薄煤柱構(gòu)造復(fù)雜工作面自然發(fā)火防治技術(shù)

單長劍 王 奇

（棗莊礦業(yè)集團高莊煤業(yè)有限公司，山東 濟寧 277605）

1 概況

3上1104工作面走向長度為1408m，傾向長度166m，煤層傾角4～25°，平均12°，煤層厚度3.8～11m，平均5.2m，煤層具有自然發(fā)火傾向，最短自然發(fā)火期為54d。

3上1104工作面2015年1月22日開始生產(chǎn)，原計劃于12月中旬回采結(jié)束，因兩次縮面開采、過3上1102泄水巷，同時受FN1-1、FN1、f88等斷層、沿空側(cè)保護煤柱薄等影響，推遲至2016年3月底才回采結(jié)束，5月13日完成封閉。

2 自然發(fā)火隱患分析

（1）工作面所屬3上煤層具有自然發(fā)火傾向性，自然發(fā)火期為54d。

（2）工作面運輸巷與原3上1102采空區(qū)相鄰，僅留有3m煤柱，最薄處不足1m，且薄煤柱區(qū)域長達470m，受動壓影響，煤柱易破碎產(chǎn)生裂隙形成漏風(fēng)通道。

（3）當工作面推進至原3上1102泄水巷附近時，由于煤柱變薄，工作面逐漸收縮撤架，回采速度放慢，采空區(qū)遺煤與空氣接觸的時間變長。

（4）工作面回采過程中，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，受斷層、地質(zhì)構(gòu)造帶影響，導(dǎo)致回采率降低，采空區(qū)遺煤數(shù)量增加。

（5）工作面兩巷隅角受斷層、構(gòu)造帶影響，采空區(qū)冒落不實，漏風(fēng)較大。

（6）工作面運輸巷巷道斷面小，在回采過程中受壓變形，通風(fēng)斷面縮小，增加了通風(fēng)阻力，同時因巷道擴刷爆破作業(yè)，影響了采空區(qū)壓力平衡，采空區(qū)漏風(fēng)較大。

3 主要技術(shù)措施

3.1 過薄煤柱期間

3.1.1 合理布置通風(fēng)系統(tǒng)

為實現(xiàn)均壓，工作面采用上行式通風(fēng)，且布置兩路回風(fēng)，一路通過西十一一部回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷（與3下510工作面共用），另一路通過西十一二部回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，系統(tǒng)上避免了3下510工作面的進風(fēng)通過1102采空區(qū)從1104面隅角及運輸巷破碎薄煤柱漏風(fēng)造成的采空區(qū)氣體溢出。

3.1.2 控制工作面風(fēng)量

為減少向采空區(qū)的漏風(fēng)，調(diào)整工作面風(fēng)量不超過800m3/min。測風(fēng)員加強對工作面風(fēng)量的測定及周圍密閉的氣體及壓差變化情況的觀測，根據(jù)壓差大小調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。

3.1.3 封堵兩隅角，減少采空區(qū)漏風(fēng)

每兩天對工作面上、下隅角打板閉封堵，由噴漿隊進行掛網(wǎng)噴漿，噴漿范圍為煤壁至工作面液壓支架邊緣，噴漿厚度不小于150mm。

3.1.4 對3上1104工作面運輸巷沿空側(cè)噴漿堵漏

噴漿范圍為沿空側(cè)及肩窩外1m，噴漿厚度不小于150mm。聯(lián)合地測科繪制《3上1104運輸巷與3上1102采空區(qū)煤柱厚度探測圖》，對應(yīng)采掘工程平面圖，找出薄煤柱區(qū)、水倉區(qū)及超掘貫通區(qū)，根據(jù)煤柱厚度找出治理重點區(qū)域，重點進行噴漿堵漏。

3.2 過斷層、泄水巷、縮面等生產(chǎn)緩慢期間

3上1104工作面地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，共揭露斷層28條，其中落差大于2.0m有10條，F(xiàn)N1-1、FN1、f72、材 4、運 5、f88、材 9、F106、材9、補材1、面1斷層落差分別為13.0m、6.5m、0～8.0m、5.0m、3.0m、3.0m、3.5m、11.6m、3.5m、3.0m，其余均在2.0m以下。斷層附近煤巖層破碎，易冒落，層理發(fā)育，原生裂隙，易片幫，同時面內(nèi)可能存在隱伏斷層及斷點，對回采影響較大。同時，工作面過3上1102泄水巷，并兩次縮面撤架，回采速度放慢，采空區(qū)遺煤增加，增大采空區(qū)火災(zāi)隱患。

