低推進(jìn)度條件下工作面采空區(qū)防滅火技術(shù)研究

田小明 汪虎 許永剛

摘 要：為了有效防治低推進(jìn)度條件下回采工作面采空區(qū)自燃，結(jié)合實(shí)際情況，制定并實(shí)施了黃泥灌漿為主，注氮防滅火、注凝膠、減少漏風(fēng)相結(jié)合的綜合防滅火手段，實(shí)現(xiàn)了411工作面的安全高效回采，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；自燃；黃泥灌漿；注氮；凝膠；防滅火

1 工作面概況

胡家河煤礦411工作面煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度15～26.5m，工作面可采走向長度1495.5m（平距），傾向長180m，工作面回采煤層厚度13.5m，其中割煤設(shè)計(jì)高度3.5m，放頂煤高度10m。胡家河礦411工作面采用綜采放頂煤技術(shù)，冒落高度大、采空區(qū)遺留浮煤多，漏風(fēng)嚴(yán)重，為煤炭氧化提供了充足的反應(yīng)物，采空區(qū)煤炭自燃危險(xiǎn)性增大；工作面布置四條巷道，破壞了煤體的整體性，在沖擊地壓條件下，回風(fēng)巷和泄水巷與進(jìn)風(fēng)巷道之間的煤柱被壓酥，回風(fēng)和進(jìn)風(fēng)巷道頂板破碎，支護(hù)難度加大，工作面及端頭支架往前移動(dòng)緩慢，最終導(dǎo)致工作面推采速度緩慢，給采空區(qū)浮煤氧化提供了時(shí)間，為采空區(qū)的自燃發(fā)火提供了充足的條件，從而增加了防滅火的技術(shù)難度。

根據(jù)現(xiàn)場采空區(qū)“三帶”的測定劃分結(jié)果，可知在進(jìn)風(fēng)側(cè)自燃帶達(dá)80m左右，回風(fēng)側(cè)為50m左右。采空區(qū)不燃帶寬度較窄，對于401101工作面，日推進(jìn)速度在5m左右，因而，遺煤在不燃帶停留時(shí)間較短，對于回風(fēng)側(cè)，工作面在4天即可進(jìn)入煤氧化自燃帶。當(dāng)推進(jìn)速度小于3.75m/天時(shí)，就存在自燃發(fā)火的可能，因此401101工作面的最低推進(jìn)速度為3.75m/天，每月的最低推進(jìn)距離為113m。自礦井發(fā)生沖擊地壓后，為了降低沖擊地壓危險(xiǎn)性而被迫將月推進(jìn)度由113m降到96m，造成采空區(qū)的自燃危險(xiǎn)性大幅增加，工作面上隅角CO濃度一度達(dá)到30ppm以上，直接威脅到了工作面的安全回采。

針對上述問題，在對采空區(qū)遺煤發(fā)火原因及低推進(jìn)度條件下采空區(qū)煤自燃危險(xiǎn)性區(qū)域分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井的實(shí)際情況采取了黃泥灌漿為主，注氮防滅火、注凝膠、減少漏風(fēng)相結(jié)合的綜合防滅火技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了低推進(jìn)度采空區(qū)自燃的有效防治。

2 低推進(jìn)度條件下工作面采空區(qū)防滅火技術(shù)措施

2.1 黃泥灌漿

采用隨采隨灌的方法，在411灌漿巷每間隔40m左右打1組注漿鉆孔（如圖1所示），每組鉆場放射性布設(shè)3-5個(gè)灌漿鉆孔，鉆孔直徑113mm，開孔高度為1.2米，終孔位置在離采空區(qū)底板3米左右，封孔管長度為21米的Φ108mm的無縫鋼管，封孔采用馬麗散，封孔長度為2米，鉆孔參數(shù)如表1所示。

2.2 采空區(qū)注氮

在防滅火區(qū)域內(nèi)注入氮?dú)夂螅乖搮^(qū)域內(nèi)氣體氧的含量降低，增加了氣體惰性化阻止了煤炭氧化。對于火區(qū)，則因氧的含量不足而熄滅。對于防火區(qū)域，則縮小了氧化帶，擴(kuò)大了窒熄帶，有利地抑制了煤的氧化自燃。

401101運(yùn)輸順槽注氮管路靠非生產(chǎn)幫頂部敷設(shè)，安裝牢固。在距管路端頭60m處加設(shè)三通和絕緣段，每60m掐一次注氮管路，當(dāng)注氮管路埋入采空區(qū)10m時(shí)開始注氮，當(dāng)管路埋入40m時(shí)，開始埋設(shè)第二趟注氮管路，當(dāng)?shù)诙寺袢?0m時(shí)開始向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第一趟管路注氮，這樣循環(huán)注氮，直至工作面采完為止。所埋入管道的端口用鐵絲網(wǎng)罩好，并用堅(jiān)固的護(hù)欄（或石墻）保護(hù)，防止煤巖、泥水等進(jìn)入管孔內(nèi)，堵住管路出口，具體見圖2

