近距離煤層群綜采工作面防滅火實踐

郭旭宏

（山西蘭花科技創業股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 高平 048407）

唐安煤礦3405工作面開采期間出現過重大發火隱患，由于及時采取防滅火技術措施，有效預防了煤炭自燃，保證了工作面順利回采。在治理煤層自然發火過程中，摸索出了一套較為完善的早期預測預報系統、早期綜合預防性治理技術體系及快速應急防滅火治理技術體系，確保了礦井煤層自然發火逐年下降，保障了礦井安全生產。

1 自然發火參數及工作面情況

1.1 自然發火參數

唐安煤礦煤層自燃傾向性等級為I級。建礦以來共自然發火30次，百萬噸發火率達5次，最短發火期為10d，每個B4煤層工作面在回采過程中都有自然發火發生，封閉火區過程中，共計發生瓦斯爆炸24次。

1.2 發火工作面情況

3405工作面煤層埋深219～40.5m，采面走向340m，傾向85～118m，平均采高1.7m，煤層傾角5°～10°，煤層堅固性系數f=2～3。工作面以北為采空區，以南未布置工作面，東、西為井巷煤柱和井田邊界煤柱。工作面有1條逆斷層，走向97°，傾向187°，傾角30°，落差1.5m，上盤煤變厚，下盤煤變薄0.2～1.4m，對回采有較大影響。采煤工作面示意圖如圖1所示。

圖1 3405采煤工作面示意圖

2 相鄰區域及本煤層自然發火分析

2.1 相鄰區域

（1）3405工作面南面、西面、東面均為煤柱，無自然發火威脅；北面為采空區，有自然發火威脅；上覆3403工作面開采期間受斷層影響留有大量煤柱，上覆3404工作面開采期間煤柱邊緣被壓松軟的煤體已被氧化且積存有熱量，一旦供氧充分會快速氧化自燃。

（2）3405工作面上覆B2、B3、B4煤層，在對B3、B4煤層工作面開采時遺留了大量浮煤，且上覆B3煤層采空區浮煤已被氧化，加之B2、B4煤層間距較近，B4采空區垮冒后將會漏穿B2煤層采空區，致使B2煤層采空區的浮煤落入B4煤層采空區造成二次氧化，極易引起B4煤層采空區自燃。

（3）保持采場壓力均衡難度較大，上覆3404采空區相通的運煤巷、材料道結束密閉均位于礦井主進風大巷內，進風壓力較大；3404采空區相通的3411、3413采空區為沿空護巷無煤柱開采，漏風通道多；上覆3403采空區相通的3403邊界、風巷密閉均位于工作面回風巷內，回風壓力相對較大；本煤層風機巷掘進過程中多次漏穿上覆采空區且有熱水流出，故整個采空區通風壓差較大、系統復雜、漏風通道多、難以保持采場壓力均衡，極易導致大量氧氣通過各漏風通道進入采空區，引起采空區遺煤氧化自燃或氧化帶擴大。

2.2 本煤層區域

（1）機巷掘進過程中有180m長度范圍內頂板淋水較大，隨工作面逐步開采頂板裂隙進一步增加；風巷掘進時有約80m長度巷道漏穿上部采空區形成多處孔洞，監測CO濃度最大達到320ppm，受通風壓差影響極易漏風產生高溫氧化自燃。由于這種燃燒是在煤層內部，外部很難檢查發現，對回采影響較大。

（2）工作面開切眼正好位于上覆煤層開切眼邊緣，受工作面安裝及初期調采影響，開切眼碎煤暴露時間較長，極易氧化導致自然發火，特別是工作面開采初期推進速度慢且工作面頂板極易垮落的情況下，上覆開切眼碎煤極易二次氧化自燃。

（3）3405邊界與機巷三角形煤柱燈子下方巷道頂板較破碎，采場壓力將煤柱壓松軟后，極易將3405進風巷與上覆采空區導通形成漏風，從而引起煤柱邊緣及上覆采空區浮煤氧化自燃。

（4）工作面隨傾向逐步增長，在工作面加架的過程中，大量的浮煤將被丟入采空區，極易引起浮煤長期氧化自燃；工作面內有斷層，采至斷層帶時若推進速度受到影響，將會導致采空區浮煤因長期氧化而發生自燃。

（5）采面煤體較松軟，且煤層自然發火期短，采面回采過程中堆積的浮煤極易發生氧化自燃；采面一旦出現采場壓力調整不均勻，將會引起采空區大量供氧，加速浮煤的二次氧化，導致工作面發生氧化自燃。

3 防滅火治理措施

3.1 開采前預防性治理措施

3.1.1 堵漏

對周邊區域3403、3404、3411、3413采空區的10個密閉采取全部噴灑水泥漿、噴漿包裹等措施增加密閉的氣密性，并檢查處理好檢測軟管；同時加固密閉前的支護，以保證各密閉完好，減少漏風通道。對進回風之間相通壓差較大的采空區3404材料道、3403邊界、3403風巷、3413風巷及風巷聯絡巷5處施工夾心密閉。密閉墻之間用高分子滅火材料進行充填確保氣密性。3405掘進期間風巷出現的80m垮冒漏穿處、機巷頂板淋水較大段180m、機巷與邊界交界處、機巷40m與邊界30m頂板破碎段進行背頂及全面噴漿，包裹厚度不低于100m且包裹封閉嚴實。

