綜合防滅火技術在易自燃厚煤層分層巷道高冒點的實踐和探討

趙志強

摘 要：基于孟巴礦開采煤層屬Ⅰ類容易自燃煤層，需要采取多種防滅火方法之實際。我們對1203面高冒氧化區及上分層采空區運用了注水降溫、加濕、注氮惰化、均壓、本煤層堵漏等多種技術手段，成功地通過高冒區，多回收煤炭資源5萬噸。

關鍵詞：易自燃煤層；防滅火方法；通過高溫區

中圖分類號：TD753 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0176-03

1 概述

1203工作面是巴拉普庫利亞煤礦（以下簡稱孟巴礦）南翼采區的第一個二分層綜采工作面，位于1103工作面下方。走向長度811m，傾斜長114.1～115.8m，傾角5.6～19.0°，厚度為29.40～41.00m，巷道均布置在煤層中，采取府采方法和綜采工藝。煤質堅硬，裂隙發育，距一分層底板3.3～6.5m，平均4.9m，其上分層1103工作面平均采高2.95m。煤層自然發火期為0～3個月，屬Ⅰ類易自燃煤層，工作面涌水量達400m3/h，初始煤溫高（40～44℃），1103采空區流出的水溫為37℃，工作面采空區流出的水溫達41℃。該工作面從2012年2月22日開始掘進，6月30日貫通，9月10日生產，2013年2月28回采結束。

如圖1，1203運輸道（下道）在2012年3月24日早班進入下分層155m處，由于煤層裂隙發育，形成15m破碎帶，頂板淋水大（水量38m3/h），局部出現掉頂，冒頂高度1.5～2m。中班16：00插管監測，插管深度1.8m，編孔1#，孔內CO：20PPm，26日19：00孔內CO達：773PPm。

2 冒頂氧化區域的處理措施及效果

2.1 掘進期間的處理措施和效果

2.1.1 監測方案

該處巷道頂板與1103采空區底板揭發距離3.5m，巷道與采空區是連通的，在其前后布置監測孔（措施孔），對該高冒區采空區實施監測和措施處理。在距1#孔前方11.2m（編孔2#）和后方7.2m（編孔3#）處，分別向一分層采空區打鉆孔，2#孔深7m，3#孔深9m進入上分層采空區。目的是探查上分層采空區氣體變化情況并對上分層采空區實施注氮。

2.1.2 監測方式

采取每班監測2次，檢查CO、O2濃度，當CO濃度超過100PPm時，采樣色譜分析。

2.1.3 應急措施

（1）分別向1#、2#、3#孔注氮，注氮量為400m3/h。目的是減少向高冒區的漏水量，并對采空區進行惰化。（2）向前掘進20m，將風筒出風口離開高冒處，減少正壓漏風量。（3）采取單局扇供風，將風量降到最低，進一步減少正壓漏風量。

2.1.4 應急措施效果

3月26日22：00頂板上分層采空區鉆探成孔后，經探查：2#孔CO：24PPm，CO2：0.7%，O2：16%，CH4：0.2%（3#孔內氣體與2#孔一致）。隨后對2#、3#孔進行注氮作業，注氮后1#孔CO在50PPm波動。巷道恢復正常掘進。

2.1.5 恢復掘進后期間的措施及效果

（1）采取套棚的方式治理涌水點漏風，將彩條布覆蓋整個巷道淋水范圍，彩條布下方用金屬網托舉，然后套棚托住金屬網，將頂板淋水集中排放，降低通過大面積涌水裂隙向上分層采空區的漏風。采取該措施后，巷道中部的涌水均流向兩側，主要流向下側的水溝，達到了預期效果。（2）注水：由于彩條布較滑和淋水大，無法實施噴漿堵漏和本煤層注漿措施。結合其漏水量大的因素，通過1#孔對高冒區頂煤進行濕潤降溫，同時增大注水量，減少向采空區的漏風通道面積。在掘進期間漏水水溫和煤體溫度無變化。（3）注氮：繼續對2#、3#孔注氮，增加采空區的內腔正壓力，同時削減煤體氧化發展。（4）堵漏：掘進期間，在其聯絡巷上方的1103下道和1105上道的聯絡斜巷中增設一道密閉墻，同時向其內注氮加壓，實施均壓，使一分層采空區與該高冒處不形成漏風通道，減少高冒處的漏風量。

