長距離工作面過聯絡巷時防自燃現象技術研究

摘 要：為解決礦井長距離工作面過聯絡巷時面臨采空區內遺煤及三角區內破碎煤體氧化自燃問題，在采面過聯絡巷前、中提出采用強化監測、采空區全區域注氮、采空區回風巷側注三相泡沫、三角區破碎煤體注水降溫、高分子材料封堵漏風通道等技術措施，在過聯絡巷期間上隅角、采空區內CO濃度最高分別為34×10-6、41×10-6，三角區內煤體溫度最高36℃，確保回采工作面過聯絡巷安全。

關鍵詞：易自燃層;長距離工作面;聯絡巷;防滅火技術;安全監測

根據數據統計，我國主要煤炭產區中至少有130對礦井不同程度受到煤層自燃發火影響，成為制約礦井高產高效的一個重要問題。特別是礦井采用綜放開采時，采空區內遺煤量較多，更容易引起遺煤自燃。現在防自燃措施主要有噴灑阻燃劑，注漿、注惰性氣體、高分子材料以及三相泡沫，均壓滅火，充填堵漏以及自燃發火預測預報等技術。采面過聯絡巷時，頂板管理較為困難，采面推進速度有所減緩，增加采空區內遺煤自燃幾率。文中分析研究自燃煤層長距離工作面過聯絡巷期間采取防滅火技術措施。

1 工程概況

一礦81305采面開采15號層厚度3.98～7.68m，平均7.25m，傾角9～17°，頂、頂板均為泥巖，煤層具有自燃發火傾向性，發火期為45d。采面采用綜放開采方式，通風方式為U型，設計通風量為1204m3/min，實際風量為1312m3/min。81305采面聯絡巷沿著煤層傾向布置，巷道兩端分別處于進風巷、回風巷開口670m、800m位置。由于層頂底板巖性均為泥巖，為降低采面開采期間對聯絡巷影響，巷道支護采用錨索網+鋼筋梯聯合支護方式，并在聯絡巷與回采巷道開口圍巖處注入馬麗散，提升圍巖承載能力。

2 采面過聯絡巷期間遺煤自燃危險性分析

81305采面開采期間，由于頂板巖性為松軟泥巖，采空區頂板基本隨采隨冒，在一定長度上減少了采空區內的漏風量。采面過聯絡巷期間，受到聯絡巷強支護影響，頂板不容易垮落，造成采空區內漏風量增加;15號層在采用壓力作用下，垂向及縱向裂隙較為發育，采面開采時煤壁片幫較嚴重，特別是當回采面過聯絡巷時，聯絡巷周邊煤體在巷道開挖引起的應力及采用動壓共同作用下，煤體裂隙進一步發育，極易在煤體內部出現氧化升溫。特別是采面過聯絡巷時推進緩慢，易加劇氧化，面臨較大自燃防治壓力。

3 防滅火技術措施

3.1 調整通風

為了確保采面在通過聯絡巷時通風系統穩定，在采面距聯絡巷仍有30m距離時就在聯絡巷下口位置用草泥及板壁構建1道風障，風障中間采用羅克休填充，從而提升風障密閉及性強度，在風障上預留調節風窗。完成風障構造后，拆除聯絡巷進風口原有的兩道風門，在采面過聯絡巷期間確保聯絡巷內風量在225m3/min。

3.2 自燃發火預報

81305采面在過聯絡巷期間自燃發火的關鍵位置是采空區，進、回風巷隅角以及聯絡巷，為確保采面生產安全，采用以束管監測為主，人工監測為輔的自燃發火監測系統。采空區內束管布置：隨回采工作面推進，將1～3#束管采樣器依次埋入采空區內，確保在回風側采空區內距離采面60m范圍有2個以上束管監測點。聯絡巷內束管布置：回采工作面與聯絡巷相距20m時，在工作面進風巷向聯絡巷采面幫間距60m布置2個束管監測點。在聯絡巷與采面三角區內布置3個測溫電阻（埋入深度1m以上）監測溫度，見圖1布置。安全監控：在采面回風巷上隅角、距離切頂線10m內以及采面與聯絡巷交匯點下風口10m位置處安裝CO、CH4、O2及溫度傳感器。并在采面內增設一個O2傳感器，監測聯絡巷與采空區交匯處O2變化，防治采空區注入氮氣溢出造成安全事故。

