長(zhǎng)度一般為600m（灌漿管路超過(guò)600m管路灌漿前后及易堵管）為好，接頭采用快速接頭，拐彎處采用螺紋膠管，自然發(fā)火地點(diǎn)預(yù)埋灌漿管（壁后管），灌漿管四周開(kāi)口（灌漿時(shí)黃泥漿沿不同方向流動(dòng)），用螺紋膠管和灌漿管路系統(tǒng)連接。不同地點(diǎn)需灌漿時(shí)移動(dòng)灌漿管路及螺紋接頭即可。

（3）地面用鉆機(jī)向火區(qū)打鉆孔滅火。井下自然發(fā)火地點(diǎn)確定后，把火區(qū)坐標(biāo)點(diǎn)填到井上下對(duì)照?qǐng)D上，根據(jù)井上下對(duì)照?qǐng)D在地面選點(diǎn)打鉆孔，用鉆孔灌黃泥漿把火區(qū)范圍圈住使火區(qū)不向外蔓延，然后在火區(qū)中心打鉆直接灌黃泥漿滅火。當(dāng)火區(qū)范圍較大時(shí)，使用多個(gè)鉆機(jī)同時(shí)打鉆孔滅火；鉆機(jī)滅火圍封火區(qū)非常有效，可堵住火區(qū)使其不能向外蔓延，從而有效控制火區(qū)范圍，為有效滅火創(chuàng)造條件。

（4）井下巷道噴漿防止自然發(fā)火。對(duì)井下所有巷道進(jìn)行噴漿（表面噴200^#混凝土），噴漿厚度平均在3cm ，粗料石砌碹的巷道經(jīng)噴漿后，減少了巷道空隙，減少了漏風(fēng)，從而減少了向煤層供氧，減慢了煤層的氧化速度。巷道噴漿后，裂隙減少，當(dāng)巷道壁后灌黃泥漿時(shí)，減少了跑漏漿現(xiàn)象。巷道噴漿后為預(yù)防巷道壁后厚煤層自然發(fā)火創(chuàng)造了有利條件。井下密閉墻進(jìn)行噴漿，既防止了采空區(qū)漏風(fēng)，又有效地預(yù)防了采空區(qū)煤層自然發(fā)火。

（5）改變采煤方法防止自然發(fā)火。1985年—1994年寶一礦工作面一直采用分層開(kāi)采，火區(qū)始終跟著回采工作面，滅火和采煤互相影響，因煤層自然發(fā)火經(jīng)常造成工作面停產(chǎn)，甚至連回采工作面設(shè)備都無(wú)法撤出。因此寶一礦開(kāi)始認(rèn)真考慮改變采礦方法，預(yù)防采煤工作面煤層自然發(fā)火。1994年開(kāi)始試驗(yàn)用單體液壓支柱π型鋼梁一次性采全高放頂煤采煤方法，1995年該采煤方法試驗(yàn)取得成功，試驗(yàn)工作面巷道布置在煤層底板，工作面聯(lián)絡(luò)巷道減少，回采巷道暴露時(shí)間短，降低了采煤成本。采空區(qū)自然垮落快，采空區(qū)漏風(fēng)少，采過(guò)聯(lián)絡(luò)巷道及時(shí)封閉。經(jīng)過(guò)1a試驗(yàn)，采煤工作面任何地點(diǎn)無(wú)高溫點(diǎn)更沒(méi)有發(fā)生煤層自然發(fā)火。寶一礦經(jīng)改變采煤方法后，1995年—2002年采煤工作面杜絕了煤層自然發(fā)火。

