自燃煤層沿空留巷防滅火技術研究與應用

查庭棚

（冀中能源股份公司 葛泉礦，河北 邢臺 054000）

1 概 況

冀中股份葛泉礦位于河北省邢臺市西南約18 km 處。礦井西北以F5 斷層為界，西南以F4、DF6斷層為界，東北以F12、F13 斷層為界，東南至9號煤層露頭線，井田面積11.330 6 km2，水文地質類型復雜型礦井。

1.1 通風情況

葛泉礦采用中央并列抽出式通風，共有副立井和主立井2 個井筒，其中，副井進風，主井用于提升和回風。礦井通風系統穩定、通風設施齊全。采用立井單水平開拓，分南北兩翼。各采區、工作面及主要硐室均實現了分區通風和獨立通風。葛泉礦實際測定礦井總進風量為6 443 m3/min，礦井總回風量6 562 m3/min，礦井有效風量為5 974 m3/min，有效風量率為92.4%，礦井等積孔3.13 m2。

1.2 瓦斯情況

葛泉礦為低瓦斯礦井，根據2020 年礦井瓦斯等級鑒定報告，礦井瓦斯絕對涌出量為3.574 m3/min，相對涌出量為2.039 m3/t。礦井二氧化碳絕對涌出量為3.748 m3/min，相對涌出量為2.139 m3/t。

1.3 自燃發火情況

葛泉礦主采煤層為2 號、2下煤、5 號煤層，2020 年5 月經中煤科工集團重慶研究院鑒定，2 號煤為Ⅲ類不易自燃煤層，2下煤、5 號煤層均為Ⅱ類自燃煤層。2016 年經中國礦業大學鑒定，2下煤層最短自然發火期為39 d，5 號煤層煤層最短自然發火期為41 d。2下煤層可作為煤層自然發火的指標氣體有CO、C3H8、C2H4和C2H2。CO 的出現表明煤層已經開始氧化；C3H8的出現表明煤層局部溫度達到90 ℃以上；C2H4的出現表明煤層局部溫度達到150 ℃以上，已進入加速氧化階段；C2H2的出現標志著煤層局部溫度已超過336.5 ℃。

5 號煤層可作為煤層自然發火的指標氣體有CO、C3H8、C2H4和C2H2。CO 的出現表明煤層已經開始氧化；C2H4和C3H8的出現表明煤層局部溫度達到140 ℃以上，已進入加速氧化階段；C2H2的出現標志著煤層局部溫度已超過336.3 ℃。

為確保礦井安全生產，防止發生煤層自然發火，礦井建有安全監控、束管防滅火檢測、監控系統、井下注漿站系統，礦井防滅火一般采取采后注漿措施，重點地區配合采取噴灑阻化劑、噴漿堵漏、均壓等綜合防滅火措施。

1.4 安全監測監控

葛泉礦在用的安全監控系統型號為KJ83X（A），生產廠家為煤炭科學技術研究院有限公司，井下按規定安設有CH4、CO、溫度、風速、煙霧、風機開停、風筒、饋電等各類傳感器合計230 余臺。傳感器報警值等按規定設置，監控數據準確有效，監控系統運行正常。

2 132下04 工作面沿空留巷

葛泉礦北翼2下煤三采區位于礦井北翼，布置有2 條上山，2下煤三采區軌道上山作為采區進風巷，2下煤三采區運輸上山作為采區回風巷，采區現布置有1 個回采工作面、2 個掘進工作面，采區進風量為1 378 m3/min，回采工作面設計配風量340 m3/min，掘進工作面采用FBDNO.6.0(2×15 kW)局部通風機供風，需要配風量170 m3/min，實際配風量190 m3/min，能夠滿足生產需要。

葛泉礦132下04 綜采工作面位于2下煤三采區，所采煤層為2下煤，132下04 工作面走向長910 m，平均傾斜長120 m，最大面長161 m，平均煤厚1.77 m，工作面實際可采儲量32 萬t。按月產3.5 萬t，132下04 工作面服務年限為9.1 個月。工作面采用走向長壁區域后退式綜合機械化采煤法，全部跨落法處理采空區。回采期間最高瓦斯絕對涌出量為0.24 m3/min，平均瓦斯涌出量為0.20 m3/min。

