李嘴孜煤礦急傾斜厚煤層工作面采空區自然發火預防技術①

田利鋒

(1.安徽理工大學，安徽 淮南 232001;2.淮南礦業(集團)有限責任公司張集礦，安徽 淮南 232001)

李嘴孜煤礦急傾斜厚煤層工作面采空區自然發火預防技術①

田利鋒1，2②

(1.安徽理工大學，安徽 淮南 232001;2.淮南礦業(集團)有限責任公司張集礦，安徽 淮南 232001)

針對李嘴孜煤礦3232(3)工作面具體地質條件，在詳細分析工作面煤層自然發火的五種影響因素的基礎上，進行了工作面采空區自燃危險區劃分分析。根據生產不同階段的不同特點，采取了不同的預防措施，建立以灌漿注膠防滅火技術為核心，注氮、阻化劑為輔，其它防滅火技術相結合的綜合預防技術體系，保障了工作面的安全生產。

急傾斜厚煤層;自然發火因素;自燃危險區;自然發火預防

0 引言

在同一煤種和自燃傾向性相同的條件下，急傾斜煤層具有比緩傾斜煤層更容易自然發火，這在許多礦井都得到了證實［1，2］。近年來，隨著急傾斜放頂煤開采技術的不斷推廣應用，工作面自然發火越來越頻繁，直接威脅工作面的安全開采［3，4］。因此，探討預防該類工作面自燃發火的技術措施，對實現工作面安全生產，確保礦井安全高效生產具有十分重要的意義。

李嘴孜煤礦3232(3)工作面位于2采區東翼二階段，西起-530 m2號軌道石門，東至Fc-2斷層，走向長1021 m，坡度5‰ ～6‰，上限標高 -430 m，下限標高-530 m。煤層的傾角為53°～31°之間，平均煤層傾角45°，平均厚度為5.6 m。煤層自然發火期短，自燃危險性大，最短自然發火期為43天。

1 工作面采空區自然發火因素分析

該面開采煤層較厚、傾角大、屬于三軟突出煤層，容易導致工作面采空區煤層自然發火的因素主要有如下5個方面。

1)煤層傾角大，導致工作面上下順槽風壓差和工作面前后風壓差較大，從而使得工作面采空區漏風嚴重，為采空區的遺留煤層氧化自燃創造了條件。

2)工作面開采的煤層屬于“三軟”突出急傾斜煤層，同時由于工作面不等長(106～173m)，需在回采過程中增減液壓支架，因此工作面推進速度慢，采空區自燃升溫帶范圍大，自燃危險性大。

3)工作面開采的煤層厚，存在局部地點丟煤量大，容易自燃。

4)為了提高煤炭的回收率，工作面從切眼到初采70m內采用懸移支架回采，由于支架穩定性差，容易失穩，底板為松軟煤層，易抽底，支柱易失穩造成工作面冒頂，工作面移架工作量較大，推進速度慢，自燃危性強大。

5)工作面在開采70m后重新安裝綜采支架，安裝支架期間，后部采空區浮煤均處于自燃氧化升溫帶內，容易著火。

2 工作面采空區自燃危險區劃分分析

由于工作面不斷推進，采空區漏風狀態、氧濃度分布狀態和煤體溫度變化、自燃條件均發生變化，使得采空區“散熱帶、氧化升溫帶和窒息帶”三帶范圍動態移動［5，6］。因此，必須根據工作面實際推進速度及氧化升溫帶的動態變化情況，確定出采空區氧化自燃帶范圍。

2.1 采空區氧化升溫區域

由圖3可知，采空區進風側氧化自燃帶范圍在采空區距工作面距離大于2 m，小于40 m的區域;回風側的氧化自燃帶范圍在采空區內部距工作面大于5m，小于74m的區域。3232(3)綜采面采空區可能自然發火區域(即氧化升溫區)主要分布在采空區兩道和采空區中部浮煤較厚的區域，其最大寬度為70 m。

圖1 3232(3)工作面采空區浮煤自燃危險區域劃分

2.2 采空區自燃危險區確定

根據3232(3)工作面可能的最小日平均推進為v0=1.18m/d，運用煤層最短自然發火期τmin=43 d，計算出最大安全的氧化帶寬度L0:

采空區氧化升溫區寬度小于67 m的區域，不易引起浮煤自燃。因此，根據采空區氧化升溫區范圍和最大安全氧化帶范圍，可定性確定易自然發火的區域為進風側大于67的范圍，回風側、采空區中部不易自燃。

3 工作面自然發火預防技術措施

針對3232(3)工作面存在的自然發火因素，特別是工作面初采、安裝綜采支架、工作面在停采期間的不同特點，分別采取了以下不同的預防措施。

3.1 工作面初采期間采空區的預防技術

1)開切眼處上順槽預埋注漿管，工作面每推進10 m，在上、下隅角各建一道隔離墻，厚度不小于2m左右，高度接頂，每段隔離帶沙土(碎煤)袋堆砌體積設計為20 m3。

2)工作面推后30 m后，通過上隅角預埋注漿管向采空區壓注黃泥復合膠體，形成長約30 m，寬約10 m，高為4 m的膠體隔離帶，對切眼上端進行封堵。

3)工作面推進30 m后，在機巷向下順槽頂板施工鉆孔3～5個，壓注高分子膠體材料。

4)離切眼40 m位置，利用回風巷灌漿管路，在灌漿注膠前后分別注氮，每天注8小時惰化采空區。

5)利用采空區抽采鉆場，按扇形布置方式提前向采空區施工鉆孔，終孔位置位于工作面煤層頂板以上3 m，處理區域為工作面上部40 m范圍內。如圖2所示。

圖2 切眼鉆孔位置布置示意圖

3.2 工作面安裝綜采支架時后部采空區自燃預防技術

1)通過工作面架間和抽采鉆場向采空區后部施工鉆孔進行灌漿注膠:工作面每隔5 m施工一組高低鉆孔，終孔位于采空區后部5 m，總共施工26組鉆孔，每個鉆孔壓注高分子膠體15 m3，共壓注400 m3。利用抽采鉆場向采空區上部施工長鉆孔4個，呈扇形布置，終孔位于采空區后部10 m，頂部5 m。工作面注膠示意圖如圖3所示。

