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(chuàng)業(yè)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(xiàn)過重大發(fā)火隱患，由于及時采取防滅火技術(shù)措施，有效預(yù)防了煤炭自燃，保證了工作面順利回采。在治理煤層自然發(fā)火過程中，摸索出了一套較為完善的早期預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)、早期綜合預(yù)防性治理技術(shù)體系及快速應(yīng)急防滅火治理技術(shù)體系，確保了礦井煤層自然發(fā)火逐年下降，保障了礦井安全生產(chǎn)。

1 自然發(fā)火參數(shù)及工作面情況

1.1 自然發(fā)火參數(shù)

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

1.2 發(fā)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(shù)f=2～3。工作面以北為采空區(qū)，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(qū)域及本煤層自然發(fā)火分析

2.1 相鄰區(qū)域

（1）3405工作面南面、西面、東面均為煤柱，無自然發(fā)火威脅；北面為采空區(qū)，有自然發(fā)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(qū)浮煤已被氧化，加之B2、B4煤層間距較近，B4采空區(qū)垮冒后將會漏穿B2煤層采空區(qū)，致使B2煤層采空區(qū)的浮煤落入B4煤層采空區(qū)造成二次氧化，極易引起B(yǎng)4煤層采空區(qū)自燃。

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

2.2 本煤層區(qū)域

（1）機巷掘進過程中有180m長度范圍內(nèi)頂板淋水較大，隨工作面逐步開采頂板裂隙進一步增加；風(fēng)巷掘進時有約80m長度巷道漏穿上部采空區(qū)形成多處孔洞，監(jiān)測CO濃度最大達到320ppm，受通風(fēng)壓差影響極易漏風(fēng)產(chǎn)生高溫氧化自燃。由于這種燃燒是在煤層內(nèi)部，外部很難檢查發(fā)現(xiàn)，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(diào)采影響，開切眼碎煤暴露時間較長，極易氧化導(dǎo)致自然發(fā)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(fēng)巷與上覆采空區(qū)導(dǎo)通形成漏風(fēng)，從而引起煤柱邊緣及上覆采空區(qū)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(qū)，極易引起浮煤長期氧化自燃；工作面內(nèi)有斷層，采至斷層帶時若推進速度受到影響，將會導(dǎo)致采空區(qū)浮煤因長期氧化而發(fā)生自燃。

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

3 防滅火治理措施

3.1 開采前預(yù)防性治理措施

3.1.1 堵漏

對周邊區(qū)域3403、3404、3411、3413采空區(qū)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(fēng)通道。對進回風(fēng)之間相通壓差較大的采空區(qū)3404材料道、3403邊界、3403風(fēng)巷、3413風(fēng)巷及風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)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(fēng)巷出現(xiàn)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(yán)實。

3.1.2 均壓

全面檢查工作面區(qū)域的所有通風(fēng)設(shè)施，確保通風(fēng)設(shè)施牢固、可靠，保證采場通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。全面調(diào)整采場及外圍通風(fēng)系統(tǒng)壓力（包括施工A風(fēng)門、取消B風(fēng)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(qū)域密閉進出風(fēng)不明顯為準(zhǔn)。

3.1.3 預(yù)測預(yù)報

在3405機巷、3405邊界頂板破碎段每間隔50m，3405風(fēng)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(qū)，利用觀測孔監(jiān)測上部采空區(qū)各項指標(biāo)氣體變化情況?，F(xiàn)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(qū)域各密閉全面檢查并對進回風(fēng)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(qū)及工作面機巷和邊界每組觀測孔注氮，根據(jù)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(qū)。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(yīng)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(qū)、下角懸空密閉內(nèi)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(qū)及本煤層采空區(qū)。針對鄰近層與本煤層采空區(qū)導(dǎo)通而漏風(fēng)的情況，增加60m2制氮機對直通3405上覆煤層采空區(qū)的3404材料道等進風(fēng)巷道密閉內(nèi)進行注氮，有效控制鄰近區(qū)域漏風(fēng)及降低上覆煤層采空區(qū)氧氣指標(biāo)。

定期灌注液態(tài)二氧化碳惰化采空區(qū)的氧氣和吸收采空區(qū)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(fā)現(xiàn)溫度異常立即進行匯報處理。全天候現(xiàn)場待機，定時定點檢查氣體參數(shù)，每個小班向調(diào)度室匯報3次。收集氣體參數(shù)，建立數(shù)據(jù)圖表，對自然發(fā)火的發(fā)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(zé)在機頭、機尾設(shè)置檔風(fēng)簾，減少向采空區(qū)的漏風(fēng)，瓦斯安全員負責(zé)現(xiàn)場監(jiān)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(qū)域的通風(fēng)設(shè)施進行全面檢查，確保設(shè)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(fēng)不明顯狀態(tài)，若有變化，及時調(diào)整通風(fēng)壓力做到區(qū)域均壓防火。保證機巷、風(fēng)巷通風(fēng)斷面，特別是上、下端頭的斷面無障礙物，使采場通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、暢通，減少采場壓力變化；積極協(xié)調(diào)解決生產(chǎn)中出現(xiàn)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(xùn)，講解防滅火措施重要性，確保各項防滅火措施得到認(rèn)真執(zhí)行。

3.3 其他技術(shù)措施

為確保采面的順利推進，每天由礦方總工程師負責(zé)對工作面斷層分布情況進行詳細分析，制定過斷層的技術(shù)措施和生產(chǎn)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(qū)與工作面隔開，以減少采空區(qū)的漏風(fēng)。通過上述措施的實施，上隅角懸空密閉內(nèi)溫度逐步下降并穩(wěn)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(nèi)CO濃度降低為10ppm，之后穩(wěn)定在5～10ppm之間至工作面開采結(jié)束。采面回風(fēng)CO消失、外圍直通采空區(qū)密閉內(nèi)氧氣指標(biāo)均控制在6%以下，保障了工作面順利回采、回撤。

4 結(jié) 論

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

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