淺煤層綜采放頂煤防滅火技術研究

王文波　周連春

摘 要：針對路天煤礦1604綜放工作面防滅火實際情況，對工作面自然發火因素進行了認真分析，采取了向采空區井注水、注漿、注氮、地面堵漏、均壓通風和束管監測系統等綜合防滅火方法，有效地預防了采空區的自燃，保證了工作面的安全生產。

關鍵詞：淺煤層綜采放頂煤；綜合防滅火技術；研究

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.02.096

0 引言

火對于人類文明的發展具有巨大的促進作用，它在人類社會進化過程中起到了巨大推進作用，但是如果失去了對火的有效控制，就會造成嚴重的火災事故的發生。但若人們對火失去了控制。火災通常是指發生的違背人們意愿非控制性燃燒，火災會給人民群眾生命財產造成巨大損失，從而給社會造成許多不利的負面影響。煤礦火災事故給礦工生命財產安全造成了重大損失，據統計每年我國煤礦重大傷亡事故中煤礦火災事故占36.7%，已經嚴重地威脅了礦井的安全生產。因此煤礦火災的防治工作已經刻不容緩，本論文針對淺煤層綜采放頂煤的防滅火技術進行了深入研究獲得了顯著的成效，促進了礦井的安全生產。

1 礦井及工作面概況

路天煤礦是神華集團高產高效礦井之一，核定生產能力150萬噸/年，礦井采用斜井—立井混合式開拓方式，所主采的16#煤層屬于Ⅱ類自燃煤層。采煤方法為綜采放頂煤采煤法，由于工作面距離地面的平均高度為115m，工作面采放高為8m，且斷裂帶貫穿于1604工作面，致使工作面采空區漏風量大，極易發生采空區自然發火。1604工作面傾向長度280m，走向長度1450m，該工作面屬于Ⅱ類自燃煤層， 1604工作面井下標高為1130--1060m，地面標高為1220--1200m，煤層距地表高度是115m，1604工作面采用的是綜合機械化放頂煤回采工藝、走向長壁式采煤方法，采高3.5m，放頂煤5m，采放比1：1.55，控制采空區頂板的方法是全部垮落法，堅硬的煤層頂板，較大高度的斷裂帶和垮落帶，較厚的沙土層覆蓋地表，斷裂帶與地表之間形成巨大的裂縫，從而使得地表的新鮮空氣通過裂縫導向采空區將一定量的氧氣帶入了采空區，加速了采空區煤炭的自燃。

2 問題的提出

（1）7#、9#、12#煤層采空區位于1604工作面的上方，1604工作面與12#煤層采空區相距40m，與9#煤層采空區相距72m，與7#煤層采空區相距94m。由于各采空區距工作面距離較近，各個采空區之間存在相互貫通的漏風通道，為采空區遺煤自燃創造了條件。

（2）1604工作面煤層厚度8.5m，采高3.5m，放頂煤5m，采放比1∶1.55，工作面傾斜長度280m，存在較大的采空區空間，工作面斷面較小，通風阻力較大，運輸順槽的許多新鮮風流經過工作面下隅角進入采空區，從而為采空區遺煤的自燃創造了條件。

（3）由于地質原因，礦區煤層存在著堅硬的煤層，工作面回采過去后采空區的頂板不容易垮落，由于煤層的埋藏深度較淺，煤層的頂板垮落后形成的斷裂帶就會傳播到地表，從而在地表形成大量的裂隙，這些裂隙隨著季節和氣溫的變化與采空區形成呼吸狀態的漏風現象，為采空區遺煤的自燃創造了條件。

（4）16#煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，54天的最短自然發火期。工作面推進速度較慢，每月工作面推進距離僅僅為30m，采空區氧化帶存在時間長，為采空區遺煤的自燃創造了條件。

