崔木煤礦煤層自燃發火綜合防治技術體系與應用

趙振中，吳正海

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崔木煤礦煤層自燃發火綜合防治技術體系與應用

趙振中，吳正海

（皖北煤電集團崔木煤礦，陜西 寶雞 721599）

針對崔木煤礦綜放工作面末采和收作期間及采空區巷道存在的自燃發火隱患，提出了“1264”防治煤層自燃發火防治技術體系，建立了防滅火注氮系統、灌漿系統、注三相泡沫系統和束管監測系統，形成以監測監控、人工檢測和色譜分析相結合的“三位一體”綜合預測預報系統，并成熟地實踐了堵漏、均壓、注氮惰化、預防性灌漿、注三相泡沫、注新型防滅火封堵材料等綜合防滅火技術措施。實踐表明，該技術體系有效保障了崔木煤礦復雜條件下特厚煤層綜放工作面的順利開采，為礦井的安全、高效發展及同類礦井工作面的防滅火提供了寶貴的經驗。

煤礦煤層；監測監控；防治技術；新型防滅火材料

1 引言

崔木煤礦3煤為Ⅰ類易自燃煤層，煤塵具有爆炸性，自燃發火期為38 d。2013-06，21301工作面回采期間發生煤層自燃，造成工作面未采完即封閉；2014-04，21302工作面收作期間采空區遺煤自燃，造成崔木煤礦直接或間接經濟損失數億元，嚴重影響了礦井的安全生產。經多年的探索創新，礦井逐步建立了一套特厚煤層綜放開采煤層自燃綜合防治技術體系，為礦井的安全開采奠定了可靠的技術保障。

2 煤層自燃發火綜合防治技術體系

為解決崔木煤礦綜放工作面末采和收作期間及采空區巷道存在的自燃發火隱患，崔木煤礦建立了“1264”防治煤層自燃發火防治技術體系，即“一策、二體、六技、四制”。“一策”，是指“預防為主，綜合治理”的防治煤層自燃發火指導性管理策略。“二體”，是指礦井防火和滅火兩個管理體制。礦井在以預防為主，綜合治理防治煤層自燃發火管理策略的指導下，以“控漏風、降氧氣、強觀測”九字方針為核心，形成嚴密的防火管理體制。由于煤炭自燃發火受多種條件影響，不可預測出現火災時，以“控漏風、降氧氣、消高溫、防復燃、強觀測” 十五字方針為核心形成高效的滅火管理體制。“六技”，是指建立成熟的注氮技術、注凝膠技術、灌漿技術、注三相泡沫技術、注新型方面滅火堵漏材料和安全監測監控等六項技術。“四制”是針對防治煤層自燃發火管理的關鍵人物和關鍵環節設計科學、可行的管理制度加以激勵、約束和控制，包括防治煤層自燃發火責任制、防治煤層自燃發火計劃制、日分析制、科技創新制等四項制度。

3 煤層自燃發火防治措施

崔木煤礦建立了完善的防滅火注氮系統、灌漿系統、注三相泡沫系統和束管監測系統，初步形成以監測監控、人工檢測和色譜分析相結合的“三位一體”綜合預測預報系統，結合煤層自燃發火隱患分析，成熟地應用了堵漏、均壓、注氮惰化、預防性灌漿、注三相泡沫、注新型防滅火封堵材料等綜合防滅火技術措施[1-2]。

3.1 末采期間預防性防滅火措施

工作面在進入末采期間（距收作線前80 m），主要采取老塘隔離、黃泥灌漿、氮氣置換、端頭堵漏、監測監控幾種措施。

老塘隔離：當工作面推進至距收作線17 m時，工作面開始鋪網，網上鋪一層長191 m、寬20 m的風筒布，隨工作面推進進入采空區，在采空區側形成一道屏障，隔離采空區，減少漏風，阻止采空區遺煤氧化。

黃泥灌漿：在工作面機巷、風巷距收作線37 m、57 m處各預埋一趟?108 mm灌漿管路出口；回采收作期間，隨工作面推進逐個開啟灌漿；灌漿時，地面灌漿站加三相泡沫、水玻璃、黃土、水，比例為1∶50∶50∶200，用量為三相泡沫0.2 t/h，水玻璃10 t/h，黃土10 t/h，水40 t/h，灌漿時在井下加復合膠體，每小時50 kg（2袋）。

氮氣置換：在工作面機巷距收作線24 m、44 m及74 m處（即架后12 m、32 m及62 m處采空區），各預埋一趟?108 mm注氮管路，管路出口進入采空區后，至少保留2個氮氣出口同時向采空區連續注氮，氮氣濃度不低于97%，末采收作期間24 h連續注氮。

端頭封堵：端頭封堵是為了控制采空區漏風，工作面距收作線前42 m（即架后30 m）時，上、下隅角每圓班進行建隔離墻，寬度為巷幫至工作面支架掩梁里側。在工作面進回風隅角每班掛設風簾，減少采空區漏風；在巷道隅角堆積煤袋（或沙袋），建立隔離墻，間距3.2 m，并用撒阻化劑處理，每個生產班使用量不少于10 kg，在墻頂部預埋注膠管（出口距收作線20 m、30 m、40 m），向墻內壓注水玻璃和凝膠，比例為1∶1.采空區兩道沙袋充填如圖1所示。

圖1 采空區兩道沙袋充填示意圖

監測監控主要包括束管監測、工作面安全監測和工作面日常觀測，具體如下。

束管監測：在工作面距收作線92 m、62 m、32 m（即架后80 m、50 m、20 m采空區處）時，分別在工作面機巷、風巷貼頂預埋束管采樣頭，待束管采樣頭進入采空區后，每天定時采氣樣進行分析；上隅角采空區2 m處的束管分析采樣頭隨工作面推進移挪，加強監測自燃標志氣體（CO、O2、CO2、CH4、C2H4、C2H2和T）的變化情況，以便掌握采空區浮煤自熱或自燃的發展狀況，進入回撤階段后，增加人工對采空區氣體進行束管氣樣分析。

