易自燃煤層綜放工作面注水預裂及防滅火研究

孫建貞

摘? ? 要：易自燃煤層在開采過程中，相對危險性比較高尤其是綜采放頂煤工藝開采的自燃煤層往往存在大量采空區（浮煤），一旦處理不當，很可能誘發易自燃煤層出現火災等安全事故，因此加強易自燃煤層綜放工作面防滅火處理十分必要。本文結合實際案例分析易自燃煤層綜放工作面防滅火技術，希望可以起到一定借鑒意義。

關鍵詞：煤層;工作面;防火;滅火;易自燃

1? 引言

隨著放頂煤技術發展，特厚煤層放頂煤技術已成為主要煤礦開采的形式之一。近年來，大采高與綜放開采技術應用越來越廣泛，一般開采企業在14.00m～20.00m特厚煤層開采上，會采用一次采全厚大采高綜放開采的方式，特厚煤層采用此種方式具有生產效率高、集約化等特點，有利于實現相關企業高產高效。但，此種綜合開采形式同樣存在防滅火壓力大等不足。

2? 工程概況

潘津工業煤礦屬于中型礦井，約1.82km2礦區井田面積，主要煤炭采煤煤層為22#、23#～25#、26#等，其中22#煤層3.91m平均厚度，23#～25#煤層17.02m平均厚度，26#煤層30.43m平均厚度。當前，23#～25#煤層屬于特厚煤層（煤層厚度在12.49m～20.87m范圍內），該煤層間距一采區開采煤層均距離約42.69m，屬于易自燃煤層，煤塵爆炸危險性比較高。23#～25#煤層+550m—+716m標高（開采），開采區域內以丘陵、山地為主，+770m～+980m地面標高，185m—285m埋深，220m平均埋深。根據理論與實驗，開采企業確定開采23#～25#煤層采用一次采全高放頂煤采煤方法，其工作面主要為2301。2301工作面17.03m平均煤厚（根據2301工作面上下順槽巷道揭露），2.8m平均割煤高度，14.23m平均放煤高度，15.00m工作面收尾長度。

3? 注水預裂技術

當前許多煤層綜放工作面會利用煤層注水技術，但使用該技術往往目的在于降塵，注水層位相對比較高，對于頂煤的松動軟化的效果并不是十分明顯，根據潘津煤礦23～25#煤層而言，運用注水方式擴大頂煤裂縫，提升煤層開采效率。根據23～25#煤層實際情況，采用注水軟化手段。煤層具有裂隙，導致煤體內常常出現多種獨立與連通的多個空閑系統，這些空間系統為氣、水的儲存提供大量空間。技術人員通過向煤層注水方式，加速水在媒體空間第擴展、運移、儲存，從而達到提升煤體含水率降低頂煤強度目的，同時利用水運動張力，進一步擴大頂煤裂縫擴張，為頂煤開采創造有利條件。注水時水在壓力作用下會首先沿煤體裂隙和大裂隙的滲透，繼而（同時）水在毛細管力和表面現象等物理化學作用下的自運動。在水的基礎上增加軟化劑，可以使水在軟化劑的作用下，增加毛細管力從而增加自運動來增加含水率、降低頂煤強度。

4? 2301工作面易自燃煤層綜放工作面防滅火技術

4.1? 注氮防滅火技術

注氮防滅火技術主要原理為采用非助燃氣體抑制燃燒，此種方式在井下煤層開采中應用比較廣泛。根據該工程作業面具體采煤情況，當工作面回采20m時，啟動注氮防滅火措施。為了提升整體防滅火質量，采用綜合注氮、注漿措施，具體如下：（1）當月煤層作業面推進度在40.00m以內時，啟動注氮、注漿防滅火措施。（2）對采空區的CO進行監測，當其含量經連續觀測一直處于升高趨勢，并超過24ppm時，且CO增加量速度為20ppm/d，出現1ppm級的C2H4時，相關技術人員需要立即采取間歇性注氮、注漿作業。（3）當上隅角CO達到100ppm，且CO增加量速度為50ppm/d，并出現1ppm級的C2H4、C2H2時，開采技術人員應不放頂煤，快速推進開采作業，并采取24h注氮、注漿作業。