圖3 工作面注膠鉆孔示意圖

2)向采空區后部間歇時注氮:注膠結束后，通過預埋的灌漿注膠管向采空區壓注氮氣，每隔一天向采空區注氮10小時。

3.3 工作面正常回采期間采空區自燃預防技術

1)每隔30 m在上、下隅角各建一道隔離墻，厚度不小于2 m。在上下隅角密集處各設置一道風帳。隔離垛和風帳要接頂、接底、接幫，根據工作面的推進速度，每隔2天向上隅角隔離垛內壓注膠體泥漿，每次注膠時間為8～10個小時，對惰化采空區和對煤體降溫;

2)利用注漿間歇時間通過上順槽注漿管路向采空區壓注氮氣，每次向采空區注氮10小時，惰化采空區;

3)最大限度減少向采空區漏風，通過在下隅角施工防火鉆孔向下隅角壓注高分子膠體。

3.4 工作面在停采期間采空區自燃預防技術

1)在工作面停采后，在工作面敷設一路Φ51 mm的高壓膠管作為注漿管，注漿管兩端分別與兩順槽注漿管連接，形成雙向供漿系統。工作面內注漿管沿支架前立柱吊掛。工作面注漿管每30 m出一個三通閥門，在軌順、運順端頭處各安一個三通閥門。面內注漿管每60 m安裝一個同管徑截止閥。

2)施工架間鉆孔，壓注高分子膠體防火。每2個支架架間打一個鉆孔，使用錨桿鉆機，主要針對架間孔，長度5～8 m;斜孔開孔位置為支架立柱處頂板上，透架后冒落煤體中間對應支架后，平距1.5m，垂高2.5 m，鉆孔長度3.0 m，開孔角度60°，封3m長Φ25 mm鋼管，其中前端1.0 m是花管。先采用灌漿系統注膠工藝，對架間鉆孔普注一遍，注漿機放在回風巷，每次注10個孔，然后用移動式注膠機補注重點孔。架間孔每孔注膠10 m3，端頭孔注20m3。

3)通過回風隅角埋設的注漿管路向采空區內壓注黃泥復合膠體，在采空區后部形膠體隔離帶。

4)當膠體隔離帶形成后向采空區內注氮，惰化采空區。

4 預防措施的技術效果

工作面回采時，加強了防火預測預報，自2009年10月份開始回采，至2011年元月收作封閉，均未監測到CO，特別是工作面重新安裝綜采支架期間，工作面停采近2個月，每天三班，通過人工取氣利用色譜儀進行分析工作面、上隅角、回風、采空區氣體觀測數據(如表1所示)，數據說明工作面不存在煤自燃火災隱患，預防技術有效。

表1 停采期間氣體觀測部分數據

5 結論

1)根據李嘴孜煤礦3232(3)工作面地質條件，詳細分析了容易導致工作面煤層自燃發火的五種影響因素，并在此基礎上對工作面采空區自燃危險區劃分進行了分析。

2)在對工作面煤炭自然發火影響因素和采空區自燃危險區分析的基礎上，針對工作面初采、安裝綜采支架、工作面在停采期間的不同特點，采取了不同的預防措施，建立以灌漿注膠防滅火技術為核心，注氮、阻化劑為輔，其它防滅火技術相結合，形成了“阻化、惰化、降溫、堵漏”為一體的綜合預防技術體系，保障了工作面的安全生產。

［1］ 王海東.急傾斜煤層內巷道自然發火原因及對策［J］.礦業安全與環保，2003，(6):99-102

［2］ 陳震.急傾斜煤層水平分段綜放采空區自燃特點及防治技術應用研究［D］.太原:太原理工大學，2011

［3］ 張祎，王德明，王和堂.急傾斜特厚煤層綜放工作面煤自燃防治技術［J］.煤礦安全，2012，43(3):28-31

［4］ 李暉，喬中棟，趙明星，岳建成.急傾斜特厚易自燃煤層順槽綜合防滅火［J］.礦業安全與環保，2000，(7):97-100

［5］ 王德明.礦井火災學［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2008

［6］ 王省身，張國樞.礦井火災防治［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1990

Prevention Technology of Goaf’s Coal Spontaneous Combustion in working Face of Steep-inclined and thick Coal Seam in Lijiazui coal mining

TIAN Lifeng

(Anhui University of Science＆ Technology，Huainan Anhui232001)

According to concrete geological condition of 3232(3)working face in Lizuizi coal mine，based on Coal Spontaneous Combustion，Spontaneous Combustion risk area is analyzed in paper.According to different stages and different characteristics in production，adopting to different prevention technology，establishing comprehensive prevention technical system，taking grouting and injecting for fire prevention as centre，combing with injecting N2，inhibitor etc.As a results，ensuring the safety production.

Steep-inclined and thick coal seam;spontaneous combustion factors;Spontaneous Combustion risk area;Prevention of Spontaneous Combustion

TD75+2.2

A

1672-7169(2012)03-0036-03

2012-05-08

田利峰(1981-)，男，河南濮陽人，安徽理工大學在讀碩士研究生，淮南礦業(集團)有限責任公司張集礦工作人員，研究方向:礦山通風與安全。