“三軟”不穩定煤層采煤工作長期停產期間綜合防滅火技術的研究與應用

王偉陽

【摘 要】超化煤礦通過對采煤工作面煤層自燃防治進行不斷的探索與實踐，除了采用常規的灑阻化劑、建造密閉壓注羅克休封堵采空區等措施外，為進一步克服現有防滅火技術存在的不足，針對長期處于停產狀態的工作面采用壓注三相泡沫、氮氣、凝膠等煤層自燃發火防治新技術，在礦井防煤層自燃發火工作中取得了良好效果。

一、問題的提出

根據礦井生產計劃，超化煤礦22011A工作面停產時間預計長達7個月，而礦井經鑒定煤層自燃傾向性為三類不易自燃煤層，自燃發火期最短為72天，為做好工作面長期停產期間防止煤層自燃發火工作，超化煤礦積極組織技術人員與中國礦大專家探討、結合，制定并采取相關措施，保證工作面停產期間，煤層自燃發火工作得到有效控制，確保礦井安全生產。

二、礦井基本情況

超化煤礦位于超化鎮申溝村，礦井開采煤層為二1煤層，礦區面積10.058Km2，平均煤厚8.12米，保有資源儲量3966.64萬噸，可采儲量1489.4萬噸，生產能力180萬噸/年（設計生產能力90萬噸/年，現核定生產能力180萬噸/年），服務年限5.9年。水文地質條件為復雜，礦井瓦斯等級為煤與瓦斯突出礦井，煤層自燃傾向性三類不易自燃煤層，自燃發火期最短為72天，煤塵具有爆炸危險性。

礦井開拓方式為立井雙水平上、下山開拓。裝備有主、副進風立井、31回風井3對立井和主副進風斜井、東回風井3對斜井。礦井采用混合式通風，通風方法為抽出式，主副斜井、副立井進風，東風井、31風井回風。

三、22011A工作面概況

1、工作面布置情況

22011A綜采工作面上付巷采取沿空掘進的布置方式掘進，U型鋼加錨網支護，22011A上付巷位于22001下付巷以南，兩者凈間隔2m；22011A綜采工作面下付巷采用錨網支護，工作面切巷長度為150m；

因東皮帶大巷從工作面內部穿過，且穿過部分位于煤層頂板中，設計停采線定于下付巷與東皮帶大巷相交處。

2、工作面地質情況

該工作面煤層走向52～190°，傾向142～280°，傾角4～12°，平均傾角8°；煤層厚4.30～16.00m，平均煤厚7.00m；工作面南部發育一小向斜構造，受向斜構造影響，局部煤層底板起伏較大。

工作面采用走向長壁后退式開采，一次采全高綜采放頂煤，全部垮落法管理頂板。

3、工作面回采情況、配風量及瓦斯情況

22011A 工作面2015年5月17日開始回采，截止到2015年9月9日已回采136米。工作面生產期間配風量1018m3/min，正常回采時工作面回風流瓦斯濃度最大為0.3%。

四、工作面易自然發火區域劃分

1、工作面采空區遺留浮煤，工作面下拐頭老塘內作為當前重點治理區域；

2、工作面上風巷巷道頂部破碎的煤體；

3、工作面支架運輸巷與切眼之間的三角小煤柱；

4、工作面局部頂板破碎區域。

五、防止煤層自燃發火工程治理難點

1、高溫火源位置不明確

2015年8月22日，22001A工作面上隅角發現一氧化碳里：8PPm、外：3PPm，隨后在工作面停產期間，對工作面及其老巷共布置17個觀測點，共檢測有9處出現一氧化碳，最高11#測點達到320PPm，煤層自燃蔓延情況、區域不能完全確定。

2、工作面采空區周邊漏風線路多

22011A工作面位于22東翼采區上部，北部為22001工作面采空區，南部為設計的22031工作面、主石門大巷、東翼軌道大巷、東翼皮帶大巷、21三條下山，中部為井下炸藥庫通道、21回風下山、91運輸巷，東部為11001工作面、11091、13001條帶工作面采空區，西部為設計22011B工作面、11三條上山、西翼皮帶大巷、西翼軌道大巷。22011A上付巷位于22001下付巷以南，兩者凈間隔2m，因東皮帶大巷從工作面內部穿過，且穿過部分位于煤層頂板中，為保證回采期間不影響皮帶大巷正常使用，所以設計停采線定于下付巷與東皮帶大巷相交處。

