S2905綜采工作面自燃傾向處理實踐與分析

徐世波， 吳瓊瑛

(遼寧鐵法能源有限責任公司，遼寧 調兵山 112700)

1 問題的提出

大興煤礦S2905綜采工作面是2號礦區的主要采煤工作面，于2016年5月15日開采。5月31日，南方第二905綜采工作面運輸42 m，工作面框架，高角度上角，舊池梁管和5月22日(距切割眼10.5 m)和其他濃度CH4的現場檢查，CO，從58#支架到尾支架發現有CO，其中96#～97#最高CO濃度為312×10-6，頂角高CO濃度為225×10-6，舊池塘CO濃度為257×10-6，且5月22日梁CO濃度為387×10-6。回風CO濃度為22×10-6，呈上升趨勢。

2 工作面概況及特點

S2905工作面位于南二采區東部。工作面大面長659 m，傾斜寬190 m；小面長290 m，傾斜寬140 m。工作面面積165 810 m2。工作面周圍為非采區，工作面與7-2煤層相鄰，北部不開采，南部為S5719上部采空區，7-2煤層厚度在1.36 m～4.93 m之間，一般為2.96 m。9煤層的距離在33.07 m和36.73 m之間，一般為34.99 m。工作面與10-1煤層相鄰。煤層的厚度在0.28 m和0.62 m之間，通常為0.45 m，這是不可拔除的。9煤層的距離介于9.69 m和28.07 m之間，一般為11.21 m。S2905工作面從2016年5月15日開始回采，至2017年7月28日回采完畢。工作面煤巖形態為舒緩向斜構造，采用走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。回采期間，共實見九條斷層，斷層最短延伸長度為150 m，最長延伸長度為700 m；最小落差為0.4 m，最大落差為3.1 m。工作面共實見兩條火成巖巖墻，其中一條火成巖巖墻寬度為1.1 m左右，回采至400 m時開始出現，至850 m尖滅；另外一條火成巖巖墻寬度3.5 m左右，從564 m進入到工作面，延伸長度為560 m，至回采結束。回采至1 093 m時，工作面實見一條火成巖巖床。工作面“陷落柱”構造較發育，回采至804 m、814 m、868 m、1 010 m時，共實見四處“陷落柱”構造。“陷落柱”主要為角礫巖、煤塊、火成巖塊組成，規模一般為3 m～20 m不規則的圓形，如圖1所示。

本工作面煤的工業牌號為長焰煤，南部有少量不黏煤，煤層厚度在3.39 m～4.55 m之間，一般為4.05 m。本工作面煤層呈黑色，塊狀構造，質較純，以亮煤為主。煤的自燃發火期為17 d，煤塵爆炸指數為33.81%。

圖1 巷道布置示意圖

3 自燃傾向處理過程

本次S2905綜采工作面自然發火處理過程可分為兩個階段。

3.1 2017年5月31日-6月27日自然發火防治階段

工作面風量1 819 m3/min ，最大瓦斯涌出量27.90 m3/min，最大瓦斯抽采量14.81 m3/min。自燃發展過程如本文開頭所述。

3.1.1 煤炭自燃防治綜合技術及實施

3.1.1.1 封堵漏風主要技術措施

用于堵塞和降低壓降和減少泵送的技術措施的主要目的是減少由于采空區內外之間的壓力差引起的氧氣泄漏引起的高溫氧化。主要內容是防止通風系統影響采空區的漏風。工作面風量減小，工作面風量從1 800 m3/min逐漸減小到1 100 m3/min。分別于5月31日，6月19日和6月21日，下角建有永久密封墻。運順，1#～2#框架，羅克秀1 t，4#～5#Rocco休息1 t。從6月21日到6月26日，工作面停止，前30套支架噴涂。

3.1.1.2 充填砂帶主要技術措施

充填砂帶措施不僅能抑制采空區漏風、降低采空區溫度，更能在架后形成砂墻，減少工作面漏風量,防止災害擴大。S2905工作面CO上升后，針對切眼10#支架及50#架后斷層處遺留浮煤氧化自燃，從6月1日起，對采空區進行連續充填。5月31日～6月27日期間對兩順及切眼埋管等9處埋管點進行充填，充填總量達7 085 m3。