3 采空區綜合防滅火技術

3.1 采空區注水滅火技術

首先我們在1604工作面回風順槽設置一趟防滅火注水管路，并且將注水管路埋設在工作面上隅角，一旦采空區遺煤發生自燃我們可以迅速地通過注水管向采空區注水對采空區進行滅火。同時我們定期及時安排人員對采空區相對應的地表裂縫進行回填，防止地表空氣進入采空區造成采空區遺煤自燃。

3.2 采空區自然發火預測預報

由于1604工作面傾斜長度比較長，采放比比較大，該工作面煤層又屬于自燃煤層，且該工作面回采時推進速度比較慢，采空區存在著較大的漏風、遺留的煤炭比較多等因素的制約和影響，非常有必要對該工作面采空區自燃發火情況實施預測預報工作，為工作面防滅火工作奠定科學的基礎。采空區自然發火采用監測監控系統、束管監測系統和人工檢測相結合的預測預報系統。

采用標志性氣體分析采空區遺煤自燃危險性是束管監測系統的重要標志，它能夠做到實時監控，提前防范，發現自燃傾向能夠迅速采取果斷措施將火災事故消滅在萌芽狀態，防止事故的進一步惡化。

通過束管監測系統可以精確地對采空區測點處的氣體成分進行科學分析，實時監測采空區氣體的變化情況，可以對采空區氧濃度隨工作面推進的變化規律進行研究與分析，為采空區自燃三帶的劃分提供科學依據，如圖1所示。同時要加強對束管監測系統的保護工作，防止系統被砸傷砸壞。

3.3 注氮防滅火技術

首先我們在地面工業廣場設置一個固定的制氮機房，采用兩臺DT1000型制氮機，設計制氮能力為1000m3/h，輸氮管路鋪設線路：地面工業廠房——回風立井——進風巷——工作面采空區，每天向工作面采空區連續注氮8小時。

路天煤礦1604 綜合機械化放頂煤工作面存在采空區空間大，遺留煤炭多，立體分布等特點，現在正在過斷層，斷層落差大，日進尺減少，斷層附近遺煤較多。傳統的注阻化劑、黃泥灌漿等防滅火方式不能有效地將采空區所有的遺煤進行包裹，防滅火效果較差。因此采取注氮防火措施，降低采空區浮煤的氧含量、惰化空氣是重要的防滅火輔助手段。 針對礦井煤層自然發火較嚴重的問題，可采用注氮作為一項防滅火措施，建立氮氣防滅火系統，但是，氮氣在采空區的滯留時間是由采空區的漏風狀態所決定的，也對氮氣的惰化效果產生直接影響。通常情況下漏風大時氮氣在采空區滯留的時間比較短，采空區內氧氣濃度降低的愈慢，其惰化效果愈差，反之亦然。因此在注氮時，采取有效措施，盡量減少采空區的氮氣泄漏也是提高采空區注氮效果的重要保證條件。 防止采空區漏風的主要措施有直接堵漏和均壓措施。

3.4 注漿防滅火技術的應用

將泥漿注入采空區并且借助泥漿自身的粘性將采空區內的浮煤及冒落巖石包裹起來，隔絕了空氣與煤接觸的機會，防止煤炭的氧化是注漿法防滅火工作的實質。注漿后，能夠使采空區的冒落巖石和采空區四周形成再生整體，從而加強了采空區的氣密性并且減少了漏風現象的發生。同時泥漿還有冷卻煤炭和圍巖的功能，起到了冷卻降溫防止煤炭自熱現象發生。

（1）灌漿系數（K）。

當煤層傾角較小時，灌漿系數（K）一般為1.5%～3%，本設計取2%；滅火灌漿系數視滅火情況可相應加大。

（2）土水比。

泥漿土水比是直接影響灌漿的質量與效果的重要因素，因此其確定方法相當重要。它與處理對象、煤層傾角、注漿季節、輸漿倍線、注漿方式有直接的關系，通常情況下注漿的泥漿土水比以1∶2～1∶5，本設計取1∶4。