工作面回采范圍內老巷共計7條（均回收），平交4條（均回收），上、下付巷距老巷法線最短距離0.9米（11091運輸巷）。

因此，22011A工作面不僅本煤層存在漏風情況，同時受周圍老采空區、老巷道的影響，鄰近區域不可避免的要往采空區域內漏風。

六、防止煤層自燃發火施工技術方案

1、對工作面通風系統進行調整，保證了系統可靠、風量穩定

將22011A工作面通風系統調整至東風井，在22011A上支架運輸聯巷內（靠近11皮帶下山側）設置一道擋風墻，將工作面風量控制在200-250 m3/min之間，每3天安排人員對工作面風量進行測定，上付巷安裝風速傳感器，定期對風量變化進行分析，發現風量變化較大時及時進行調整。

2、對工作面及其周邊老巷、密閉等進行封閉

1）對工作面切巷及其鉆場119米、下隅角向外30m、上隅角向外30m、支架聯巷向外30米范圍巷道進行噴漿；并對下隅角向外30米、上隅角向外30m、支架聯巷向外30米范圍巷道進行壁后注漿工作。對支架架間縫隙、后部放煤口、架尾等地點采用黃土摻水泥滿抹進行封閉。

2）對東翼底板回風聯巷150米、東上倉皮帶巷漏風段35米、工作面切巷、新做4個鉆場，及上、下付巷破碎點120.7米進行噴漿封閉。

3）對東翼底板回風聯巷、21回風上部密閉、91運輸巷密閉、91下付巷、13001下付巷密閉及11道密閉進行充填防火材料及密閉前破碎巷道噴漿工作，并對炸藥庫進、回風側三個密閉、東翼底板回風聯巷進行壁后注漿加固。

3、對工作面采空區壓注氮氣、三相泡沫、凝膠、黃泥漿

1）利用工作面下隅角預埋75mm 管徑45米管路，其中花管18米，對采空區進行壓注氮氣。

2）利用工作面下付巷、切巷、上付巷支架聯巷所施工的打鉆鉆場，終孔間距10米，控制工作面架后10-40米范圍，上支架聯巷、切巷鉆場各施工的一個深孔（60米）進行壓注三相泡沫。

3）安裝兩臺壓注凝膠泵，利用工作面預埋管路及注三相泡沫鉆孔、在70-100架間施工11個鉆孔，并利用淺孔壓注凝膠。

4）利用壓注三相泡沫鉆孔及上支架聯巷、切巷鉆場各施工的一個深孔（60米）對支架上方及架后進行壓注黃泥漿混合劑。

4、加強了工作面有害氣體、深部溫度檢測

1）工作面共設置觀測點25個，由救護隊每班兩次對工作面切巷范圍內17個觀測點的瓦斯、二氧化碳、一氧化碳、溫度、氧氣氣體進行檢查，并向通風調度進行匯報，繪制變化曲線，分析氣體情況，判斷防火效果；對工作面相關聯的密閉墻進行編號，每兩天對密閉墻進行一次檢查，檢查內容：密閉墻內、外的氣體情況、密閉墻完好情況、漏風情況等。

七、結論

通過采取上述措施，22011A工作面煤層自燃發火隱患得到了有效控制，各項防滅火技術的試驗、應用，填補了我礦綜合防滅火技術的空白，進一步提高了全礦各級人員防治煤層自燃發火工作的意識和技術水平，取得了如下結論：

1、三項泡沫、凝膠等防滅火材料在防治煤層自燃發火方面的運用，為防治煤層自然發火找到了一條新途徑、新辦法，改變了防火形勢，完善了工作面長期停產期間防止煤層自燃發火管控措施。

2、對工作面切巷及巷道破碎點、密閉等進行噴漿、加固進行是防止采空區漏風的重要途徑，是防止采空區煤炭自燃的主要手段。

（作者單位：鄭州煤電股份有限公司超化煤礦）