3.1.2 均壓

全面檢查工作面區域的所有通風設施，確保通風設施牢固、可靠，保證采場通風系統穩定。全面調整采場及外圍通風系統壓力（包括施工A風門、取消B風門以減少3405邊界與機巷三角形煤柱燈子下方巷道和工作面形成的壓差等），以采場及外圍區域密閉進出風不明顯為準。

3.1.3 預測預報

在3405機巷、3405邊界頂板破碎段每間隔50m，3405風巷頂板漏穿點每間隔30m施工一組觀測孔（每組施工兩個，一個用于日常檢查，另一個用于開采期間注氮），鉆孔終孔于上覆采空區，利用觀測孔監測上部采空區各項指標氣體變化情況。現場瓦斯安全員每天進行一次全面檢查，救護隊每周一、三、五全面檢查三次并對重點部位進行取樣化驗分析。每周不低于兩次，對采面外圍區域各密閉全面檢查并對進回風重點密閉進行取樣化驗分析。

3.1.4 惰化

救護隊用1000m3制氮機分別對3405工作面下隅角、上部煤層采空區及工作面機巷和邊界每組觀測孔注氮，根據防滅火檢查情況隨時對有威脅的地點進行重點注氮。

3.1.5 其他

由礦方安排、組織采面傾向逐步增長過程中加架及采面二次集中加架工作，確保加架進度及防止遺煤丟入采空區。提前制定好采面過斷層措施，對可能遇到的各種困難予以解決，以確保工作面過斷層進度。工作面安裝支架前，應將工作面開切眼遺煤清理干凈后再安裝支架。

3.2 開采期間治理措施

3.2.1 救護隊采取的措施

利用1000m3制氮機每天不間斷對上部采空區、下角懸空密閉內工作面機巷漏穿點與邊界觀測孔實施注氮惰化，有效惰化上覆煤層采空區及本煤層采空區。針對鄰近層與本煤層采空區導通而漏風的情況，增加60m2制氮機對直通3405上覆煤層采空區的3404材料道等進風巷道密閉內進行注氮，有效控制鄰近區域漏風及降低上覆煤層采空區氧氣指標。

定期灌注液態二氧化碳惰化采空區的氧氣和吸收采空區的熱量，以降低自燃速度。每天利用熱成像儀器對工作面進行全面掃查，發現溫度異常立即進行匯報處理。全天候現場待機，定時定點檢查氣體參數，每個小班向調度室匯報3次。收集氣體參數，建立數據圖表，對自然發火的發展趨勢進行分析。

3.2.2 礦方采取的措施

每3d在工作面上下隅角沿走向施工1次懸空密閉，采煤隊負責在機頭、機尾設置檔風簾，減少向采空區的漏風，瓦斯安全員負責現場監督落實并匯報。工作面每次回柱前后對采面上下隅角均噴灑防滅火石灰。

每周2次對采場區域的通風設施進行全面檢查，確保設施可靠。每天檢查周邊密閉及對上、下隅角氣體取樣，保證密閉呈進出風不明顯狀態，若有變化，及時調整通風壓力做到區域均壓防火。保證機巷、風巷通風斷面，特別是上、下端頭的斷面無障礙物，使采場通風系統穩定、暢通，減少采場壓力變化；積極協調解決生產中出現的問題，保證采面正常推進。救護隊對采煤隊全隊職工進行培訓，講解防滅火措施重要性，確保各項防滅火措施得到認真執行。

3.3 其他技術措施

為確保采面的順利推進，每天由礦方總工程師負責對工作面斷層分布情況進行詳細分析，制定過斷層的技術措施和生產措施，保障工作面的推進。每天早、夜班在工作面上下隅角各施工1次懸空密閉，封堵上下隅角，將采空區與工作面隔開，以減少采空區的漏風。通過上述措施的實施，上隅角懸空密閉內溫度逐步下降并穩定在28℃左右，20d后工作面防滅火效果分析采面上隅角懸空密閉內CO濃度降低為10ppm，之后穩定在5～10ppm之間至工作面開采結束。采面回風CO消失、外圍直通采空區密閉內氧氣指標均控制在6%以下，保障了工作面順利回采、回撤。

4 結 論

（1）有效監控采空區及相鄰區域氣體指標變化情況是采面防滅火的重要工作，有效控制發火威脅區域的氧氣濃度是防滅火工作的關鍵，采場均壓是減少采場漏風量的重點，工作面快速推進是防止煤層自然發火的必要手段。

（2）注氮氣可以惰化采空區，由于注氮量有限，氮氣注入地點及方式選擇是關鍵，既要將氮氣注入關鍵地點，又要使有限的氮氣發揮作用時間最長，惰化效果最佳，以提高防滅火效果。