高瓦斯突出煤層沿空留巷綜合防滅火技術研究

孫 偉

（河南焦煤能源有限公司古漢山礦，河南 焦作 454000）

針對古漢山礦1604 綜放工作面實施沿空留巷過程中出現瓦斯涌出量大、采空區遺煤易出現自燃等問題，開展留巷工作面的漏風、瓦斯治理研究，提出合理的瓦斯治理和綜合防滅火措施[1-6]，收到了良好效果，也為類似條件下沿空留巷防滅火治理提供借鑒。

1 工程背景

1.1 工作面概況

1604 綜放工作面所采二1 煤層厚度5.5 m，煤層傾角14°，埋深已達600 m。礦井瓦斯絕對涌出量3.7 m3/min，原始瓦斯含量28 m3/t，原始瓦斯壓力0.76 MPa，為煤與瓦斯突出礦井。采煤方式為綜采放頂煤，全部垮落法治理采空區頂板。該面最大水平主應力達31 MPa，垂直應力達18 MPa，屬高應力范疇。如圖1。

圖1 煤層綜合柱狀圖

1.2 沿空留巷技術原理

切頂留巷技術是基于切頂短壁梁和巖石碎脹理論，采用定向預裂技術將留巷、采空區上方關鍵巖層間的力學關系削弱，利用擋矸結構阻止采空區矸石進入巷內，采取加強支護使巷道沿采空區保留。工藝流程如圖2，具體為：（1）對巷道頂板、煤幫采取加強支護，保證留巷時圍巖穩定；（2）超前工作面至少80 m 且靠采幫側實施爆破，促使頂板形成預裂弱面；（3）回采后在端頭支架后方切縫處安設柔性可伸縮擋矸柱并自動成巷幫，留巷段需安設單體柱棚臨時支撐頂板；（4）采空區矸石冒落穩定后，適時回撤單體柱并在采空側實施噴漿密閉。留巷結束，接替面再次使用。

圖2 切頂留巷工藝流程

1.3 1604 工作面留巷情況

為解決古漢山礦采煤率低、掘進工程量大、接替緊張、上隅角瓦斯超限等問題，在1604 運輸巷實施沿空留巷技術，實施后通風方式為兩進一回Y型通風。

1604 運輸巷沿頂布置，留巷前需用高強錨索對頂板加強支護。為消除動壓影響，留巷段用單體柱、π 型梁滯后支護，排距0.5 m。留巷采空幫擋矸方式為雙層網、擋風布、可伸縮工字鋼及錨索等，間距0.4 m。預裂切頂孔深15 m，距采幫0.3 m，間距0.8 m，向切眼方向偏20°，向采幫偏15°，線裝藥密度0.4 kg/m。如圖3。

圖3 留巷支護圖（mm）

2 沿空留巷自然發火安全分析

1604 工作面實施留巷后，瓦斯來源主要為開采層、鄰近層及采空區等瓦斯涌出。

（1）留巷碎石幫側擋矸防護系統應在支架移架前完成施工。擋矸網和工字鋼與過渡架平行安裝，確保擋矸網之間、擋矸網與頂網搭接完好，工字鋼下扎＞0.1 m。因擋矸體系搭接不密封等向采空區漏風，若處理不及時可能引起采空區遺煤自燃。

（2）工作面不斷回采，礦壓顯著提高，煤體原巖應力失衡，再次平衡前煤體受礦壓影響后出現較多裂隙，使煤與空氣接觸面擴大。雖在采空側實施噴漿處理，大致阻斷巷道與采空區間的溝通，因采動壓力影響，噴漿處裂縫擴增，采空區進風后所留煤體氧化速率加劇，采空區發生自燃事故的概率增加。

不采取措施時，1604 工作面相對、絕對瓦斯涌出量分別為21 m3/t、24 m3/t，必須對工作面瓦斯進行治理。

3 沿空留巷綜合防滅火技術

為預防1604 工作面留巷期間采空區內遺煤自燃，結合現場實際情況，提出以下防滅火措施[7-8]。

（1）加強瓦斯抽采

① 回采前主要采用順層鉆孔抽采的方式進行瓦斯防治，在兩回采巷道采幫布置單排平鉆鉆孔，進行高負壓抽采瓦斯，傾角與煤層傾角相同。開孔方向垂直巷幫，距底1.4 m，孔深100 m，間距2 m，孔徑Φ94 mm 和Φ113 mm。

② 回采時采用超前釋放孔抽采、超前高位鉆孔抽采及特殊區域深孔爆破增透技術等減少瓦斯濃度。超前釋放孔：在本煤層預抽孔的基礎上，在卸壓帶區域每隔60 m、呈扇形施工一組加強鉆孔，控制在工作面20～100 m，提高卸壓帶抽采效率，減少煤層瓦斯涌出量，保證工作面正常生產。超前高位鉆孔：在工作面前方每隔60 m 布置6～8 個為一組、呈扇形布置的超前高位鉆孔進行低負壓瓦斯抽采，孔徑Φ113 mm，孔深100 m，終孔控制回風側5～20 m，控制高度分別距頂16～40 m。特殊區域深孔爆破增透技術：因工作面部分區域煤質較軟，在工作面采取深孔爆破，增加煤體透氣性，提高抽采率。爆破位置根據每天割煤時瓦斯涌出情況確定，自采用該技術以來，其回風流瓦斯逐步下降，大幅提高工作面推進速度。

