關于綜放開采瓦斯治理與自然發火防治技術的思考

摘 要:作為一種高產高效的新型回采工藝，綜采放頂煤技術的工作環境常處于高瓦斯自燃煤層中，隨著開采的不斷深入，煤層條件日趨復雜，開采強度帶來的殘煤遺留、瓦斯超限、冒落度高、漏風嚴重等問題，嚴重影響著井下作業安全。因此各礦必須從自身的工作條件出發，分析瓦斯規律及煤自燃的特點，制定多元化的綜合防治策略，確保礦井生產的安全性和穩定性。

關鍵詞:綜放開采 瓦斯治理 自然發火 防治策略

中圖分類號:TD44文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0076-01

1 綜采放頂開采中瓦斯與煤自燃的綜合治理

綜采放頂煤技術通過引進和吸收國外煤炭開采設備的先進技術，在生產流程中普遍采用刮板運輸機、膠帶運輸機等大運量的運輸系統，并以傾斜長壁開采等大而長的工作面布置和放頂煤技術彌補了采煤機能力的不匹配，成倍提高了礦井產量。然而，隨著開采的不斷深入，煤層條件日趨復雜，開采強度帶來的殘煤遺留、瓦斯超限、冒落度高、漏風嚴重等問題，嚴重影響著井下作業安全，不利于礦井生產穩定、順暢地進行，因此在高瓦斯、易自燃的綜采放頂開采條件下，如何進行有針對性的瓦斯與煤自燃發火的綜合防治工作，就成為了確保生產安全性和穩定性的關鍵。

2 高瓦斯煤層的綜合治理

2.1 綜采放頂煤開采中瓦斯的涌出特征

開采區的瓦斯涌出一般包括采煤機落煤瓦斯涌出、放頂煤瓦斯涌出和煤壁瓦斯涌出等三種類型。分析表明，采煤機落煤瓦斯涌出和放頂煤瓦斯涌出的涌出量與開采推進速度呈線性增加趨勢，即瓦斯絕對涌出量隨工作面產量的增大而線性增加，而推進速度對煤壁瓦斯絕對涌出量的影響較小，且當速度＞4m/d時，涌出量基本趨于穩定。

綜采放頂采空區的遺煤較多，且頂煤經充分卸壓，釋放出大量的瓦斯，常導致綜放面采空區有大量高濃度瓦斯集存，并通過采空區漏風而涌入了回采空間。資料表明，頂板初次來壓后的單一煤層綜放面，其采空區瓦斯涌出量一般可占工作面瓦斯涌出總量的50%以上。

2.2 綜放工作面瓦斯超限的原因分析

與分層回采相比，綜放面的頂煤經充分卸壓，通常會涌出多于底煤的瓦斯，而高強度、快速推進的工作面，也加大了采煤機落煤瓦斯和放頂煤瓦斯的涌出量，加之高效作業使煤壁瓦斯預排時間縮短，煤壁瓦斯的涌出量也有所增加。此外，高效推進擴大了采空區上方的冒落區、裂隙區與破碎區，使鄰近層的瓦斯涌入量增大。

2.3 綜采放頂工作面的瓦斯治理措施

2.3.1 巷道瓦斯預排

在工作面回風巷施工與工作面煤壁平行的順向抽放鉆場，鉆孔與煤壁近垂直布置，孔徑75mm，間距10～15m。井下建立臨時抽放系統對采面進行采前預抽放和邊采邊抽，為綜放工作面生產過程中的瓦斯治理打下基礎。應當注意的是，瓦斯巷距工作面回風巷的距離取決于煤層的賦存條件和透氣性。低透氣性煤層煤體排放瓦斯極限距離較短，瓦斯巷距回風巷距離可取15～20m;高透氣性煤層煤體排放瓦斯極限距離長，瓦斯巷距回風巷距離可取20～30m。此外，瓦斯巷內通過的風量一般不應超過工作面風量的1/3，以防止工作面上隅角瓦斯集聚。

2.3.2 優化通風系統

應通過調整工作面配風量使涌出的瓦斯體積分數控制在規定范圍內，降低其對安全生產的影響，并對回風巷進行增阻和工作面均壓，加大采空區瓦斯處理量，減少采空區向工作面回風流涌入的瓦斯量。在可能的條件下，可將與采空區相溝通的密閉適當打開，改變采空區的漏風方向，將采空區內的瓦斯直接排放到回風流中，但應注意回風流中瓦斯超限和采空區內煤炭自燃的檢測。

2.3.3 尾巷排放和采空區抽放

對于煤層群開采的某一煤層綜放面，其鄰近層瓦斯涌出量占較大的比例時，可利用尾巷排放工作面瓦斯。控制回風巷和尾巷內通過的風量，使采空區涌出的瓦斯絕大部分由尾巷排出，尾巷僅作排放瓦斯使用，其內最高允許瓦斯濃度可提高到3%。而高瓦斯綜放面采空區一般都集存著大量高濃度瓦斯，應采取邊采邊抽與采空區高位瓦斯抽放解決這一問題。采空區抽放時要有效控制抽放負壓和抽放瓦斯濃度，防止因采空區瓦斯抽放而導致的煤炭自燃。

3 自燃煤層的綜合防治措施

為提高防火滅火的針對性，避免綜放開采工作面的自燃危害，應首先通過對氧氣濃度值因推進情況而產生的變化確定采空區窒息帶、可自燃帶及通風散熱帶的大體范圍。一般的劃分標準包括;窒息帶氧氣濃度＜10%，可自燃帶介于10%～18%之間，而通風散熱帶則＞18%。其次，研究發現具有某些氧化性的煤可能在供氧濃度超過6%以后在其發火溫度前發生激烈的氧化升溫作用，使發火的可能性提高，因此應將窒息帶定為氧氣濃度＜6%，而可自燃帶則介于6%～18%之間。實踐中應根據該標準繪制氧氣分布圖及采空區深度與氧濃度特性曲線，以確定各帶的大致范圍。

對已確定的可自燃帶，應采取各種綜合措施降低其發火風險。在工作面回采期間，可向采空區注入氮氣，以降低工作面內的氧氣濃度，縮短采空區的可自燃帶范圍，具體實施中可利用漏風負壓，以制氮機輸送壓力，由運順預先向采空區每推進30m埋入1趟Φ108mm鋼管，并保持2趟Φ108mm鋼管持續向采空區漏風帶和氧化帶內注氮氣。高濃度氮氣使該區域內的氧含量不斷下降，混合氣體的惰化性提高，失去了可自燃性和可爆性。為避免漏風氧化使工作面內氣體發生自燃，可在掘進施工后、開采前對巷道進行全斷面噴漿處理，在提高巷道受壓均勻性的前提下，防止漏風氧化。此外，還可采取兩順超前支護頂板煤體注水、壓注惰化泡沫防滅火、加快回采速度等措施對發火危險進行控制。工作面收尾階段，還應插管充填河砂以封堵采空區、采取均壓通風、并控制瓦斯的抽放量，阻止氧氣進入。

4 結語

作為一種高產高效的新型回采工藝，綜采放頂煤技術的工作環境常處于高瓦斯自燃煤層中，由于該技術特點會在采空區留有較多浮煤，瓦斯涌出量較大，在冒落高、頂板壓力大等其他條件的作用下，易出現瓦斯突出和自燃發火的問題，給安全生產埋下重大的事故隱患。在治理瓦斯超限與自燃發火等問題時，通常無法單純依靠某個辦法一次性解決所有問題，因此必須根據各礦的實際工作條件，同時采取多種措施進行綜合處治，以提高治理效率，增加礦井生產的安全系數。

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