工作面安全監測：在上隅角及回風流中裝設CO、CH4、T傳感器，進行實時監測。

工作面日常觀測：每班派專人攜帶CO便攜儀、CO檢定管、光干、甲烷氧氣兩用儀、紅外測溫儀對工作面CO、O2、CO2、CH4和T進行巡回檢測。

3.2 工作面停采收作期間防滅火措施

工作面停采撤架期間，除繼續采取以上灌漿、注氮、堵漏等措施外，還要采取降低風壓、老塘隔離、鉆孔注膠、調整通風系統、束管分析等防滅火措施，具體如下。

降低風壓：停采后，在保證風排瓦斯不超限的情況下，將工作面供風由1 300 m3/min降為1 000 m3/min左右，以降低進、回風側的壓差，減小采空區漏風。

老塘隔離：為減少采空區及上、下隅角漏風，工作面停采后，支架掩護梁挑高，架后遺煤清理干凈，支架尾梁至底板噴瑞克勞尼；工作面上、下隅角分別對工作面后部布置長度30 m風障，減少上、下隅角采空區漏風。

鉆孔注膠：工作面停采撤架期間，為防止工作面架后停采前未放出的大量浮煤自燃，應通過工作面支架向采空區打鉆孔壓注高分子凝膠，對浮煤進行有效的堵漏和降溫，確保工作面正常撤架。在工作面布置注膠孔時，沿工作面支架后插梁間及頂梁施工注漿孔，孔徑?42 mm；終孔位置距架后（切頂線）6～8 m，鉆孔角度約30°~45°；支架前后立柱架間施工頂板注漿孔，終孔位置距架頂6 m，鉆孔角度約60°~70°。注膠量：支架間每個鉆孔注膠量不少于2 m3，機巷、措施巷兩巷鉆場鉆孔的注膠量每孔不少于30 m3，上、下隅角內施工的端頭鉆孔注膠量每孔不少于60 m3。

調整通風系統：工作面三機收完后，及時調整通風系統，降低風量，減小采空區漏風。

束管分析：工作面采空區新增束管分析檢查點，工作面每隔10架支架后，布置一個檢查點，利用?20 mm鋼管，長度為2 m采樣花管，進入采空區不小于1.5 m，采樣并分析采空區內氣體變化情況；安排專職瓦檢員每班對工作面架后（每10架布置一個測點）、上隅角、回風流中的CH4、CO2、CO、O2及溫度等進行檢查，每班至少檢查3遍，每天對上隅角、架后采樣一次，利用氣相色譜儀分析其氣體成份；工作面收作期間利用環境CO傳感器，在線監測回風流、上隅角的CO濃度變化情況；技術人員每天分析采空區煤自燃的動態發展，如果發現自燃標志氣體（主要是CO）連續升高或出現C2H4等出現，則說明有煤層自燃趨勢，根據實際情況采取進一步的防滅火措施。

工作面機巷、風巷、措施巷，每條巷道施工兩道永久封閉墻，即“兩墻夾一芯”封閉墻構筑技術。當兩道密閉墻之間形成斜巷時，使用黃泥灌漿技術有效封堵采空區瓦斯。采用間歇性灌漿方法，當頂板淋水時，停止灌漿，待黃泥沉淀至底層后，利用密閉墻體卸壓孔及觀察孔，將清水釋放，再進行灌漿充填，如此反復直至黃泥覆蓋，形成致密隔絕層。

3.3 新型防滅火材料使用

如果井下出現高溫異常點，則在高溫點中心及其前后20 m范圍內施工注漿孔，間距2 m，孔深2.4 m，利用注液泵系統，先向孔內帶壓注水，利用水的冷卻能力迅速降低高溫點溫度。待溫度降至正常范圍后，再用KA-DL防滅火封堵材料封孔，利用該材料良好的堵漏止水、防漏風性能，隔絕裂隙內煤層與外界空氣接觸，避免后期該處發生二次氧化自燃。且新型材料反應凝固過程中無熱量釋放，帶壓注水結束后，即可檢驗堵漏效果，確定溫度不會回升后再噴漿處理，將裂隙內煤層與外界空氣二次隔絕，最大限度地提高該處裂隙封堵效果。KA-DL防滅火膠體凝固效果如圖2所示。

圖2 KA-DL防滅火膠體凝固效果圖

4 結論

建立了“1264”防治煤層自燃發火防治技術體系，并在崔木煤礦21306、21308、22304等7個工作面成功應用，已安全回采煤炭2 000余萬噸，為礦井的安全、高效開采奠定了可靠的技術保障；建立了完善的防滅火注氮系統、灌漿系統、注三相泡沫系統和束管監測系統，初步形成以監測監控、人工檢測和色譜分析相結合的“三位一體”綜合預測預報系統，結合煤層自燃發火隱患分析，成熟地應用了堵漏、均壓、注氮惰化、預防性灌漿、注三相泡沫、注新型防滅火封堵材料等綜合防滅火技術措施。

［1］王德明.礦井通風與安全［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2007.

［2］吳正海，吳義春.易自燃特厚煤層綜放開采煤層自燃監測防控一體化技術［J］.能源技術與管理，2019（1）：52-54.

2095－6835（2019）07－0149－02

TD752.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.149

趙振中（1982—），男，安徽淮北人，工程師，現任皖北煤電集團崔木煤礦副總工程師，長期從事采礦技術與管理工作。

〔編輯：王霞〕