通過以上措施，掘進期間該處高冒點的氣體無較大波動，安全地完成了1203面掘進任務。

2.2 回采期間采取的措施及效果

在分層開采中由于工作面留設的頂煤較薄，在礦山壓力作用下以及一分層部分密閉墻損壞，存在向工作面上方的采空區供氧的通道，大量堆積的碎煤在長時間的供氧條件下易低溫蓄熱自燃。因此，控制上分層采空區煤體自燃與控制工作面采空區自燃同等重要，對于1203工作面來說控制好該高冒點的漏風量尤其重要。

2.2.1 回采期間漏風通道、自燃時間預測和分析

（1）漏風通道分析。1203工作面采用上行通風，從1203運輸巷（下道）進風、1203軌道巷（上巷）回風，根據工作面與周邊巷道、一分層采空區的關系，在不同的回采時間段與該高冒點有關系的漏風路線有兩條。1）工作面生產前、中期，工作面超前壓力未影響到該高冒點時的漏風通道：從1103、1105聯絡巷的密閉墻→1103停采線→1203下道上方的采空區（經過該高冒點）→1203工作面超前壓力影響區范圍內的1103采空區→支架上方→1203采空區→1203回風隅角→1203上道。在新鮮風流經過1203下道流到工作面煤壁時，沿途巷道的風流在風壓的作用下將通過該高冒點、頂板連通的微裂隙、構造弱面裂隙、漏水點向該漏風通道中的采空區滲入。因此，該期間重點是減少漏風量，降低溫度。2）工作面生產后期，工作面超前壓力影響到該高冒點時的漏風通道：1203下道→1203下道超前壓力形成的裂隙→1103采空區→1203上道超前壓力形成的裂隙→1203上道上方。由于該通道是在前一通道的基礎上演化而來，由于受超前壓力的影響，巷道頂板產生大量的新生裂隙（表現為頂板淋水、碎裂），向一分層采空區漏風量驟然增加，煤體氧化范圍擴大和升溫速度加劇，表現采空區回風隅角一分層流出的風溫驟然升高、支架出汗。因此，該期間重點是加快推進、縮短破碎煤體氧化時間和降低溫度。（2）自燃時間及對應措施分析。由于受流水的影響，該高冒點可能蓄熱自燃點應位于1#附近巷道的上方；可能自燃的時間為：一是該高冒點風量大，措施不當，在未進入超前壓力影響區前就發生自燃，防止其發生必須采取控氧降溫措施；二是在高冒點進入超前壓力區期間，因漏風量增加，加速高溫點煤炭自燃，應采取加快推進、注水降溫、均壓和注氮惰化措施；三是該高冒點煤體落入采空區，逐步散開，煤炭吸氧面積擴大自燃加劇，應采取插管注水、加快推進，必要時采取反風措施。

2.2.2 采取的主要措施

（1）均壓措施，目的是通過較低的風量減少高冒點處向采空區的漏風深度和量，工作面計劃配風1080m3/min，實際配風1320m3/min，在生產過程中將根據工作面溫度、氣體情況及時調整風量。（2）注氮：繼續對該高冒點及前后實施注氮減少漏風量，并對一分層采空區惰化。（3）注水：一是在該高冒區處鉆孔找高溫點進行注水降溫。二是在工作面離該高冒區近80m時，從上道向采空區內注水降溫，防止高冒區域存在高溫煤體。（4）本煤層注水泥漿堵漏：由于該處漏水嚴重，無法噴漿，只能對煤層頂板實施注漿堵漏。（5）加強監測，每班檢查高冒點的CO濃度，當CO濃度超過24PPm時，同時檢查O2濃度并采氣樣上井進行色譜分析。