3.2.1 工作面注漿及架后注漿

工作面運輸巷用2寸塑料膠管或?qū)L(fēng)管改成注漿管路，出漿口加設(shè)2寸鐵質(zhì)花管，并高于地板0.5m處，回采期間加強采空區(qū)注漿，嚴格控制灰漿比例，每天注漿量以漿液剛流入工作面為準。

對工作面斷層帶上方區(qū)域架后插管注漿，局部區(qū)段進行架間循環(huán)插管注漿，插管管徑20mm，插管深度為10m，為提高插管注漿的效果，使所注漿液能完全覆蓋住采空區(qū)遺煤，插管角度不低于20°，確保插管末端到達架后浮煤上方。每3根插管為1組，注完后將注漿管拔出5m繼續(xù)進行注漿，每組注漿時間不少于30min（重點插管注漿區(qū)域根據(jù)現(xiàn)場情況隨時調(diào)整）。

3.2.2 氣體監(jiān)測

（1）在工作面回風(fēng)隅角處懸掛甲烷傳感器、一氧化碳傳感器。中心室值班人員實時觀測氣體變化情況，發(fā)現(xiàn)氣體波動較大或其他異常情況時及時向通防科調(diào)度室匯報。

（2）瓦斯檢查員攜帶光瓦、四合儀、紅外測溫儀，每班對3上1104工作面上、下隅角、回風(fēng)流及運輸巷1、2、3號鉆孔內(nèi)氣體，檢查瓦斯、一氧化碳、氧氣、二氧化碳及溫度，并觀察沿途通風(fēng)設(shè)施完好情況，斷層帶區(qū)域的放煤情況，每班不少于兩次，并及時匯報。

（3）在3上1104運輸巷沿空側(cè)布設(shè)鉆孔，每班安排安全監(jiān)測工對鉆孔內(nèi)氣體進行取樣分析，并對3上1104回風(fēng)隅角及回風(fēng)隅角處束管內(nèi)氣體采樣分析，觀察老空區(qū)氣體變化。

3.3 收尾期間

工作面推采臨近停采線，推采速度放緩，而且放煤不徹底，后部采空區(qū)冒落不實，采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)大，停采回撤期間，處在20～60m自燃帶遺煤將長時間與空氣接觸，存在自燃威脅。

3.3.1 加強放頂煤管理

后部放煤必須放干凈，做到“見矸關(guān)門”。臨近停采線60m內(nèi)，由采煤一區(qū)制定專項措施，保障必須采細放凈，杜絕留頂煤；放煤建立“三級驗收”機制，即采煤一區(qū)驗收員逐架驗收，安監(jiān)員每班驗收，地測科、綜采辦、通防科每天排專人檢查驗收。工作面放煤時，安監(jiān)員加強監(jiān)督，確保頂煤放干放凈，同時將兩隅角支護的錨網(wǎng)及錨網(wǎng)梯（頂板處）拆除干凈，兩隅角未經(jīng)通防同意，嚴禁支設(shè)木垛，確保及時垮落，否則采取措施強制放頂。

3.3.2 加快工作面推采速度

加快采煤速度，每天最低4刀3.2m，確保工作面后部采空區(qū)在最短時間內(nèi)進入窒息帶，達到防火的目的。

3.3.3 加快造撤面條件

提前考慮以最快的速度、最短的時間造撤面條件，給回撤支架留出更多的時間。排定計劃，明確上大板、上網(wǎng)、施工穩(wěn)車硐室、鋪軌道、回撤運輸巷皮帶、破碎機、三機配套等時間進度表，提前做好準備工作。回撤前由生產(chǎn)科提前施工穩(wěn)車硐室、拆解硐室等巷道擴刷工程，經(jīng)通防科同意簽字后方可施工。施工地點嚴禁爆破作業(yè)，沿空側(cè)噴漿堵漏，噴漿厚度不小于150mm，防止3上1102采空區(qū)氣體溢出。

3.3.4 停采后架間注漿

在工作面上隅角及液壓支架架間每間隔3～5個支架，架間施工鉆孔至架后5m位置處，并預(yù)留注漿用大孔徑空心鉆桿，以便防火注漿和氣體觀察。

3.4 回撤期間

3.4.1 封堵隅角，減少漏風(fēng)

