自燃煤層切頂卸壓沿空留巷綜采工作面防滅火技術研究

潘宏波

（山西煤炭運銷集團錦瑞煤業有限公司，山西 呂梁 033000）

切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術是煤炭開采的重大變革，是中國科學院何滿潮院士提出的“切頂短臂梁理論”。本文通過研究采煤工作面采空區漏風規律，使用防滅火監測手段，根據采空區“三帶”劃分選擇W型通風模式，減少采空區漏風，研究采空區防滅火技術[1]。

1 工作面概況

以錦瑞煤業8105綜采面為工程背景，礦井通風方式為中央并列式，抽出式通風。8號煤層均厚3.21 m，煤層傾角1°～6°，直接頂為2.0～4.0 m的L2石灰巖，8號煤層頂板屬堅硬巖，底板屬較軟-較堅硬巖。工作面上覆巖層黃土厚度171～239 m。礦井屬低瓦斯礦井，絕對瓦斯涌出量為1.25 m3/min，相對瓦斯涌出量為0.68 m3/t。8號煤層為自燃煤層，最短自然發火期83 d。8105綜采面為 8號一采區北翼走向長壁布置工作面，南部為8107接續工作面實體煤。8105工作面運輸、回風順槽、切眼均沿8#煤層頂、底板掘進，進、回風順槽沿煤層的走向布置，切眼沿煤層傾向布置。8105切眼長度148 m，8105切眼至停采線長度755 m，沿空留巷長735 m。工作面布置方式如圖1所示。8105回風順槽采取切頂卸壓留巷，巷道為矩形斷面（寬×高：5.2 m×3.0 m），采空區漏風、擋矸使用全斷面菱形網、鋼筋網和風筒布聯合封堵。

圖1 8105切頂卸壓沿空留巷采煤工作面巷道布置

2 切頂卸壓沿空留巷采煤工作面通風方式的選擇

8105綜采工作面不同通風模式下通風測定數據對比：8105綜采工作面實際需要風量800 m3/min，實際配風量864 m3/min。8107備用工作面實際需要風量400 m3/min，實際配風量456 m3/min[2]。在8105綜采工作面回采262 m時，進行了Y型通風模式和W型通風模式下的漏風量和壓差的測定，8105綜采工作面Y型、W型通風模式通風數據對比見表1。

表1 8105綜采工作面Y型、W型通風模式通風數據對比

2.1 Y型通風系統的漏風規律

采用切頂卸壓留巷Y型通風模式后，相對于U型通風系統調整為Y型通風系統，改變了工作面通風線路及采空區氣體運移規律，從根本上解決了上隅角災害氣體積聚的問題，在合理配風的條件下可以有效降低工作面粉塵濃度和回風側溫度，但隨之也改變了采空區漏風規律，并對采空區遺煤自燃發火危險性產生影響。采用Y型通風后，由于留巷用風筒布難以將采空區和巷道有效封堵，形成開放式采空區，加之8105回風順槽處于回風側，與采空區內存在氣壓差，容易造成采空區內氣體從留巷側逸出，并引起工作面新鮮風流持續漏入采空區，改變了工作面流場，加寬了氧化升溫帶寬度，從而增加了采空區自然發火危險性。

Y型通風系統工作面需要風量更大，漏風通道更多，遺煤自燃危害性增加。通風導致漏風量增加，采空區氧化帶范圍擴大[3]。圖2為8105工作面Y型通風模式下采空區漏風范圍示意圖。

圖2 8105工作面Y型通風模式下采空區漏風范圍示意圖

2.2 W型通風系統的漏風規律

采用切頂卸壓留巷W型通風模式后，綜采工作面除了有U型通風系統采空區氣體運移規律，還有沿空留巷段狹長的帶狀漏風規律，形成了兩者疊加作用的漏風區，W型通風模式更容易解決上隅角災害氣體積聚的問題，治理瓦斯能力較強。采用W型通風后，在合理的配風比的條件下可以有效降低工作面采空區兩順槽之間的氣壓差，工作面上下風道風量較小，漏風掃過采空區面積較小，減少采空區的漏風量，減小了氧化升溫帶寬度，減少采空區遺煤自然發火危險性。根據下文的通風數據對比工作面通風阻力W型為Y型的1/2，其供風能力更強。

