億欣煤業綜采面切頂留巷采空區防滅火技術

張 毅

（晉能控股集團晉城煤炭事業部億欣煤業有限公司，山西 晉城 048200）

1 引言

采空區遺煤自燃是誘發礦井火災的主要原因之一，嚴重危害到井下人員的生命安全[1-2]。礦井防滅火主要包括預測、防治和滅火三個部分。為了防治煤層自燃，國內外廣泛采用均壓、灌漿、噴灑阻化劑、注入惰性氣體、注凝膠、泡沫以及剝離清除火源法等防滅火技術[3-5]。億欣煤業開采15號煤層，煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層，工作面進行綜采、切頂留巷作業時，因漏風造成采空區及停采線等地段遺煤自然發火。

2 工程概況

億欣煤業屬于低瓦斯礦井，目前開采15號煤層，呈黑色，似金屬光澤，中條帶狀結構，層狀構造，亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶，下部煤質變差，為半亮型、半暗型煤，含較多黃鐵礦結核，視密度1.45～1.61 t/m3，平均1.51 t/m3，燃燒時有臭味。據相關資料顯示，15號煤層自燃傾向性等級Ⅱ，屬自燃煤層，無煤塵爆炸危險性，最短發火期天數為89 d。目前，礦井在15號煤層共布置XV1307、XV2303兩個切頂留巷工作面。其中XV1307工作面的采高為2.62 m，工作面長度200 m，走向長度670 m。如何在切頂留巷中減少漏風，從而實現采空區遺煤自燃防治工作顯得尤為重要。

3 億欣煤業15號煤層自燃風險評價

億欣煤業15號煤層自燃風險主要從煤的炭化程度、成分、含硫量以及煤層開采方法、巷道布置等方面進行評價。

（1）從煤的炭化程度分析。井田內15號煤層為變質程度高的無煙煤，煤的自燃性隨煤的變質程度增高而降低。因此，億欣煤業15號煤層自然發火危險性較小。

（2）從煤巖成分分析。井田內15號煤層以亮煤型為主，其次為暗煤，煤層含亮煤較多時，煤的自燃傾向較大。因此，億欣煤業15號煤層自燃傾向性比較明顯。

（3）從煤的含硫量分析。井田內15號煤層屬低硫-特高硫分煤，煤的硫分越多，吸氧能力愈大，越易自燃。因此，億欣煤業15號煤層自燃傾向性高。

（4）從煤層開采方法分析。井田內15號煤層設計均采用一次采全高綜采采煤法，回采率較高，采空區遺煤較少，有利于礦井防滅火。但采煤工作面采用全部垮落法管理頂板，會造成采空區漏風大，利于采空區遺煤自燃。同時，15號煤層采用切頂留巷工藝時，存在墻體接頂不實、墻體局部壓裂等問題，會因漏風造成采空區及停采線等地段遺煤自然發火。

（5）從巷道布置分析。設計開拓、準備巷道沿煤層布置，開采初期，錨噴支護減少了煤壁的供氧量，開采后期，巷道局部幫、頂破碎，巷道圍巖（煤體）處于微風供氧狀態，易于積聚熱量發生自燃。

綜上所述，雖然從煤的炭化程度來分析，億欣煤業15號煤層自然發火危險性較小，但是從煤巖成分、含硫量以及煤層開采方法、巷道布置等角度考慮，億欣煤業15號煤層自燃傾向性比較明顯，采空區遺煤自燃風險較高，需采取專門的采空區防滅火技術措施。

圖1 采掘工程平面圖

4 切頂留巷采空區防滅火技術

億欣煤業15號煤層采用以預防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔，同時建立健全礦井火災監測監控系統的綜合防滅火措施。