3.3 全斷面注氮

由于15號層存在低溫氧化可能，為確保采面過聯絡巷期間安全，采用全斷面埋管方式24h不間斷進行注氮，流量控制在1200m3/h。從采面距離聯絡巷20m時開始布置注氮管路，在刮板機位置沿著煤層傾向鋪設直徑50mm注氮花管，并與鋪設在進風巷內的注氮管路連接。注氮管路埋入采空區20m后開始注氮，采面每推進20m布置一道氮氣幕，直至采面推進過聯絡巷20m以上。注入氮管路買入采空區超過80m時，可以停止注氮。

3.4 注入三相泡沫

在采面與聯絡巷相距10m時開始在從回風巷沿煤層傾斜方向鋪設長度50m注漿管，注漿管前端6m為花管，尾部與回風巷內注漿管連接，采面每推進50m鋪設一道注漿管，具體三相泡沫注漿管路鋪設見圖2。隨著推進，注漿管埋入采空區40m時開始注入三相泡沫，每次注入量為90m3。注入時，發泡器與注入點間距應控制在100m以內，以便達到最佳防滅火效果。

3.5 煤柱注水

在采面過聯絡巷時，采面與煤柱間的三角區煤體裂隙發育，破碎后的煤體極易出現氧化升溫，加之采面過聯絡巷時推進速度緩慢。因此，當發現煤體內溫度升高趨勢時，應注水防滅火。注水鉆孔布置見圖3，開孔高度距離進風巷底板1.2m，注水孔孔徑為75mm，采用馬麗散封孔，注水采用靜壓方式，每個注水孔注漿量為50m3。

3.6 高分子材料封堵

采面過聯絡巷，采面上端頭或者液壓支架后方聯絡巷內頂板冒落不充分，采面風流通過裂隙向架后采空區漏風。為避免漏風，在聯絡巷頂板冒落不充分區域注入高分子材料進行封堵。①上隅角防漏風封堵：若上隅角處懸頂高度及區域較小，可采用高分子材料充填;若較大時，采用吊掛風筒布及砌筑沙袋強方式封堵;②聯絡巷與采面交匯處漏風封堵：在聯絡巷與采面交匯處頂板冒落不充分，則成為采空區漏風通道，該處范圍較小，因此，在支架尾梁與懸吊風筒布，并采用高分子材料進行充填。

4 防治效果

81305采面在過聯絡巷時采用防滅火技術方案共耗時60d通過，具體上隅角處CO濃度、采面與聯絡巷三角區煤體內溫度監測結果見圖4、5。可以看出，采面過聯絡巷期間雖然上隅角處CO濃度稍有波動，但是濃度均處于低位，整體上呈現先增加后降低趨勢;三角區內煤體溫度個別事件段內有升溫趨勢，但是礦井采取設計的煤體注水方案后，溫度迅速降低，確保了采面安全通過聯絡巷。

綜上所述，長距離工作面為了通風、排水、安放設備以及緊急避難等原因，難以避免需要掘進聯絡巷。本文分析了導致聯絡巷自燃主要因素，認為采面過聯絡巷時防治自燃的重點應放在采空區遺煤，并強化對三角區內進行監測，發現異常及時采取綜合防滅火技術措施，單一防滅火技術措施由于存在自身局限性，難以確保采面生產安全。

參考文獻：

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作者簡介：

郝富強（1984- ），男，山西平遙人，本科，通風工程師，主要研究方向：煤礦通風安全與瓦斯防治。