3.1.2 防治效果

采取各種措施后，工作面的CO排放量有兩個波動。6月4日，工作面CO排放總量為170 m3/d(返回CO的平均濃度為23×10-6)。6月5日至6月17日，CO涌出總量逐漸減少并穩定在80 m3/d。風CO的平均濃度為13×10-6。從6月18日到6月22日，工作面的CO排放總量增加。回風CO的平均濃度為8×10-6)。

3.2 2017年6月28日～7月9日自然發火防治階段 6月28日四點班工作面恢復生產，7月4日～9日工作面停產放假，運順已回采133 m、回順回采136.8 m。

3.2.1 自燃發展過程

6月28日工作面CO涌出總量47.5 m3/d(回風CO平均濃度7.08×10-6)，7月1日工作面采取均壓通風措施后，工作面CO涌出量186.9 m3/d(回風CO平均濃度38.16×10-6)。7月3日工作面取消均壓通風，恢復負壓通風，當日CO涌出量336 m3/d(回風CO平均濃度128.38×10-6)。7月4日工作面CO涌出量上漲最高達348.1 m3/d(回風CO平均質量分數155.24×10-6)。

3.2.2 煤炭自燃防治綜合技術及實施

3.2.2.1 工作面均壓通風措施

在S2九層軌道中巷設2組型號為2×55 kW和1組型號為2×45 kW的對旋式局部通風機，風機額定供風風量為三臺運轉、三臺備用。在距S2905運順口70 m處、S2905回順防火門處建設3道反向臨時風門。在S2905運、回順風門里側10 m～15 m各設一個束管，引到最外側風門外，連接壓差計及壓力傳感器。在S2905瓦斯道閉前15 m處建一道增阻框。

S2905工作面回采期間均壓風筒末端風量為1 500 m3/min左右，工作面風量控制在1 100 m3/min左右，運順側風門外觀測壓差控制在100 mm～120 mm H2O。CO涌出量及回風CO濃度均大幅上漲，均壓措施失敗。

3.2.2.2 恢復負壓通風、堵漏主要技術措施

7月3日工作面取消均壓通風，工作面恢復負壓通風。恢復運順風量至865 m3/min。同時在停產期間對工作面前三角點和前50組支架進行噴漿。在6月30日、7月1日、7月4日分別對前三角點大墻空隙注羅克休3.1 t。

3.2.2.3 兩順采空區埋管充填措施

6月28日～7月9日期間對運回順3處采空區埋管點進行充填，總量達1 440 m3。

3.2.2.4 注氮措施

6月28日～7月3日繼續對5月29日埋管、6月10日埋管、6月16日埋管向采空區內進行注氮，日注氮量在1 300 m3/h左右。本階段共計注氮39.3萬m3。

3.2.2.5 注液態CO2降氧降溫措施

為快速有效置換S2905綜采工作面采空區內氣體，創造一個惰化采空區，對S2905綜采工作面采空區、南五719采空區注液態CO2。

7月5日～7月9日，對運順5月29日埋管連續注入液態CO2，共計55罐車、110 m3。7月7日，利用南井充填系統對南五719回順閉過堂管路連續注入液態CO2，共計2罐車、52 t。

4 結論

5月31日至7月9日，S2905工作面累計充填河沙8 525 m3、注氮總量144.9萬m3、注液態CO252 t、注水13.1萬m3、注羅克休5.1 t。

邊采邊加支架、初采推進速度慢等因素給防火工作增加難度。

常規注氮氣防火措施在滅火過程中沒有發揮惰化和降溫作用。工作面正常回采期間常規防火措施，必須堅持使用氮氣防火措施。如出現自然發火隱患，需要根據發火點位置和CO變化趨勢，及時調整注氮位置。必要時，聯合注液態CO2措施進行防滅火工作。

針對切眼內的地質構造區域，實施的防火工程量較少。應加強對切眼內的地質構造區域的防火管理，在切眼貫通后回采前，采取噴漿、施工消火孔注泥、動態取樣觀測、預埋效果管路等措施，確保工作面出切眼階段不留隱患。

均壓通風技術缺少經驗，對于均壓通風技術在本次防治自然發火的實際應用中是失利的，但不代表不能在其他工程上投入使用。