綜采工作面加架期間的防滅火技術應用

聶 飛

（南莊煤炭集團南莊分公司，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

1.1 煤層概況

南莊礦井東西寬約3.7 km，南北長約3.8 km，面積12.571 7 km2。15#煤層賦存于太原組煤系的中下部，煤層厚度5.1～6.76 m，均厚5.8 m，屬特低灰、特高發熱量的高質量無煙煤，煤層自然發火傾向性為Ⅱ類自燃型，最短自然發火期為66 d。8836 工作面煤層傾角約5°～10°，煤層平均厚5.8 m，地質結構復雜，分布有總厚度為0.4 m 的3～4 層夾石，夾石多為黑色頁巖和泥巖，主要分布在煤層上部。工作面可采儲量164 萬t，本工作面傾向長為187 m，運輸順槽走向長度1260 m（從軌道口到開切眼），回風順槽走向長度1260 m（從軌道口到開切眼），采用走向長壁后退式、低位放頂煤綜合機械化采煤方法，采空區采用全部垮落法管理頂板。

1.2 綜采工作面加架情況簡介

根據南莊公司煤柱回收生產銜接安排，8836 綜采工作面西段向中段銜接期間，由于工作面長度增加，需要在工作面增加支架，造成工作面停產。8836 工作面是15#煤層大巷煤柱回收工作面，采用放頂煤開采方式，采空區內留有一定量的遺煤，促成了煤自然發火的基礎條件；工作面架后采空區漏風（主要由進、回風隅角及輔助進風巷Ⅰ、輔助進風巷Ⅱ），促成了遺煤氧化發火的充分條件；由于在中段工作面傾斜長度變長，需停產增加支架，預計停產時間為20 d（實際停產23 d），為采空區遺煤氧化蓄熱、升溫、發火提供了條件。

綜合以上分析，初步推斷采空區內有較大可能氧化發火隱患的區域范圍為：工作面上段、下段各10 架（約15 m）長度范圍架后采空區，以及兩條穿頂老巷對應工作面架頂破碎遺煤及架后采空區淺部遺煤區域。

按照“雙防”工作要求，當采煤工作面連續半個月內平均推進速度小于0.5 m/d 時，或連續一個月內平均推進速度小于1.0 m/d 時（包括末采和拆架期間），需要采取相應的防滅火技術措施，須在15#煤八采區8836 綜采工作面中段加架停產前，采取防滅火預防專項措施[1-7]。

2 加架期間的常規防滅火措施

2.1 監測監控防滅火措施

（1）利用安全監控系統監控工作面溫度和一氧化碳的變化，利用束管監控系統對加架期間有害氣體變化實施監控，測定工作面溫度、一氧化碳、C2H6、C3H8等氣體的變化趨勢。通過束管采樣儀每天抽取氣樣1 次，并進行色譜分析，發現問題及時采取相應的防滅火措施。

（2）每班人工直接在工作面上隅角、南部采空區側、支架頂部進行氣體檢測，以此判斷煤層是否有發火征兆。若發現氣體檢測異常，及時匯報并采取措施。

（3）監測監控信息中心每兩天要由人工直接在上隅角和抽放管路中提取氣樣，送地面進行氣樣色譜分析并形成分析報告。

2.2 通風防滅火措施

（1）15#煤八采區8836 綜采工作面中段采用三進一回的通風方式，在停產加架期間適當降低工作面風量，但是不得低于700 m3/min（運輸巷進風300 m3/min，8826 回風斜巷進風180 m3/min，輔助進風巷Ⅱ70 m3/min，輔助進風巷Ⅰ150 m3/min），保證運輸巷和回風巷通風斷面風路暢通，每3 d 對8836 綜采工作面中段進行一次全面測風。

（2）每天對15#煤八采區8836 綜采工作面中段風門、調節風窗等通風設施進行檢查，確保工作面風流穩定。

（3）定期檢查工作面周邊采空區閉墻完好情況、漏風情況，采空區CO、溫度等有害氣體的變化情況。周邊采空區包括南側的8826 采空區以及上部12#煤采空區。

2.3 抽放防滅火措施

（1）合理調整抽放量。確保8836 綜采工作面瓦斯不超限的情況下，適當降低工作面瓦斯抽放量，減少采空區漏風量。在停架后停止8836 工作面上隅角抽放，高抽巷抽放量調整為50 m3/min（特殊情況具體調整）。

（2）抽放泵站每天對抽放管路中的CO 取樣檢測一次，并建立臺賬做好記錄。

3 普瑞特Ⅱ防滅火新技術在加架期間的應用

普瑞特Ⅱ防滅火新技術的應用重點部位：（1）進回風隅角及工作面兩端隱患漏風通道的封堵；（2）工作面支架頂部（輔助進風巷Ⅰ、輔助進風巷Ⅱ）漏風區域的封堵。

3.1 普瑞特Ⅱ防滅火材料應用優勢

工作面進、回風巷落山范圍內未壓實的“三角”漏風通道及工作面上下部一定長度范圍的漏風通道需要灌注充填封堵型防滅火材料進行封堵。該防滅火封堵材料應具有不燃且不助燃特性、常溫反應、擴散性能強、固結黏附性強、封堵隔氧效果優等性能。

