綜采放頂煤工作面防滅火關鍵參數的考察與運用

摘要：新集礦區自然發火災害嚴重，新集一礦三采區13-1煤層首采被保護層131303工作面采用放頂煤開采，為保證首采面安全、高效回采，礦井對該面自然發火防治指標氣體、發火周期、自燃“三帶”進行了考察；采取針對性綜合防滅火措施，保證了工作面安全生產。

關鍵詞：綜采；被保護層；放頂煤工作面；防滅火關鍵參數；煤礦開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD752 文章編號：1009-2374（2017）10-0224-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.112

新集一礦主采13煤層具有自燃傾向性，為自燃煤層，自燃發火期一般為3～6個月，最短自然發火周期36天。13煤同時為突出煤層，三采區13-1煤層首采被保護層131303工作面效果檢驗為無突出危險區，由于該工作面13-1煤層為厚煤層（平均煤厚7.26m），采用綜采放頂煤開采工藝；為確保被保護層131303首采面安全、高效回采，礦井對該面防滅火關鍵參數（指標氣體、發火周期、自燃“三帶”）進行了考察，以提升礦井技術與管理水平，為礦井類似條件布置開采防滅火提供技術參考。

1 煤層自燃發火關鍵參數的測定

1.1 煤體氧化早期指標氣體的測定

煤樣現場采取，經密封儲存送至實驗室，根據煤升溫氧化氣體產物的生成規律，確定防火預測預報標志氣體早期（低溫氧化階段）為一氧化碳（CO），中后期（加速氧化階段溫度超過200℃）伴隨乙烯（C2H4）氣體產生。

1.2 煤層最短自然發火期實驗

煤樣采用升溫氧化實驗方法，建立絕熱條件下的熱平衡方程，計算不同溫度時煤氧作用的放熱速率，解算得新集一礦13-1煤層，131303風巷煤樣實驗最短自然發火期為54天。

1.3 采空區自燃“三帶”測定

1.3.1 采空區“三帶”的劃分依據。目前采空區“三帶”總的來說有兩種劃分方法：根據采空區漏風流速劃分，根據氧氣濃度劃分。本項目采用按氧氣濃度劃分一般為：不燃帶的氧氣濃度大于15%～18%，自燃帶的氧氣濃度8%～15%，窒息帶的氧氣濃度小于8%。

1.3.2 測定方案。工作面自燃“三帶”現場實測方案科學的沿131303工作面進、回風巷布點測定，工作面回采100m后平穩推進，在進、回風巷內沿巷幫底部埋設若干根束管，束管安設測樣頭，沿工作面回采走向采樣控制距離可達200m，束管及測樣頭進行保護。測樣頭進入采空區后使用束管監測系統抽氣采樣，進行色譜實驗分析采空區氣體成份變化，主要分析一氧化碳（CO）、氧氣（O2）及烯烴類氣體（CmHn）。

1.3.3 測定情況。

第一，考察方法。在新集一礦131303工作面正常回采通風的條件下，進行采空區氣體成份規律、煤炭氧化自燃“三帶”及煤炭氧化自然規律考查。

第二，實際考察氣體參數變化情況。本文僅取1#測點O2、CO為代表對131303綜放面采空區煤炭自燃氧化“三帶”實測數據進行舉例分析。

第三，根據131303工作面采空區氧氣、一氧化碳等氣體濃度變化的實測，又進行了采空區數學物理模型分析模擬，對數據進行處理，131303工作面采空區“三帶”的范圍確定為：不燃帶<3.5～29m；自燃帶29～73m；窒息帶>73m。

2 131303工作面主要防滅火措施的采取

通過上述131303工作面采空區防火關鍵參數的測定，礦井對該面防火措施進行了調整：（1）工作面正常回采期間月推進度不少于80m，確保工作面采空區氧化帶滯留時間低于該煤層最短自然發火周期；（2）礦井原束管監控系統受束管抽氣距離限制，采空區氣體抽采的地面化驗分析、數據準確性差，升級改造為束管抽氣在井下工作面附近進行氣體參數分析、數據上傳地面，確保防火數據可靠；（3）每天工作面采空區人工現場檢查，并取樣色譜分析，與束管監測數據比對；（4）工作面采空區防滅火灌漿系統、注氮系統在工作面正常推進時，分周期使用注入采空區三相泡沫及氮氣；（5）工作面控制采空區瓦斯抽采混合量，正常回采時一般低于100m3/min，工作面停采及時停止抽采或少量抽采；（6）工作面過斷層提前考慮減少采空區留有頂煤、防止采空區垮塌浮煤堆積；上下隅角提前分段施工擋墻，并使采空區下隅角易形成灌注的三相泡沫堆積帶，充分減少采空區漏風；（7）礦井停產計劃檢修充分考慮工作面位置及采空區防火氣體觀測情況，停采期間減少配風，同時上、下隅角擋墻及一定范圍噴注高分子材料，增加采空區密封性、減少采空區漏風；（8）工作面收作期間在風巷施工頂板灌漿鉆孔，覆蓋工作面停采期間煤體氧化帶。

3 礦井同類工作面的布置防火措施的完善

（1）結合目前公司綜采放頂煤設備，13-1放頂煤工作面布置一般不超過180m，保證工作面正常推進度；（2）工作面機、風巷撥門時即沿頂施工，沿煤層頂板施工段進入停采線以里（回采范圍）30m，收作前工作面逐步抬高沿煤層頂板施工，減少停采收作時氧化帶采空區浮煤堆積；（3）工作面收作線嚴禁布置在斷層、構造帶，防止過斷層及收作時間過長形成自然發火隱患。

4 結語

通過工作面自然發火關鍵參數考察，指導工作面綜合防滅火措施落實，并在工作面開采防火重點時期采取有效手段，消除了礦井13-1厚煤層開采期間采空區遺煤氧化發火的難題。礦井防滅火措施完善后，原來經常在工作面收作、過斷層期間出現發火隱患，目前綜采放頂煤工作面回撤到封閉前采空區一氧化碳控制在100ppm以下，從而保證了礦區安全生產。

作者簡介：許令要（1974-），男，安徽淮南人，中煤新集能源股份有限公司通防地測部主管，工程師。

（責任編輯：秦遜玉）