沿空切頂留巷采煤工藝采空區自然發火技術研究

王強 劉正超 羅虎

摘 要：近年來煤礦在推廣應用沿空切頂留巷采煤工藝，該工藝有效緩解了采掘接替緊張的局面，多回收了煤炭資源。但該工藝不留煤柱開采，采空區處于“敞口”狀態，在Y型通風條件下，采空區漏風范圍及強度大大增加，不利于采空區自然發火管理，因此大大制約了該工藝的應用范圍。我礦7135工作面采用該工藝回采，71煤為自然煤層，因此工作面回采期間采空區的防滅火管理是重點和難點。

關鍵詞：切頂留巷；Y型通風；漏風；自然發火

Abstract：In recent years，coal mining technology is widely used in coal mines，which can effectively relieve the shortage of coal mining and recover more coal resources.However，this technology does not leave coal pillar mining，and the goaf is in an “open” state.Under the y-type ventilation condition，the scope and intensity of air leakage in the goaf are greatly increased，which is not conducive to the goaf spontaneous combustion management，so it greatly restricts the application scope of this technology.Mine 7135 working face adopts this technology mining，71 coal is natural coal seam，so the goaf fire prevention and management during the working face mining is the key and difficult point.

Key words：Cut top lane；Y - type ventilation；Air leakage；Spontaneous combustion

1概況

祁東煤礦7135工作面是安徽省首個在自然發火礦井采用沿空切頂留巷工藝的采煤工作面。該工作面位于礦井井田東翼一水平三采區，沿走向布置，機巷毗鄰7137采空區留設7m煤柱。工作面平均傾向寬185m（平距），走向長約1688m，工作面采用Y型通風方式，回采的71煤為自然煤層，最短自然發火期97天。

2 采空區自然發火治理技術

2.1 采空區自然發火隱患分析

煤自燃三要素為：煤自身有自燃傾向性、有持續供氧條件、有呈破碎堆積狀態下的煤。

（1）工作面回采的71煤為Ⅱ類自燃煤層，最短自然發火期為96天；

（2）工作面風巷無煤柱開采，Y型通風條件下，采空區漏風強度及漏風范圍大，有持續供氧條件；

（3）進風側沿空7m煤柱在回采后受采動壓力影響進入采空區、工作面在初采線、過斷層范圍及收作線留有遺煤。

綜上，工作面采空區存在自然發火風險。

2.2 留巷側采空區漏風強度及范圍觀測

為研究采空區漏風規律在7135工作面布置7個測風點，分別為風機巷進風各一個，工作面回風隅角往留巷方向30m開始每隔100m布置一個、回風巷布置一個，其中1#、2#、3#點隨著工作面向前推進位置隨之改變，其余各點固定。通過觀測分析，采空區漏風量范圍為380 m3/min -415m3/min之間，留巷側采空區漏風范圍為工作面上出口往留巷方向0-330m，其中漏風強度最大的范圍為230-330m之間。

2.3 采空區危險區域劃分

通過工作面每天搜集的素描圖繪制工作面回采期間采空區遺煤范圍圖，并標注遺煤厚度，采空區存在遺煤大于0.3m的區域及工作面初采線、F7斷層區域、停采線劃分為防火危險區。

2.4 綜合防滅火治理技術

通過分析采空區自然發火隱患及采空區自然發火危險區域的劃分，選擇以堵漏風、灌漿及灌注化學材料為主，人工檢查、在線監測和色譜分析三位一體的預測預報手段為輔的綜合防滅火治理技術，具體實施如下：

1.堵漏風技術

（1）沿空側煤柱注漿堵漏：工作面回采前，對機巷沿空煤柱每隔10m施工一個注漿孔，采取注漿加固堵漏措施。

（2）進風側封閉墻噴注漿堵漏：對鄰近7137采空區進風側即7137機巷封閉墻墻面及頂底幫圍巖進行噴注漿加固。

（3）封閉東翼1#抽采巷：因工作面距離下部底抽巷距離為10-15m，受采動影響，東翼1#底抽巷1#聯巷產生裂隙與采空區溝通，對該巷道進行封閉，隔離漏風通道。

（4）優化工作面通風系統

合理調配工作面風量，工作面回采期間，通過在留巷側布置測風點，觀測不同風量下采空區漏風強度及范圍，最終將工作面總風量控制在1500m3/min左右，其中機巷1100m3/min左右，風巷400m3/min左右。

2.采空區灌漿技術

采用地面東風井固定式灌漿站集中灌漿。工作面風巷布置一趟灌漿管路，風巷留巷側采用Ф50鋼管自切眼開始每隔30m布置一個灌漿孔，灌漿孔外露200mm，布置完畢后用悶蓋悶死，灌漿時利用鋼編軟管將風巷灌漿管路與灌漿孔連接并加設閘閥進行灌漿。

3.灌注史達夫技術

利用巷道層位關系，在三采區東翼2#抽采巷施工防火措施孔（見附圖4），鉆孔沿工作面傾向布置，位于工作面采空區上風側，每組16個鉆孔，共計施工4組，利用該孔向采空區灌注史達夫，形成采空區隔離條帶，累計灌注量59.5t。

2.5.預測預報

（1）鄰近采空區：鄰近7137、7133采空區沿空側布置防火觀測點，定期人工檢查、取樣分析。

（2）工作面：回風隅角、支架架襠、留巷側采空區設置防火觀測點，定期人工檢查、取樣分析。其中留巷側防火觀測點每60m布置一個。

（3）底抽巷：施工防火措施鉆孔兼做措施鉆孔，定期人工檢查、取樣分析。

3 應用效果

由于對新工藝、新技術條件下采空區的防滅火治理經驗不足，在工作面回采初期，采空區出現乙烯，通過認真分析并對異常區域采取以上綜合防滅火措施，最終將異常消除；F7斷層附近采空區CO最大達到107ppm，通過采取連續灌漿及灌注史達夫等措施，CO濃度控制在10ppm以內。目前工作面已回采結束進入收作階段，采空區未發現防火氣體指標異常。具體效果如下：

1、留巷側采空區觀測點

選擇里段1#和7#點為考察對象，其中1#點為開切眼位置，7#點為DF7斷層位置。工作面兩個危險區域沿空側CO濃度均控制在15ppm以下，目前已穩定在0-5ppm之間。

2、底抽巷防火觀測點

工作面過DF7斷層范圍CO最大達到107ppm，通過采取留巷灌漿、底抽巷灌注史達夫等綜合防滅火措施，CO濃度得到有效控制，目前CO均為0。

4 推廣應用

7135工作面沿空切頂留巷技術為安徽省首個在煤與瓦斯突出礦井及自然發火礦井使用的工作面，工作面的安全順利回采推廣了該技術的應用范圍，為今后該技術的使用提供了可靠的實踐經驗。

參考文獻

[1]王德明.礦井火災學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2011.

[2]王省身，張國樞.礦井火災防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，1990.

作者簡介：

王強，1984年5月出生，安徽淮北人，男，技術員職稱，從事一通三防技術及管理工作，現為祁東煤礦通防科科長。