3 W型通風模式綜采工作面采空區防滅火技術研究應用

3.1 束管監測監控的布置和應用

（1）束管沿著工作面進、回風順槽布設到工作面，從工作面順槽巷道向采空區敷設布點。8105運輸順槽采空區布置4個測點，從開切眼處開始在采空區每隔30 m埋設一個束管采樣器，用來監測采空區“三帶”氣體濃度。8105回風順槽（切頂留巷巷道）采空區內布置1個測點，在切眼煤壁下風側10～15 m處安設一個束管采樣器。以上測點使用束管監測系統抽樣氣體分析[4]。

（2）在切頂留巷段采空區從開切眼處開始每隔30 m打設長度至少15 m的套管并設置一條人工采樣束管，進行人工取樣分析，用來監測工作面切頂留巷段采空區氣體濃度以及分析影響三帶情況[5-6]。

綜合采用抽樣分析和人工取樣分析研究切頂卸壓自成巷綜采工作面“開式”采空區的三帶劃分和氣體濃度，可為通風部門采用相應措施提供依據。

3.2 根據防治采空區漏風規律采取的防漏措施

切頂卸壓自成巷綜采工作面“開式”采空區災害治理第一要務是防治采空區漏風。在8105綜采工作面回采期間得出經驗，需要對工作面采空區三個主要漏風點進行處理：一是對工作面進風隅角進行封堵，對存在的懸頂進行處理；二是開切眼切頂預裂減少沿空留巷段的漏風空間；三是沿空留巷段采空區封堵。

（1）對進風隅角進行封堵，對存在的懸頂進行處理

根據8105綜采工作面W型通風模式下采空區“三帶”劃分情況，工作面進風隅角是采空區漏風主要通道，防火阻燃墻可起到減少采空區漏風的作用，以減少采空區氧化帶的寬度。

防火阻燃墻位置：工作面進風、回風隅角密集支柱后。

防火阻燃墻間距：20～30 m。

防火阻燃墻材料：加入阻化劑的碎煤或其他不燃性建筑材料。

構筑方法：用纖維編織袋裝或加入阻化劑的碎煤炭后封口，在采煤工作面進、回隅角密集柱后垛放成墻。

每隔20～30 m進風隅角懸頂進行切頂預裂，縮小漏風通道。

（2）切眼切頂預裂

由于8105綜采工作切眼未對切眼切頂預裂，形成采空區煤柱和落矸形成漏風三角區，工作面老頂初次來壓后，通過進風隅角經漏風三角區漏風量在120～240 m3/min，嚴重影響工作面通風。所以工作面安裝前應對切眼進行預裂，盡可能使開切眼處的采空區頂板塌落嚴實，減少漏風。

（3）沿空留巷段采空區防漏掛風帳技術

8105工作面回風順槽切頂卸壓自成巷壁吊掛防漏風風帳，8105回風順槽使用RTD29-2500/01伸縮式護幫擋矸架，搭接長度不小于1000 mm，間距500 mm，每排1組伸縮式護幫擋矸架。金屬網采用鋼筋網+菱形網。風帳在菱形網和擋矸架之間，風帳與頂底板、風帳之間搭接不少于1000 mm。

防漏風風帳起到了一定的防漏風作用，但是漏風量仍然不小。在風帳的基礎上進行噴漿可以降低一半的漏風量。

（4）黃泥灌漿管路的布置和使用

根據8105工作面巷道剖面圖，黃泥灌漿管路需安裝在8105回風順槽內非切頂卸壓自成巷壁，通過間隔60 m的支管自流灌入采空區。8105回采完畢黃泥灌漿管路不需拆除可以復用為接續工作面的注氮管使用。當采空區發現遺煤有自燃現象時向發火區域灌漿滅火。

（5）注氮技術應用

8105工作面日常采取以注氮為主、噴灑阻化劑為輔的防滅火措施。注氮管路布置在8105運輸順槽的目的是回采時采空區預防性注氮和封閉后采空區氣體置換。工作面“開式”采空區各監測點檢測出CO及C2H4時，有可能遺煤自燃范圍會持續擴大，應迅速持續注氮。當C2H4消失后或CO濃度降至0 ppm以下時，可停止注氮。工作面采空區因為“開式”所以月推進速度不作為防火因素考慮。

4 結論

切頂卸壓自成巷綜采工作面打破了常規的管理模式，在錦瑞煤業8105綜采工作面的研究，論證了W型通風模式的合理性。通過切頂卸壓自成巷綜采工作面“開式”采空區防滅火技術研究和應用，比較W型和Y型通風模式下“開式”采空區三帶劃分規律，掌握了采空區漏風的規律和相應解決措施，形成一定的防滅火管理方法和新的防滅火理念，為切頂卸壓自成巷綜采工作面的推廣提供了寶貴的依據和經驗。