高瓦斯、易發火煤層耦合災害治理技術研究

摘 要：振興煤礦三水平南部區18號層，自然發火期3-6個月，該塊段煤層原始瓦斯含量為4.571m3/t，最大瓦斯壓力為0.02Mpa；掘進期間，瓦斯最大絕對涌出量為2.9m3/min。受采動、地質等因素影響，開采初期瓦斯絕對涌出量為15.6m3/min；本文就如何在火與瓦斯災害并存的采煤工作面實現抽采達標、防火等內容進行研究。

關鍵詞：瓦斯抽采；消火灌漿；充沙封堵； 取樣觀測；綜合分析

1.采煤工作面概況

三水平南部區18號層采煤工作面位于三水平南部區F18斷層上盤，f 20斷層下盤。北到f 21斷層、南到f 19斷層、西到F18斷層、東到f 20斷層。工作面上部至F18斷層，下部為原新一礦舊區，左部至停采線，右部至切眼。該回采區域無鉆孔控制，受F13及F18斷層影響，該區地質構造較復雜，次生斷層發育。該區受斷層影響煤厚18.19m-6.79m，一般12m，煤層傾角平均22°，走向近南北，煤質較好，以亮煤為主，屬中等硬度煤，工作面設計開采儲量為17.0萬噸，選擇滑移支架放頂煤開采，頂板管理為全部垮落法。

2.掘進期間災害類別及預防治理措施

2.1災害類別

1）自然發火：三水平南部區18號層，自然發火期3-6個月，屬易發火煤層，受地質構造等因素影響，掘進期間抽冒點、巷道拐點及三岔口較多，同時由于巷道布置和斷面帶影響，頂板壓力顯現明顯，巷道碹體受壓力影響開裂脫落嚴重，上述因素對預防工作面防火極為不利。

2）本區及臨區舊巷：三水平南部區18號層塊段開采范圍內存在8條本區及臨區舊巷，工作面形成后，隨工作面推進受采動影響，舊巷內有害氣體不同程度滲入工作面及兩巷，將對安全生產造成威脅，與上部益新15號層探煤下山舊巷交叉點最小法線高差僅為0.8m，工作面舊巷揭漏點與15號層探煤下山聯通關系，造成15號層舊巷內瓦斯、CO等有害氣體大量涌入掘進工作面，嚴重制約掘進工作面安全生產的同時，18號層開采的可行性論證也帶來了難題；其余舊巷與工作面也存在不同程度的空間交叉關系，存在重大安全隱患。

2.2預防治理措施

自然發火方面：

1）掘進期間，主要以預防自然發火為主，嚴格落實防火噴碹技術規定，重點圍繞在抽冒點、巷道拐點及三岔口等易發火地點，同時考慮到機道開門位置布置在三水平南部區運輸大巷（南部區主要入風巷道），由于風壓大、開門點抽冒等因素影響，極易造成發火，以機道開門位置為中心，對前后30m運輸大巷幫頂重新進行噴碹處理，有效預防供氧發火；2）隨機軌兩巷掘進施工，每隔5m施工一組頂板防火注灰鉆孔，迎風施工傾角在35°-45°之間，孔深規定打到煤層頂板巖石0.5m為宜，掘進期間，利用頂板鉆孔對煤層頂板進行預防性注灰，封堵頂板裂隙及抽冒空間，防止供氧、蓄熱、自燃；3）采掘期間，指派專職防火觀測員，每天對工作面各處CO隱患點及易發火地點進行取樣化驗和現場觀測，發現煤體氧化、高溫等明顯發火征兆，做好記錄并進行連續觀測，消防火技術人員針對隱患點取樣化驗結果，及時制定或調整預防治理措施進行處理；4）隨工作面掘進，逐步完善該區防火配套設施，防火灌漿管路距工作面不超過20m，機軌兩巷開門位置以里20m處，各施工一道防火門套，同時在防火門套附近儲備充足的板方材等封閉材料，作為應急封閉或開采結束封閉使用。

過舊巷方面：1）掘進期間，針對舊巷與本區巷道層位關系，在掘進巷道內向舊巷施工探鉆，探明掌握舊巷內有害氣體、冒落程度、有無積水等基本情況，針對所掌握的資料提報專項處理方案，舊巷處理一般采取打鉆、逐段充沙填充手段為主，有效隔絕舊巷本煤層巷道，隔絕距離一般控制在垂高5-8m，水平距離20-30m；2）舊巷充沙填充處理同時，為防止開采過舊巷期間，個別舊巷與工作面層間距較小，隔絕填充保護層受動壓影響，隔絕效果減弱，造成有害氣體滲入或工作面瓦斯異常，對個別舊巷施工抽采泄壓鉆孔，開采期間，視舊巷對工作面影響程度，適時進行泄壓抽排，利用負壓作用，減小舊巷內氣壓，可有效抑制有害氣體滲出。

