特厚煤層綜放工作面綜合防滅火技術實踐

張 宇

（中國大唐集團能源投資有限責任公司，北京 100000）

1 工程概況

龍王溝煤礦61605工作面南接西翼開拓大巷，北至井田邊界，東側61603工作面和61607工作面均未采動。61605工作面采面長255 m，推進長度1156 m，開采6號煤層，傾角0°～5.5°，煤厚24.6 m，平均埋深389 m，綜放開采，采高5.1 m，放煤高度19.5 m，采放比1:3.8。6號煤層煤塵具有爆炸性，屬于Ⅱ類自燃煤層，煤的自然發火期為53 d，通過黃泥灌漿、注氮、隅角漏風封堵和采空區永久密閉相結合的綜合防滅火技術進行治理[1-4]。

2 監測預測

2.1 工作面監測

（1）人工監測

對工作面回風隅角支架后部采空區、間隔10架支架后部采空區和上、下巷迎頭等重點區域，每班由專人進行監測，并建立監測數據庫，對監測數據進行分析，出現異常波動時需及時反饋，主要有CO、O2、CO2、CH4和溫度等指標。

（2）在線監測

在工作面內布置KJ95X系統，對CO、溫度、煙霧進行實時在線監測。具體為：① 在工作面、回風隅角、回風巷三個地點各布置一臺CO傳感器，實時監測CO含量；② 工作面內布置1臺溫度傳感器，監測采面溫度；③ 在皮帶輸送機下風側布置一臺煙霧傳感器。

2.2 束管監測系統

束管監測系統[1-2]：（1）在61605工作面回風隅角端頭支架后側、擋風障前，距底板1.8 m處布置一趟單芯束管。該束管與支架固定，可隨支架移動。（2）在工作面回風順槽布置一趟三芯束管，束管安裝保護套，分設三個監測點，間距40 m。隨著工作面的回采，3個束管依次進入采空區。1#監測點的氧氣降至5%時，斷開該測點，在距離3#三通探頭40 m處重新布置采樣探頭，并以此方式進行循環，直至整個工作面回采結束。

2.3 光纖測溫和視頻監控

在工作面主運順槽安設光纖測溫裝置，隨工作面推進埋入采空區，對采空區溫度進行監測。通過高清視頻監控系統，對工作面內煙霧、粉塵及氣體傳感器報警情況進行監控，做到氣體數據和視頻數據的實時掌握。

3 綜合防滅火技術

3.1 黃泥灌漿

（1）灌漿工藝

在地面建立黃泥注漿站，完成漿液制備，之后通過管路泵送至井下，在工作面采空區埋管灌漿，隨工作面推進逐步對采空區灌漿充填空隙。黃泥灌漿管路采用Ф114 mm×7 mm的無縫鋼管敷設至61605主運順槽超前位置后，利用軟管與Ф108 mm內絲套管相連，將Ф108 mm內絲套管埋入采空區5～15 m，注漿步距為50 m。

（2）灌漿量及設備

61605工作面日產量為3.35萬t，黃泥漿水灰比取4:1，漿液覆蓋厚度0.2 m，按照1.0的防滅火效率因子計算，日灌漿930 m3，每日灌漿10 h，每小時93 m3。

3.2 采空區注氮

（1）注氮方式及管路鋪設

采用埋管注氮方式，24 h施工。注氮管路為直徑100 mm鋼管，由輔運順槽鋪設至工作面，再利用配套軟管與Ф108 mm內絲套管相連，并將內絲套管從工作面切眼向外25 m埋入，內絲套管用快速接頭連接，氮氣釋放口采用花管連接，花管側壁均有小孔，與底板成90°放置。工作面回采50 m時啟動注氮，當工作面推采至75 m時，鋪設2#Ф108 mm內絲套管，末端均采用花管連接，并與1#內絲套管保持平行；當工作面推采至100 m時，1#套管停止注氮，之后在2#內絲管口連接軟管進行注氮。每隔50 m為一個注氮間隔，關閉前一個注氮口并開啟下一個注氮口，交替換管注氮，直至工作面采完。注氮管路布置圖如圖1。

圖1 注氮管路布置圖

（2）注氮量及設備

按照采空區氧化帶漏風量取15 m3/min，氧化帶平均氧濃度12%，采空區惰化防火指標取7%，氮氣濃度97%，考慮1.5備用系數。經計算61605綜放工作面防火注氮流量為1 687.5 m3/h。工作面配套選用5套DT-1200型制氮裝置，兩用三備。

3.3 工作面上下隅角防漏風措施

（1）開切眼兩端頭封堵

61605工作面初采期間推采過程中不放頂煤，且開切眼處的頂煤很難垮落，易形成貫通工作面全長的風流通道。為防止煤自燃，在工作面上、下端頭架后開切眼中各打設一堵砌塊墻或囊袋進行封堵。

（2）上、下隅角封堵

上下隅角頂板垮落不充分，易造成頂板懸頂，形成漏風通道，需對其封堵。進風隅角采用加氣混凝土砌塊墻與囊袋結合的方式構筑擋風墻，并在墻體表面固定一層風筒布。砌墻間距為4～6 m，無法砌墻時，采用囊袋構筑擋風墻，囊袋規格為4 m×4 m×1 m。回風隅角采用囊袋與充填材料構筑擋風墻，擋風墻間隔為10 m，每隔3 m懸掛擋風簾。

3.4 采空區永久防火密閉措施

61605工作面回采結束后，必須在45 d內構筑墻體進行永久性封閉。墻體構筑完成后，采用高壓注漿泵注黃泥漿，將密閉周圍所有裂隙全部封堵，確保密不漏風。密閉墻預留觀測孔、措施孔、束管孔、U型壓差計孔、反水管、注黃泥漿孔。觀測口選用Ф50 mm鋼管，布置在密閉墻中部距底板高的2/3處，并安裝2個Ф25 mm球閥；放水管選用直徑108 mm鋼管，布置在密閉后下方距底板300 mm處，并安裝Ф108 mm閘閥及1個反水U型管，接頭為法蘭連接；措施管選用Ф108 mm鋼管，布置在密閉左上方，距巷道頂板不小于100 mm處，并安裝Ф108mm閘閥，接頭采用法蘭連接。束管保護套管選用Ф50 mm鋼管，布置在密閉下方距底板1000 mm處。保護套管經密閉外墻、充填層、里墻、敷設至停采線處，束管探頭經束管三通安裝距停采線5 m范圍內，束管經保護套管與礦井KQF-8礦用多組分氣體分析監測系統（井下微色譜束管監測系統）聯網運行，定期抽樣分析密閉墻內氣體變化情況。束管保護套管管口處用黃泥封堵嚴實。

4 效果分析

61605工作面于2020年12月回采完畢，并于2021年1月完成采空區封閉。通過采用以上綜合防滅火技術[3-4]，工作面在回采過程中及回采結束后，均未出現采空區浮煤自然發火現象，工作面回風隅角和面內CO濃度較為穩定，出現10次CO報警現象，最大值98 ppm，最長持續時間530 s。

5 結語

預防為主、防控結合是回采工作面采空區自然發火的治理方法，在采空區綜合監測預測的基礎上，通過黃泥灌漿、采空區注氮、隅角漏風封堵及采空區永久密閉的方法，可以有效防止工作面采空區發火。