4.1 阻化劑防滅火系統

（1）阻化劑防滅火參數的確定。① 合理的阻化劑濃度和密度可降低成本、提高阻化效果，阻化劑濃度控制在10%～20%。億欣煤業15號煤層采用濃度為10%的阻化液，密度為1.05 t/m3。② 原煤吸藥液量及浮煤密度。原煤吸藥液量為47 kg/t，浮煤密度為0.8 t/m3。③ 工作面一次噴灑量，可由浮煤密度、工作面長度、噴灑寬度、浮煤厚度、浮煤吸藥液量等計算得到。依據礦井實際情況，工作面一次噴灑量為1 443.84 kg，所需阻化劑用量144.38 kg。

（2）采空區阻化劑防滅火系統與工藝。采空區阻化劑防滅火系統主要由供水管路、藥液箱、吸液管、壓力表、阻化多用泵、高壓膠管、閥門、三通、噴槍等部分組成，如圖2。阻化泵、藥液箱和阻化劑安放在進風順槽泵站硐室內，通過高壓膠管連接至支架后立柱處的噴槍。正常回采期間采空區每天噴灑一次，噴灑寬度≤4 m，如遇日推進度大于4 m，需增加阻化劑的噴灑次數，確保工作面采空區全覆蓋。

圖2 采空區阻化劑防滅火系統與工藝圖

（3）阻化劑防滅火設備。采用2套BH-66/15-G型煤礦用防滅火液壓泵站，一用一備，其主要技術規格見表1。

表1 液壓泵站主要技術參數

4.2 凝膠防滅火系統

（1）凝 膠 材 料 配 比，基 料:促 凝 劑:水=10:4:86（重量比），膠體初凝時間約2 min，膠體凝結時間30～50 s，膠體配比濃度為5‰～6‰。

（2）鉆孔參數與注膠量，鉆孔孔徑80 mm，其他具體參數依據現場情況確定。其中，預防性注膠或火勢較小時，單孔注膠量應不小于15 m3，火勢較大時，單孔注膠量應不小于20 m3，上下隅角鉆孔單孔注膠量應不小于30 m3。壓注凝膠工藝圖如圖3。

圖3 壓注凝膠工藝圖

（3）凝膠防滅火注漿設備，采用2套NJB-80/2型礦用移動式防滅火注漿裝置。

4.3 礦井自燃火災束管監測系統

采用JSG-7礦井自燃火災束管監測系統，其工作原理如圖4。系統工作時，通過氣體采樣控制柜中的控制開關，啟動采樣抽氣泵，束管內形成負壓，被測地點的氣體通過負壓進入束管，經分離器進入采樣柜[6]。

圖4 JSG-7礦井自燃火災束管監測系統工作原理

在礦井的自燃危險區建立自然發火觀測站，進行系統的、定期的觀測，在回采面和封閉采空區設置固定觀測站。

回采面固定觀測站：在回風巷采空區布置3個測點、上隅角布置1個測點，束管布置在巷道外幫，隨采隨移，測點間距30 m，測點內安裝采樣器，采樣器連接束管，測點采樣器外加套管保護；封閉采空區固定觀測站：工作面開采完畢后，在進、回風側密閉分別設觀測孔，并在密閉內各布置一個測點。固定觀測站示意圖如圖5。

圖5 固定觀測站示意圖

XV1307工作面回采期間，采用以預防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔，同時建立健全礦井火災監測監控系統等技術措施，采空區溫度一直在16℃以下，CO2濃度在0.03%～0.05%之間，O2濃度由19.5%（回采期間）降低至17.5%（封閉后），CO濃度維持在5×10-5以內，實現了億欣煤業15號煤層采空區遺煤自燃的有效防治。

5 結論

億欣煤業15號煤層工作面采用切頂留巷工藝，易導致采空區漏風現象，從而誘發煤層自燃。從煤的炭化程度、成分、含硫量以及煤層開采方法、巷道布置等方面對億欣煤業15號煤層自燃風險進行評價，研究提出采用以預防性噴灑阻化劑為主、注凝膠為輔，同時建立健全礦井火災監測監控系統等技術措施，實現了億欣煤業15號煤層采空區遺煤自燃的有效防治。