（6）改造礦井通風(fēng)方式，預(yù)防煤層自然發(fā)火。1985年—1997年寶一礦礦井通風(fēng)方式為中央并列式，入風(fēng)巷和回風(fēng)巷之間存在漏風(fēng)現(xiàn)象，井下所有巷道壁后煤層全部自然發(fā)火，雖經(jīng)采用多種方法滅火，效果均不理想。1997年經(jīng)礦井通風(fēng)方式改造后，礦井通風(fēng)方式為中央并列式和中央分列式混合式通風(fēng)，中央主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量降至350m³/min。邊界主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量在1700m³/min。軌道運(yùn)輸巷和膠帶運(yùn)輸巷同時(shí)入風(fēng)，風(fēng)經(jīng)工作面前順槽進(jìn)入采煤工作面，由采煤工作面至后順槽和集中回風(fēng)材料巷到風(fēng)井。從而杜絕了中央并列式通風(fēng)回風(fēng)材料巷交叉通過(guò)集中膠帶巷和軌道運(yùn)輸巷道。減少了交叉巷道漏風(fēng)從而降低了巷道壁后煤層自然發(fā)火次數(shù)。中央風(fēng)井風(fēng)量減少，風(fēng)壓降低，減少了巷道漏風(fēng)，從而減少了巷道壁后煤層自然發(fā)火。邊界風(fēng)井投入使用后，通風(fēng)距離比中央并列式通風(fēng)距離縮短，通風(fēng)阻力減少，整個(gè)礦井風(fēng)壓差減少，集中膠帶巷和軌道運(yùn)輸巷都入風(fēng)實(shí)現(xiàn)了均壓通風(fēng)，從而控制了集中膠帶巷和軌道運(yùn)輸及聯(lián)絡(luò)巷壁后煤層自然發(fā)火。截止到2002年，井下煤層自然發(fā)火火區(qū)全部滅掉，沒(méi)有出現(xiàn)新的煤層然發(fā)火高溫點(diǎn)。

4經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

4.1經(jīng)濟(jì)效益

計(jì)算依據(jù)：2002年比1989年多生產(chǎn)原煤22.13萬(wàn)t；2002年產(chǎn)量62.13萬(wàn)t，1989年產(chǎn)量40萬(wàn)t，噸煤售價(jià)60元，噸煤生產(chǎn)成本43.23元，稅率17％。凈增利潤(rùn)：371.12萬(wàn)元。

2003年比1989年多生產(chǎn)原煤26.49萬(wàn)t；利潤(rùn)444.24萬(wàn)元。

減人提效：1989年防滅火人數(shù)270人，2003年防滅火人數(shù)20人，裁員250人，每人年工資1萬(wàn)元，2003年節(jié)資250萬(wàn)元。

總效益：371.12+444.24+250＝1065.36萬(wàn)元。

4.2社會(huì)效益

該項(xiàng)目的實(shí)施，有效地恢復(fù)了寶日希勒第一煤礦的安全生產(chǎn)，穩(wěn)定了礦區(qū)人民的正常生活，該項(xiàng)目實(shí)施初期在1989年12月，企業(yè)有職工近4000人，人均年工資在1000元以?xún)?nèi)，企業(yè)連年虧損，有時(shí)連續(xù)半年開(kāi)不出工資，工人每月開(kāi)1張白票子（欠條），礦區(qū)職工生產(chǎn)生活極不穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)施寶日希勒第一煤礦厚煤層防滅火的綜合治理項(xiàng)目后，礦井厚煤層自然發(fā)火逐步控制，安全生產(chǎn)逐年好轉(zhuǎn)，促使礦井煥發(fā)了青春，產(chǎn)量逐看提高，經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步向前發(fā)展，到2003年，寶日希勒第一煤礦人均年工資突破1萬(wàn)元，一舉跨入本地區(qū)煤炭行業(yè)前列。

5結(jié)論

寶日希勒第一煤礦煤層滅火的綜合治理，對(duì)于今后探索厚煤層礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、采煤方法設(shè)計(jì)起了示范作用。同時(shí)探索出礦井厚煤層開(kāi)采預(yù)防煤層自然發(fā)火要從多方面考慮，首先要考慮礦井通風(fēng)方式是否合理，礦井采煤方法是否有力于防止煤層自然發(fā)火。其次再考慮其它方法預(yù)防厚煤層自然發(fā)火，如建立礦井黃泥漿系統(tǒng)、均壓通風(fēng)、利用氮?dú)獬涮畈煽諈^(qū)等。該礦所采用的厚煤層綜合防治自然發(fā)火系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低，防滅火見(jiàn)效快，防治自然發(fā)火投入成本少，社會(huì)效益明顯。