在距工作面下隅角15m范圍內(nèi)，注氮管路上必須設(shè)檢測位置和帶閥門的旁通管，以便每次注氮以前要監(jiān)測氮?dú)鉂舛龋⒌獣r(shí)氮?dú)鉂舛炔坏眯∮?7%。

2.3 注三相泡沫

由于411工作面初采期間20m不放頂煤，大量遺煤留在采空區(qū)，高抽巷口與切眼貫通處未放震動(dòng)炮，裂隙小，導(dǎo)致高抽巷下方采空區(qū)煤體蓄熱氧化，CO濃度升高，最高達(dá)203ppm。根據(jù)當(dāng)時(shí)巷道施工情況，高抽巷里段已封閉，由于高抽巷里段有150m的下坡，由411回順向高抽巷里端坡頂施工鉆孔，灌注三相泡沫和黃泥漿，從而達(dá)到隔絕氧氣、煤體降溫的目的。經(jīng)過幾天的連續(xù)灌注，注入的三相泡沫對氧化的浮煤進(jìn)行了有效的覆蓋，高抽巷里CO的濃度開始連續(xù)下降，起到了很好的防滅火效果。

2.4 注凝膠

根據(jù)胡家河煤礦實(shí)際情況，注膠位置一般在灌漿巷或者運(yùn)輸巷下隅角，當(dāng)出現(xiàn)俯采時(shí)，為了防止黃泥漿大量流失，需要從灌漿巷通過鉆孔往采空區(qū)灌注凝膠，鉆孔滯后工作面10m左右，凝膠進(jìn)入采空區(qū)后在工作面后部形成一條隔離帶，形成的膠體隔離帶寬度不小于10m，深度不小于10m，高度以有淹沒采空區(qū)浮煤為限，約5m，即每個(gè)隔離帶注膠量500m3左右。隔離帶形成后能夠有效的封堵漏風(fēng)，并且能防止黃泥跑漿。另外，當(dāng)工作面出現(xiàn)局部高溫點(diǎn)，且能夠判斷出高溫點(diǎn)位置時(shí)，可以采用注凝膠的方法。

凝膠由于其流動(dòng)性能不好，在采空區(qū)中擴(kuò)散的范圍很小，所以在實(shí)際應(yīng)用中不能依靠大量的凝膠來覆蓋采空區(qū)大范圍的火源。它只能有效的處理高冒、煤柱裂隙等小范圍的自燃問題。同時(shí)可以充分發(fā)揮凝膠的堵漏特性，和黃泥灌漿、氮?dú)庖约叭嗯菽夹g(shù)配合使用。

2.5 工作面上下隅角封堵漏風(fēng)

采空區(qū)漏風(fēng)直接為遺煤自燃提供所需的氧氣，而采空區(qū)上下隅角為采空區(qū)漏風(fēng)的主要通道，漏風(fēng)強(qiáng)度的大小直接影響了采空區(qū)氧化帶寬度及其自燃危險(xiǎn)性。

411工作面開始回采后就開始運(yùn)用卡弗尼快速預(yù)制塊對上、下隅角未冒落的區(qū)域進(jìn)行封堵，如圖3所示，大幅度降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了封堵墻的施工時(shí)間，有效地減少了上、下隅角瓦斯涌出量，抑制了上、下隅角的漏風(fēng)。

3 預(yù)防煤層自燃

胡家河煤礦411工作面通過安裝束管監(jiān)測系統(tǒng)，CO傳感器和溫度傳感器來對煤炭自燃的早期識(shí)別標(biāo)志O2、CO、C2H4、C2H6等氣體含量實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)循環(huán)監(jiān)測，及時(shí)預(yù)測預(yù)報(bào)發(fā)火點(diǎn)的溫度變化。同時(shí)安排專人每班對高抽巷、灌漿巷閉墻、瓦斯抽放管路、工作面上隅角、回風(fēng)巷的CH4、CO2、CO等氣體濃度和溫度等觀測一次。每天用氣囊采集工作面上隅角和高抽巷氣樣各一次，進(jìn)行分析化驗(yàn)，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，防患于未然。

一方面可確保盡早發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火預(yù)兆，另一方面為分析采空區(qū)自燃特征及合理采取防滅火措施提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

（1）結(jié)合煤礦采空區(qū)“三帶”現(xiàn)場測定劃分的結(jié)果及工作面推進(jìn)速度，分析確定了低推進(jìn)度條件下采空區(qū)煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。

（2）根據(jù)采空區(qū)發(fā)火原因及采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域的分析，采取了黃泥灌漿為主，注氮防滅火、注凝膠、減少漏風(fēng)相結(jié)合的綜合防滅火措施。

（3）綜合防滅火措施采用后，減小了工作面上隅角CO濃度，實(shí)現(xiàn)了低推進(jìn)度條件下采空區(qū)的有效防治。

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作者簡介：田小明（1986-），男，陜西長安人，助理工程師，2008年本科畢業(yè)于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利工程專業(yè)，現(xiàn)就職于陜煤彬長胡家河礦業(yè)有限公司，從事于煤礦“一通三防”技術(shù)管理。