4.2? 注水防滅火技術

為確保作業面防火質量，采用注水防滅火技術，在安全出口（上、下巷道）外30m區域內煤層添加注水孔，進行注水作業，保持回采煤體的濕潤，一定程度上延長自燃發火期。另外出于對該工程采煤層考慮，注水時增加阻化劑，控制阻化劑含量在2%[1]。防滅火注水孔設計在巷道頂部，按照3×3m扇形布局進行排布，鉆孔施工一直到頂板（煤層）。具體注水時間控制為采煤施工后需要進行一次注水，此外開采企業每日根據具體回采進度，適當提前對待回采媒體進行注水作業，一方面可以降低煤體溫度，另一方面可以避免采空區局部溫度過高等。根據該工程實際情況，開采企業除了需要注水防滅火之外，還需要在特殊時期進行阻化劑噴灑作業。例如在過斷層、停產等情況時需要提前噴灑阻化劑或者當上隅角CO達到24ppm，可判定浮煤處于緩慢氧化階段時，需每天向采空區噴灑阻化劑。

4.3? 注漿防滅火技術

注漿防滅火技術屬于煤層開采防滅火主要應用技術之一，一般注漿防滅火技術分井下移動注漿與地面注漿兩種方式，不同方式具有不同特點。地面注漿工藝盡管具有包裹煤體、大流量封堵通道（漏風）等特點，但一般工程較復雜、投資較大，所以在煤層防滅火中很少使用。井下移動注漿與地面注漿相比其操作性要更簡單一些，所需要成本相對也低一些，且井下移動注漿具有移動性、材料廣泛等特點，可以為防滅火提供便利，提升煤層防滅火質量。采礦企業結合該工程具體情況選擇井下移動注漿工藝，當工作面回采達到30m時，注漿防滅火相關措施啟動[2]。如需采后封閉灌漿或者出現自燃隱患時對工作面進行封閉插管注漿處理，以保證注漿防滅火質量。根據該工程具體情況，企業明確注漿材料選擇上需要符合下述原則：（1）控制比重在2.4～2.8之內;（2）控制塑性指數9～14之內;（3）注漿材料少含或不含可燃和助燃材料;（4）膠體混合物比例控制在25%～30%之內;（5）注漿材料具有一定穩定性并且易于脫水。

4.4? 2301工作面易自燃煤層綜放工作面防滅火管理措施

為了保證整個工程作業面安全，避免火災等問題出現，開采企業采用綜合監測系統對煤層采礦環境進行監測，以便于全面掌握采空區實際狀況。開采企業根據工程實際情況選擇采用智能監控與人工監控相結合綜合監測系統，全面保證監測質量。首先，人工監測。監測范圍包括工作面回風隅角、上隅角、支架后部（20#與40#）、10m附近風流等，其中風流監測需要檢測一氧化碳、瓦斯、二氧化碳、氧氣等氣體濃度，且需要重復檢測2次，確保檢測準確度。一旦檢測中發現CO溫度異常需要立即上報礦調度室，由通防隊、生產技術科進行科學處理。人工檢測所需設備為CO鑒定管、溫度計、紅外測溫儀、光干涉瓦斯鑒定器等。其次，智能監測。智能檢測系統主要通過溫度、濃度等多種傳感器來實現對作業面區域監測工作。每一個傳感器對采煤層采空區、巷道等位置進行監測，并將數據實時回傳給傳感器的另一端計算機，實現實時監測。例如，2301軌道工作面距順槽煤壁0m～10m位置，安裝一臺一氧化碳傳感器，報警值控制為P≥24ppm。并按照距幫在200mm以上，距頂板300mm以下的要求進行安設，實時回傳一氧化碳濃度監測結果[3]。

5? 結束語

綜上所述，易自燃煤層綜放工作面防滅火技術較多，開采企業需要根據工程具體情況，適當選擇相應防滅火技術，并制定完善防滅火措施，全面確保開采區生產安全，促進企業良性發展。

參考文獻：

[1] 劉東亮.易自燃煤層綜放工作面防滅火技術應用[J].能源技術與管理， 2018（6）：124～125+134.

[2] 劉雪莉，游繼軍.易自燃厚煤層綜采工作面收作階段防滅火技術研究[J]. 煤礦開采，2018，23（5）：111+127～130.

[3] 崔杰.易自燃煤層工作面末采回撤期間防滅火技術[J].煤礦安全，2018（6）：54～57+61.