松散煤體中掘進自然發火防控技術研究

趙位位 匡 磊 劉大虎

（1.大統礦業有限公司，山東 濟寧 272000；2.青島天安重交瀝青有限公司，山東 青島 266500； 3.星村煤礦，山東 濟寧 273100）

煤炭自燃是煤礦開采過程中常見的災害，據統計我國國有重點煤礦中采空區自燃占煤礦自燃火災的70%以上[1-4]。易自燃煤層采用分層開采過程中，受上次采動影響，上覆煤巖垮落，故順槽施工是在松散煤體中掘進，掘進期間煤體應力再一次重新分布，造成煤體進一步破碎、裂隙發育、漏風供氧強度增加，易形成漏風通道，煤的自燃危險性增強，增加了掘進期間的煤體自燃防控難度。

1 工作面概述

C9301 工作面兩順槽布置在原工作面采空區下，未被破壞前該區域的煤厚約為8 m，受當時回采條件的制約，只回采了一層煤炭（約2 m 厚）。經礦研究和中國礦業大學合作，決定在松散的煤巖體下重新布置巷道，規劃工作面，在殘留的煤炭資源中重新進行復采。

C9301 工作面是該礦九采區首個充填開采工作面，工作面煤層最小厚度為4.65 m，最大厚度7.15 m，工作面兩順槽、切眼及運輸聯絡巷均沿3 煤層底板掘進。其中，C9301 軌道順槽全長857.9 m，運輸順槽全長831 m，切眼全長88 m，C9301 運輸聯絡巷擴刷及掘進范圍全長270 m（其中包括76.1 m 的工作面聯絡巷）。

C9301 運輸聯絡巷掘進期間需擴刷部分9305 南順槽巷道，其余沿采動后的9305 南順槽重新開掘直至施工完畢（包括76.1 m 的工作面聯絡巷）。C9301 軌道順槽掘進期間將揭露2 條老巷、穿過4個15～22 m 寬度不等的煤柱（其中有2 個煤柱中上部存在老巷）。C9301 運輸順槽掘進期間將揭露4條老巷、穿過5 個11～22 m 寬度不等的煤柱（其中有2 個煤柱中上部存在老巷）。軌道及運輸順槽掘進期間均通過5個原已采工作面、1個原未采工作面。C9301 工作面切眼掘進期間需擴刷部分9306 北順槽巷道，其余部分重新開掘直至施工完畢。

受九采區第一次采動影響，上覆巖層完全垮落，造成遺留煤層及老巷的穩定性、完整性、煤體裂隙、導風導水帶、采空區積水、有害氣體賦存及煤層自燃傾向等地質情況均發生較大的變化，增加工作面掘進期間防滅火管控難度。

2 防滅火技術措施

根據自然發火隱患分析，掘進巷道在松散煤體中掘進，易形成漏風通道，具備供氧條件，煤體極易氧化而自燃。在巷道掘進期間必須采取以下綜合性的防滅火措施防治煤炭自燃。

2.1 防滅火注膠安全技術措施

（1）C9301 軌道及運輸順槽所有遺留煤柱區域及煤柱前后按要求噴漿。噴涂完畢后，施工區隊負責在噴漿范圍的頂部及兩幫各均勻打設兩排注膠孔，每排孔與孔之間的間距不大于3 m，然后安設長度為2 m 的注膠管（注膠管采用DN20 或DN15鋼管，管口加工螺紋），注膠管外漏約15cm，注膠管與煤壁之間的縫隙用黃泥封堵嚴實，注膠管管口用舊風筒布包裹。注膠管安設完成后，壓注水泥水玻璃膠體或水玻璃凝膠，原則上注膠量以管路起壓為準，頂幫漏膠嚴重時停止壓注，根據實際注膠量可適當進行調整。

（2）正常掘進期間（不包括以上區域）巷道防滅火注膠孔布置：巷道頂部及兩幫打設注膠孔，三花型布置，每掘進3 架棚，按要求打設注膠孔，頂部與幫部注膠孔盡量交錯布置。

① 巷道頂部注膠孔與兩幫相距0.5 m（誤差±200 mm），掘進方向上仰60°～80°；幫部上部孔距頂板0.5 m（誤差±200 mm），下部孔距底板向上約1.3～1.5 m，角度上仰30°～45°。以上孔距及角度可根據現場實際進行適當調整。

② 注膠孔打設完畢后幫部安設長度為2 m 的注膠管，頂部安設長度為3 m（頂煤厚度小于3 m 時長度按實際頂煤厚度進行調整）的注膠管（注膠管采用DN20 或DN15 鋼管，管口加工螺紋），注膠管外漏不大于15 cm，注膠前注膠管管口用舊風筒布包裹。根據現場情況對預先安設的注膠孔壓注水玻璃凝膠，原則上注膠量以管路起壓為準，頂幫漏膠嚴重時停止壓注，根據實際注膠量可適當進行調整。注漿管與煤體縫隙應纏綁棉紗或用速凝水泥封堵。