相比較于其他防滅火材料，普瑞特Ⅱ型防滅火材料不僅具備上述所需性能，且該材料粘度高、凝結速度快、滲透率低、利用率高；與其他膠體材料相比，普瑞特Ⅱ的保水性較好，在凝固生產組不易失水，不會造成漏風裂隙，封堵效果更嚴密。

3.2 兩隅角及工作面兩端部漏風通道封堵

工作面停采后，在進回風隅角位置處分別實幫、實底掏槽打設雙重袋子墻進行封堵，并使用噴涂封堵材料噴涂袋子墻外表面及圍巖表面裂隙，噴涂厚度不低于50 mm，確保封堵效果。

工作面停采后，針對工作面兩端部各8 架范圍，在進風隅角向2#架架后打鉆，進風側4#～5#、7#～8#架架間打鉆；回風隅角向88#架后打鉆，回風側82#～83#、85#～86#架間打鉆。采用專用一次性防滅火鉆頭、鉆桿配合氣動架柱式鉆機或電動鉆機進行鉆孔，鉆孔終孔點控制在架后5 m，煤層底板之上3.5 m 位置，確保防滅火材料能夠擴散堆積分布全面封堵遺煤隱患氧化區域。

3.3 工作面支架頂部漏風區域封堵

對輔助進風巷Ⅰ、輔助進風巷Ⅱ等兩條老巷巷道中心線兩側共10 m 范圍架頂垮落破碎漏風通道進行注漿封堵，鉆孔開孔布置在支架前梁位置，鉆孔角度70°左右，鉆孔深度2.5 m 左右。

工作面兩端部及老巷穿頂范圍架間鉆孔平面示意圖及架間鉆孔設計剖面示意如圖1、圖2。

圖1 工作面兩端部及輔助進風巷鉆孔布置平面圖（m）

圖2 架頂鉆孔設計剖面示意圖（m）

3.4 材料成本計算

依據現場生產實際情況，結合防滅火材料特性及項目治理經驗，估算如下；

（1）兩隅角及架后采空區漏風通道封堵注普瑞特Ⅱ材料用量

將工作面回風隅角及架后采空區范圍的充填治理空間簡化為一個長×寬×高=15 m×3 m×4 m的長方體空間，其孔隙空間內充填普瑞特Ⅱ防滅火材料?？偪臻g體積V=15×3×3=135 m3；充填空間體積V2=V×f=135×0.3=40 m3，其中f為孔隙率，取0.3；材料使用量T2=V2÷n×k=40÷10×1.05 ≈4.2 t，其中n為發泡倍數10，k為用量系數1.05。同理，算得進風隅角范圍充填普瑞特Ⅱ材料用量約為4.2 t。

綜上，工作面兩端部充填封堵用普瑞特Ⅱ材料用量約為8.4 t。

（2）輔助進風巷Ⅰ漏風通道封堵注普瑞特Ⅱ材料用量

將輔助進風巷Ⅰ充填治理空間簡化為一個長× 寬× 高=10 m×3 m×3 m 的 長 方 體 空間，其孔隙空間內充填普瑞特Ⅱ防滅火材料?？偪臻g體積V=10×3×3=90 m3；充填空間體積V2=V×f=90×0.3=27 m3，其中f為孔隙率，取0.3；材料使用量T2=V2÷n×k=27÷10×1.05 ≈2.8 t，其中n為發泡倍數10，k為用量系數1.05。同理，輔助進風巷Ⅱ充填普瑞特Ⅱ材料用量約為2.8 t。

綜上，輔助進風巷Ⅰ、輔助進風巷Ⅱ充填封堵用普瑞特Ⅱ材料用量約為5.6 t。

（3）鉆頭鉆桿用量

配合灌注普瑞特Ⅱ所需的鉆頭使用量ZT和鉆桿使用量ZG。

工 作 面 回 風 側 采 空 區 范 圍 共 布置 鉆 孔 數ZT取 值3 個。 鉆 桿 使 用 量ZG=ZT×l÷m×k=6.8×3÷0.8×1.1 ≈28 根，其 中l為平均單個鉆孔長度，m為單根鉆桿長度，k為用量系數1.1。綜上，兩端封堵鉆頭使用量約為6 個，鉆桿使用量約為56 根。

輔 助 進 風 巷 Ⅰ 采 空 區 范 圍 共 布置 鉆 孔 數ZT取 值2 個。 鉆 桿 使 用 量ZG=ZT×l÷m×k=2.4×2÷0.8×1.1 ≈7 根，其中l為平均單個鉆孔長度，m為單根鉆桿長度，k為用量系數1.1。同理，輔助進風巷Ⅱ封堵鉆頭使用量約為2 個，鉆桿使用量約為7 根。

綜上，輔助進風巷Ⅰ、輔助進風巷Ⅱ封堵鉆頭使用量約為4 個，鉆桿使用量約為14 根。

8836 工作面停采后所需防滅火材料及鉆頭鉆桿估算使用量見表1。

表1 8836 工作面注漿所需材料統計

4 應用效果和結論

針對南莊公司8836 綜采工作面加架停產期間存在自然發火隱患，通過采取普瑞特Ⅱ防滅火新技術措施實現了進回風隅角及工作面兩端封堵隱患漏風通道和工作面支架頂部漏風區域的有效封堵。經過監測，CO 最大濃度為1.16×10-5，監測未發現C2H4氣體，徹底解除了工作面架后采空區漏風問題。在8836 綜采工作面加架停產23 d 后實施復產，未發生自然發火現象，保障了礦井安全生產。