（3）礦井注漿量。

3.5 均壓防滅火技術的應用

在礦井火災防治過程中除采取其他積極有效的防滅火措施外，減少漏風也是一種積極有效的防滅火措施。為了達到這一目的，必須處理好如下兩項技術工作：

首先，確定采取什么樣的均壓技術措施，才能達到控制和減少向采空區或已封閉火區內漏風的目的。其次，要盡可能了解和明確計劃進行均壓通風防滅火技術區域內的漏風情況，包括漏風點的位置、漏風量和漏風路線。

設法降低待實施均壓通風區域兩側的壓差是均壓通風的實質。無論是降低高壓側的壓力，還是提高低壓側的壓力，減少兩端的壓差都是其主要目的所在。根據待實施均壓通風技術區域的具體情況及使用條件的不同，選擇不同的均壓通風方式。

實踐中，最為常見的幾種均壓通風方式如下：

風機、調節風窗、風門聯合均壓，這種均壓通風主要針對采空區后部的漏風（包括外部地表漏風）如圖2所示。

均壓通風方法包括在工作面的在回風順槽B處安設調節風窗，在運輸順槽A處安設局扇二項具體措施。上述措施既可聯合使用，也可單獨使用。其目的就是在回采過程中可以減少采空區的漏風，使工作面空氣的絕對壓力大于后部采空區的絕對壓力，防止采空區的氣體向工作面回風側流動，起到防火的作用。

3.6 地面堵漏風防滅火

由于路天煤礦1604工作面埋藏深度比較淺，當工 作面回采過程中采空區垮落后地表就會塌陷形成許多通向采空區的裂縫從而形成大量的漏風通道，因此必須及時對地表裂縫進行填堵防止地面新鮮風流通過地面漏風通道進入工作面采空區，從而起到防滅火的作用，通常根據現場實際情況推土機回填封堵或者人工回填等工藝，及時開展漏風檢測研究，對確認漏風通道進行密閉封堵。并且要經常檢查各密閉、煤柱的完好情況，發現漏風跡象要及時進行處理，確保工作面安全高效地生產。

3.7 合理確定工作面推進速度

合理確定工作面推進速度有利于防滅火工作，當工作面的推進速度大于或等于煤層防火最不利條件下臨界推進度時，工作面采空區的遺留煤炭在氧化帶中滯留時間比較短，還沒有達到自燃時就已經進入了窒息帶，從而防止了煤炭自燃現象的發生。

3.8 提高回采率

通過提高采煤工作面的回采率可以有效地降低采空區遺留煤炭的自燃，因為采煤工作面的回采率越高遺留在采空區的煤炭就會越少，這樣氧氣就和采空區遺留煤炭發生氧化的幾率就會大大減少，產生的熱能就會減少這樣就非常有利于防滅火工作，尤其是綜合機械化放頂煤采煤工作面大幅度提高回采率后采空區自燃發火的現象就會得到非常有效地遏制。當進行下分層開采時，上分層采空區的浮煤又形成二次供氧，極易發生煤層自燃火災。因此，在煤層厚度適合放頂煤開采時，盡可能采取一次采全厚。

3.9 合理確定工作面的通風量

通風量首先滿足瓦斯不超限的情況下，盡可能降低其通風量是高瓦斯綜放工作面的首要選擇。對于低瓦斯綜放工作面通風量越小采空區氧化帶的漏風量就越小，因此在能夠滿足同時工作人員的需要量，或滿足煤礦規程規定的工作場所溫度指標和滿足機電設備的散熱要求的情況下通風量越小越好。通風量小采空區氧化帶寬度也越小，采空區發火的機率就小。

4 結語

路天煤礦1604工作面埋藏深度比較淺，采空區垮落后地表形成了大量裂縫，從而形成了大量的漏風通道，但是自從使用了綜合防滅火技術以來，工作面從來沒有發生過自燃發火現象，保證了工作面安全高效地生產，收到了良好的使用效果，具有重要的推廣應用價值。

參考文獻

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