3.開采期間災害治理措施

（1）針對瓦斯超限實際問題，首先采用上隅角設風機稀釋瓦斯最直接的手段處理，其目的通過增大上隅角風壓和增加回風風量稀釋瓦斯濃度，風機開啟后，上隅角瓦斯濃度0.8-1.2%，局部點2.5%，回風流瓦斯濃度0.4-0.8%，工作面瓦斯濃度無明顯變化。

（2）針對實際情況，首先修改完善瓦斯抽采治理措施，結合地質部門提供的工作面F4、F5、F21斷層構造帶分布情況，在回風道向斷層帶布置施工高位鉆孔，抽采斷層帶及冒落帶瓦斯源，有效地遏制動壓區瓦斯大量涌出工作面，通過向斷層帶補打高位鉆孔進行抽采，上隅角取消風機供風的同時，瓦斯涌出趨于穩定，上隅角瓦斯濃度0.5-0.8%，回風流瓦斯濃度0.3-0.4%，工作面瓦斯濃度在0.2-0.4%。

（3）與此同時，考慮該采煤工作面瓦斯抽采系統過于單一，未實現高低濃度分源抽采，造成仰角鉆孔抽采負壓在2-4KPa，上隅角埋管抽采負壓在0.8-1.5KPa，抽采率在33-42%；無法達到抽采能力需要。針對分析提出的問題，自工作面上隅角重新鋪設一趟抽采管路，啟動井下移動抽采系統抽采上隅角瓦斯，利用地面抽采系統抽采回風道仰角鉆孔，抽采系統完善后，仰角鉆孔單孔抽采負壓在7-9KPa，上隅角埋管抽采負壓在3-15KPa，單孔抽采濃度提高10-15%，抽采率提高到65-72%，上隅角瓦斯濃度0.3-0.5%，回風流瓦斯濃度0.2-0.3%，工作面瓦斯濃度在0.2-0.3%，有力地保障了安全生產。

（4）加大區內CO隱患排查力度，針對上隅角、軟幫、抽采鉆孔、舊區舊巷及兩巷頂板防火小鉆孔進行逐一觀測，針對存在CO隱患地點必須進行連續取樣化驗，并針對化驗和觀測數值繪制CO變化曲線，及時分析CO隱患變化情況和來源，便于采取有效措施進行處理。

（5）及時對照工作面開采進度，利用回風道仰角鉆孔對工作面上方煤體和采空區進行注水和阻化劑，抑制煤體氧化的同時，防止采空區殘留浮煤氧化產生CO隱患；同時為防止上隅角及自上隅角向下20m范圍內軟幫發生CO隱患，利用軟幫插花管，對軟幫進行噴灑阻化劑。在上隅角埋設灌漿管路，工作面每推進20m，利用地面灌漿系統對后部采空區進行一次預防性灌漿。

（6）對照工作面斷層帶及冒落不充分、易氧化發火部位，在回風道施工灌漿消火鉆孔，鉆孔終孔標高布置控制在距工作面頂板垂高10-15m，增大灌漿鉆孔覆蓋范圍，灌漿波及范圍。

（7）利用掘進期間機道施工的順層鉆孔對硬幫煤體進行高壓注水，同時針對兩巷頂板防火小鉆孔隱患情況，針對性地進行注水、注灰，工作面推進至隱患點前，必須消除，防止CO隱患留至采空區。

（8）在工作面下隅角碼放袋子，碼放范圍不得小于5m，必須做到碼嚴碼實，防止向采空區內漏風，不利于防滅火工作。

綜上所述，高瓦斯易發火煤層采掘工作面火與瓦斯等災害問題，通過科學的分析和論證，因地制宜采取合理有效的預防和治理手段是可防可控的，本文所述的三水平南部區18號層采煤工作面計劃可采儲量18.5萬噸，實際采出原煤27.3萬噸；因此，通過在實踐中不斷學習和摸索，生產過程中存在的諸多難題也一定能夠得到解決。

作者簡介：

陳仁海（1970.7-），男，1995年6月畢業于黑龍江礦業學院采礦工程專業，本科學歷，工程師，現任黑龍江龍煤鶴崗礦業有限責任公司益新煤礦副礦長。