③ 注膠工作滯后迎頭不得超過100 m。

注漿工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 井下移動注膠工藝流程圖

2.2 噴涂LFM 封堵漏風安全技術措施

如圖2 所示，C9301 兩順槽迎頭后巷道頂幫全部進行噴涂（兩幫底部可裸幫0.5 m），噴涂順序從外向里逐段進行。噴厚以覆蓋煤體為宜（正常情況不小于30 mm，對片幫嚴重的區域，噴漿厚度不小于10 cm），噴涂作業滯后迎頭不大于50 m。

圖2 LFM 輕型防滅火材料工藝連接圖

2.3 空洞區域充填防滅火安全技術措施

C9301 兩順槽在松散煤體中掘進，頂、幫局部有空洞，易蓄熱，存在自然發火隱患。為保證防滅火安全，根據現場實際情況，決定在巷道空洞區域充填LFM 等輕型材料，具體安全技術措施如下：

（1）C9301 兩順槽掘進期間，遇到漏頂情況，漏頂高度超過0.5 m 時，鋪設雙抗網或風筒布、木板等，以便于下一步充填LFM 輕型充填材料或其他充填材料。

（2）噴涂、充填LFM 輕型充填材料時可使用氣動隔膜泵或注膠泵。

（3）冒高較高時，也可根據實際采用袋裝黃土、矸石，特殊情況下采用袋裝碎煤充填，然后壓注充填材料封堵漏風通道。

（4）充填工作滯后迎頭不得超過100 m。施工單位負責將充填孔從外向里進行編號管理并建立臺賬，詳細記錄孔的具體位置及充填量。

（5）空洞體積較大，造成充填材料跑漏嚴重時，為便于固結，可先對空洞區域外部噴涂LFM 噴涂性材料。噴涂前根據空洞具體狀況預埋注膠管，待固結后再進行防滅火充填。

2.4 固化頂板及幫部安全技術措施

（1）正常掘進期間巷道在松散煤體中掘進，頂板頻繁出現抽冒，不利于松散煤體防滅火管理，需采取長鉆孔大流量進行注漿來固化頂板。頂板固化注漿孔布置如下：

① 巷道頂部及兩幫打設注漿孔，頂部布置兩個注漿孔，頂部注漿孔距幫0.5 m（誤差±200 mm），掘進方向上仰20～30°；幫部兩側各布置一個注漿孔，幫部注漿孔距棚梁下0.5 m（誤差±200 mm），向迎頭方向與幫部呈20～30°。

② 注漿孔打設完畢后幫部安設長度為6～10 m的注漿管，頂部安設長度為6～10 m 的注漿管（注漿管采用DN25 鋼管，管口加工螺紋），注漿管外漏不大于15 cm，注漿前注漿管管口用舊風筒布包裹。根據現場情況對超前注漿孔壓注粉煤灰、水泥-水玻璃或水玻璃膠體，原則上注漿量以管路起壓為準，頂幫漏漿嚴重時停止壓注，根據實際注漿量可適當進行調整。

③ 九采區施工巷道超前固化頂板、兩幫也可采用速爾固（型號FIX-101Y）有機煤巖體加固材料。此材料由雙組分物質在低溫條件下以1 ∶1 的體積比混合反應生成，專用于加固煤礦或坑道破碎巖層。材料被注入后能迅速滲透細微裂縫，膨脹加固，利用其本身和煤巖體的連接及粘固特性，使之成為一個整體，增加煤巖層的固性和支撐力。

（2）在巷道幫部打設管棚撞楔進行加固，防止幫部在施工過程中漏冒嚴重，存在蓄熱及漏風條件。

（3）施工區隊合理計劃實施注漿工作及打設管棚撞楔，若現場注漿固化效果較好，可隨注隨掘，掘進進度不得超過頂板固化范圍以達到固化頂板及加固幫部目的。

2.5 均壓防漏風安全技術措施

（1）在南翼回風大巷三號聯絡巷施工調節風窗，增加阻力，降低采區的壓差。在九采東一號進風聯絡巷施工調節風窗，增加阻力，降低兩順槽附近的壓差。

（2）C9301 巷道掘進期間應做好穩定通風系統、做好各采空區均壓情況的排查與治理，減小采空區漏風強度。

（3）由于九采區原密閉施工質量參差不齊，密閉封閉效果差，通巷工區利用U 形壓差計檢測密閉墻內外壓差情況，如發現變化劇烈立即匯報通防領導，根據壓差變化情況采取噴漿、壓注封堵材料、增加密閉墻氣密性等綜合措施，進一步均衡相鄰采空區通風壓力。

（4）全面考慮巷道開拓布局、巷道長度、原采空區分布范圍、遺留老巷、局部通風等具體情況，通過合理設置控風設施，調整周圍相關巷道的實際過風量，保證施工巷道及相鄰采空區合理均壓，減少漏風，防止通風壓力不均衡造成采空區漏風強度增大。

（5）揭露及封閉老巷前后，安排瓦檢員檢查與老巷相連通的密閉墻的壓差，做好記錄并相互對比，判斷老巷與進回風巷道是否連通，并匯報通防領導，以便采取相應的措施封堵裂隙，減少漏風強度。

3 結論

通過防滅火方案的實施提高了C9301 軌道及運輸順槽掘進期間的防滅火管控力度，消除了巷道掘進期間松散煤體發火風險，避免了掘進期間發生自燃而影響施工進度，實現了松散煤體中掘進期間的防滅火安全。