回撤時，先撤除后溜，然后對回撤工作面上下隅角、液壓支架架間、架后進行封堵，封堵材料選用SPA-4礦用噴涂充填材料，確保封堵質(zhì)量，做到嚴密不漏風(fēng)。在工作面上隅角施工鉆孔至架后5m位置處，預(yù)留注漿用大孔徑空心鉆桿，進行防火注漿和氣體觀察。停采后，立即對工作面上下隅角及工作面上部60個支架架間、下部10個支架架間進行噴漿封堵，確保封堵嚴密不漏風(fēng)。

3.4.2 均壓并穩(wěn)定通風(fēng)系統(tǒng)

材料巷封閉后，立即將運輸巷改為正壓側(cè)，同時加強對3上1104回撤面所有通風(fēng)設(shè)施的檢查維護，確保每道設(shè)施的完好。儲備足夠數(shù)量的封閉防火門的阻燃防火門板，能迅速有效控制全部回風(fēng)流。測風(fēng)員每3d對工作面進行測風(fēng)，并及時觀察周圍密閉的氣體及壓差情況，做好記錄，發(fā)現(xiàn)異常及時匯報。

3.4.3 加強局部通風(fēng)管理

回撤期間，加強局部通風(fēng)管理，確保局部通風(fēng)機“雙風(fēng)機、雙電源、自動切換、自動分風(fēng)”，并指定專人負責(zé)風(fēng)機的運轉(zhuǎn)和切換試驗，填寫好切換記錄。風(fēng)筒工每天巡查維護風(fēng)筒，及時對破口進行縫補，減少風(fēng)筒漏風(fēng)，確保風(fēng)量供應(yīng)滿足要求。加強對風(fēng)筒的保護，避免回撤支架期間刮破風(fēng)筒。

3.4.4 加強注漿、灑漿

撤架期間，增加注漿量和漿液濃度，水與高分子防滅火材料按1:0.01配比，每天注漿量不小于200m3。每班安排專人對冒落端頭和架后進行灑漿，每天灑漿不低于3袋。要邊回撤邊灑漿，漿料要均勻灑至冒落的破碎煤體上面，然后用水噴灑，充分覆蓋松散的破碎煤體。因支護撤除，存在較大安全隱患，人員灑漿時要在臨近完好支架下向回撤處拋灑防火材料，不得冒險作業(yè)。

3.4.5 安全監(jiān)測

（1）瓦檢員每班對回風(fēng)隅角、回風(fēng)隅角束管內(nèi)、架間、回風(fēng)流、3上1102運輸巷密閉地點重點檢查，每班匯報不低于2次。

（2）在撤架端頭增設(shè)甲烷和一氧化碳傳感器。材料巷停采線處安設(shè)甲烷傳感器。實時對工作面撤架端頭、運巷隅角、運巷T2處的氣體、風(fēng)量、溫度進行監(jiān)控。

（3）每2d進行一次人工取樣，采樣地點包括架間預(yù)留鉆孔、隅角內(nèi)預(yù)埋束管、隅角、回風(fēng)流、3上1102運輸巷密閉，利用KSS-2100氣相色譜儀進行氣體分析，科調(diào)度室及時填寫記錄，繪制一氧化碳氣體變化曲線。

4 治理效果分析

圖1 CO濃度變化曲線

通過上圖可以看出，CO濃度在2016年2月份開始出現(xiàn)異常，3月上旬達到峰值150ppm，采取措施后，CO濃度開始下降，至3月中旬降低至60ppm，5月13日完成了對運輸巷的封閉后一直維持在40～60ppm之間。可見，通過采取相關(guān)措施，有效地抑制了采空區(qū)遺煤的氧化自燃，消除了采空區(qū)的自然發(fā)火隱患。

5 結(jié)論

3上1104綜放工作面自2015年1月21日開始生產(chǎn)，至2016年5月13日完成封閉，期間經(jīng)歷了兩次合茬接續(xù)、過老硐、過斷層等，CO氣體濃度升高，防滅火工作形勢嚴峻。經(jīng)過采取合理布置通風(fēng)系統(tǒng)、沿空側(cè)噴漿堵漏、上下隅角定期噴堵、及時封閉尾巷、沿空側(cè)打鉆注漿、架后采空區(qū)埋管灌漿、通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)均壓、回撤前架間架后噴涂封堵材料等綜合防火措施，有效地消除了采空區(qū)的自然發(fā)火隱患，實現(xiàn)了3上1104工作面生產(chǎn)、回撤期間的安全。