③ 回采后在采空區采用高位及定向鉆孔抽采技術進行瓦斯防治。采空區高位鉆孔：每隔55 m、呈半扇形布置一組仰斜鉆孔，終孔控制在工作面20～44 m，終孔間距3 m，高度分別距頂16～40 m。提前預抽采空區瓦斯，降低回采時采空區向回風流溢出大量瓦斯，保障安全開采。平均日抽采量2150～3505 m3。采空區高位定向鉆孔：在回風巷500 m 鉆場處采用定向鉆機打3 個定向高位鉆孔，內錯該巷25 m、30 m、35 m，距煤層頂板25 m、30 m、35 m，抽采空區瓦斯。根據檢測數據顯示，1～3#鉆孔濃度為10%～65%，日抽采量2270～3560 m3，定向鉆孔覆蓋區域未發生瓦斯超限事故。

（2）封堵留巷采空側裂隙

留巷時需對采空幫再次噴漿封堵裂隙，噴漿0.5 m 厚。工作面開采后所封堵的安全出口密閉有損害情況時需再次實施密閉，降低采空區瓦斯溢出，有效控制采空區出現自燃的可能。

（3）注氮注漿防滅火技術

為控制采空區有害氣體（瓦斯、一氧化碳）不發生外溢，適時對采空區實施注氮注漿。

氮氣防滅火是通過制氮設備獲得氮氣，經管路注到可能會發生自燃的采空區。留巷時為確保瓦斯、一氧化碳指標正常及采空區遺煤不發生自燃等，在留巷采空區幫每150 m 預留1 組注氮孔及氣體觀測孔，注氮管（規格Φ108 mm×1700 mm）距底板0.4 m，外露0.2 m，并及時與留巷內的注氮支干管路接通。如果采空區氧氣濃度超過7%或一氧化碳指標不正常時，則對提前所埋設的管路向采空區注入氮氣。采空區觀測管（規格Φ40 mm×1700 mm）外露0.3 m，端頭設兩個開關。

注漿防滅火是將黃泥漿液注入采空區以此遮住所遺存的煤體，使煤體不與采空區內的氧氣有接觸，并且黃泥漿液中的水分將會汲取煤體中熱量，另一優勢就是滅火降溫。留巷時若采空區出現自燃的跡象，立即對其注入黃泥漿。

（4）強化氣體監測預警機制和留巷質量檢測管理。留巷時每班應有一名專職瓦斯監測人員，定期定時對上隅角、留巷內、工作面的瓦斯、溫度、風量、CO 等指標氣體進行監測。要突出重點強化留巷采空幫側密閉情況的檢查，針對采空側幫、頂、底易出現裂隙的部位加強檢查，出現問題區域立即安排噴注漿人員對其實施噴漿封堵。還需強化留巷及工作面重點部位所安裝傳感器的維護工作，準時向直管部門報備相關數據，當出現問題時可及時制定應對措施。

4 應用效果分析

1604 工作面有高、低2 套瓦斯抽采系統。高、低負壓瓦斯抽采系統均設置一用一備的2 臺水環式真空泵，電機功率分別為315 kW、250 kW，最大吸氣量分別為253 m3/min、210 m3/min，平均抽采濃度分別為13.5%、5.8%，平均純量6.2 m3/min、4.5 m3/min。抽采主、支管采用Φ426 mm（高負壓）、Φ273 mm（高負壓）、Φ325 mm（低負壓）螺旋式焊接鋼管。

據觀測結果可知，實施綜合瓦斯抽采技術后，工作面及回風流中的最大瓦斯濃度由0.8%降至0.6%，瓦斯超標的情況未出現，工作面日推進速率明顯提高，效果顯著。回采期間O2、CO 濃度幾乎不再變化且沒有增加的跡象，說明通過采用合理的防滅火手段后，采空區內沒有出現遺煤自燃的情況，留巷工作面正常開采。

5 結論

（1）1604 工作面回采、留巷時應強化對留巷的檢查，適時對留巷采空區幫部進行噴漿，噴漿厚度50 mm，漏風現象得以控制，防止采空區內遺煤發生自燃。回采時因動壓影響留巷采空區幫噴漿會造成一定破壞，留巷服務時間長，為防止向采空區內漏風，及時對留巷采空側實施再次噴漿封堵，密閉效果明顯，采空區遺煤不發生自燃。

（2）在1604 留巷工作面實施瓦斯抽采與封堵裂隙、灌漿注氮、強化監測監控相結合的綜合防控方法后，有效防止了瓦斯超限和采空區遺煤自燃，保證了工作面正常生產。