2.2.3 工作面通過冒頂區域前氣象指標變化情況

從上表1可以看出：（1）工作面增加風量對高冒區產生直接影響，擴散深度提高，高冒區深部煤體發生氧化反應；（2）實施上分層采空區深部注N2，是抑制上分層采空區煤體氧化的有效手段。由于煤層裂隙發育，N2通過裂隙亦對高冒區煤體氧化產生抑制作用，注N2工作停止后，上分層采空區煤體氧化現象發展迅速；（3）由于煤層裂隙發育，冒頂區域段發生較大阻力變化時，通過煤層裂隙對上分層采空區形成供氧通道，煤體發生較強氧化反應。

2.2.4 工作面通過高冒氧化區及上分層火區前采取的預防措施

（1）工作面穩定通風系統，配風穩中有降至912m3/min；（2）以1#孔為中心向前后各延伸20m，對頂板煤層裂隙高壓灌注水泥漿，封堵漏風通道。使用Φ20mm插管，鉆孔深度4.5m，間距1.6m，泵壓15MPa。實際鉆孔33個，灌注水泥62.5噸（干料）；（3）在運輸道、材料道上分層收作線處各施工頂板鉆孔2個，采用Φ25mm插管，深度9m，封孔后對上分層采空區進行連續注N2充填作業，降低上分層采空區O2含量，惰化采空區浮煤及煤體；（4）在工作面材料道（上道）施工Φ50mm頂板注水鉆孔，對上分層進行注水作業，堵塞導水裂隙漏風，恢復上分層采空區濕度水份含量，破壞采空區煤體由于脫水觸氧發生的氧化；（5）從工作面材料道（上道）預埋Φ75mm注水管路，對工作面采空區上部干燥缺水部分進行注水降溫，同時利用采空區的高溫蒸發效應，增加采空區濕度，達到阻化采空區煤體氧化的目的。

2.2.5 回采工作面通過冒頂區及上分層火區效果檢驗

（1）工程措施全面實施結束后，2013年2月6日高冒區及上分層采空區監測孔CO全部降至0～10PPm，恢復至安全值。（2）2013年2月15日中班工作面揭露高冒區，1#、2#、3#支架架后落煤時有霧氣發生（白色煙霧），架間及頂板插管未檢測出CO，插管監測頂板內部溫度達65℃，淋水溫度高達48℃，工作面其它點位氣體及空溫均未見異常。

自揭露高冒區起至2月21日工作面回采推進28m，日推進保持了6.6m的較高速度，架間頂板插管溫度恢復至40℃，工作面成功通過高冒區及高冒導通的上分層火區。

3 聯合運用防滅火技術處置效果

（1）通過對該區域頂板煤層注漿，128m2范圍內注漿62.5噸（干料），達0.49t/m2，其頂板裂隙發育程度較高，存在較大裂隙漏風通道。（2）恢復斷水干涸的頂板淋水區域，一方面堵塞了由于涌水斷流產生的漏風通道，降低了通道周邊煤體的溫度；另一方面水流通過溫度較高的采空區時，基于蒸發效應，上分層采空區內濕度得到較大提高，對采空區煤體氧化起到了良好的阻化作用。（3）注N2對封閉良好的上分層采空區煤體具有較好阻化效果，能夠迅速造成上分層采空區缺氧，阻斷煤體氧化，采空區氧氣含量抑制在2%以下，CO能夠迅速降至0～10PPm的安全范圍。（4）支架通過高冒區時后尾梁落煤，所見白色煙霧為水的汽化。高冒區較高溫度的煤體落入水中時，由于量大，攜帶絕對熱量高，溫差亦較大，導致了水的汽化現象。因此，隨機未檢測出代表煤體氧化的CO等指標性氣體。（5）工作面安全推過該高冒區使工作面多回采90m，多采出5萬噸煤。

4 結語

通過1203工作面聯合運用防滅火技術手段，安全的穿過高冒區及上分層火區的實踐，表明該礦處置煤體氧化的方法重點在于控氧及聯合運用多種防火阻化、窒息煤體手段。對于此類高溫礦井，由于原始煤溫高達44℃，采取注水降溫或其它方法散熱、阻止煤體氧化，其前提必須直接作用在氧化發熱體上。增加采空區空氣濕度含量是阻化采空區煤體氧化的有效方法。