132下04 工作面進風巷自F404 斷層探巷開始采用沿空留巷技術，該巷道總長400 m，巷道采用4.0 m×2.6 m 錨網支護。132下04 工作面自留巷開始，增大運料巷供風量，一路風過工作面進入工作面回風巷，另一路風經沿空留巷進入全風壓通風段巷道132下03 運料巷。沿空留巷段按照160 m3/min進行配風，實際達到180 m3/min。沿空留巷實際供風量以滿足瓦斯、CO、人員、最低風速等需要。該工作面沿空留巷采用全風壓通風方式。

3 沿空留巷防滅火技術方案及措施

3.1 采空區堵漏風

留巷巷道采用復合漿體材料對沿空幫及巷道頂部進行噴涂封閉，噴漿覆蓋整個采空幫，并向巷道頂板延伸1 m 范圍。噴涂前，對隅角及沿空幫落巖空隙用不燃性材料充填，使噴層表面盡量平整。噴層厚度不少于20 mm，沿空幫及巷道頂部噴涂封閉滯后工作面不超過30 m。在第一次掛漿變硬后，進行復噴。噴涂封閉要嚴密不漏風，發現有開裂現象，及時補噴。復合漿體材料水泥∶粘土∶水∶水玻璃∶玻璃纖維=1∶1.5∶2∶0.02∶0.003（重量比）。

3.2 注漿系統

132下04 運料巷注漿管路接至工作面，覆蓋整個沿空留巷巷道，并保證完好暢通，在132下04 沿空留巷采空區內預埋注漿管路，根據采空區氣體檢測情況，適時采取采空區注漿措施。

3.3 預裂切頂措施

在巷道面幫側頂板施工壓裂孔，采用頂板進行預裂，減小巷道頂板懸臂長度，阻隔工作面回采后向留巷的應力傳遞，減少留巷維護量。在采空幫噴漿封閉，杜絕采空區漏風，在施工中觀測、總結留巷壓力顯現規律，最佳時機整修巷道，減少留巷變形量及防止二次變形。

3.4 阻化防滅火

根據132下04 沿空留巷氣體觀測情況，遇地質構造留設頂底煤時，在132下04 工作面進風隅角安裝氣動阻化劑霧化裝置實施霧化阻化和工作面噴灑阻化劑雙重措施，霧化時采用BH-40/2.5 型氣動阻化泵配合20%濃度氯化鎂溶液進行噴霧，每天不少于600 L，防止采空區自然發火。

3.5 防滅火監測

（1）在沿空留巷內機電設備使用地點上風側設置檢查點，檢查瓦斯、二氧化碳等氣體情況。

（2）在132下04 沿空留巷回風口10～15 m、132下04 回風隅角以及132下04 工作面回風10～15 m 設立自然發火觀測點，瓦斯員每班檢查CO、溫度不少于2 次。

（3）132下04 沿空留巷每隔200 在留巷的采空區側，預埋溫度和氣體防滅火觀測管，每周一次防滅火普查，并進行取樣化驗。

（4）在132下04 沿空留巷回風口10～15 m、132下04 工作面回風隅角、132下04 工作面回風巷距回風口10～15 m 設置一氧化碳傳感器，報警濃度≥24 ppm。

（5）在132下04 沿空留巷回風口10～15 m、132下04 工作面回風巷距回風口10～15 m 設置溫度傳感器，報警值≥26 ℃。

（6）在132下04 沿空留巷內回風口10～15 m設置甲烷傳感器，報警值≥0.8%，斷電值≥0.8%，復電值＜0.8%，斷電范圍為132下04 工作面、132下04 沿空留巷及其回風巷內所有非本質安全型電氣設備。

（7）在132下04 工作面距離煤壁10 m 范圍內設置甲烷傳感器、傳感器設置報警值≥0.8%，斷電值≥0.8%，復電值＜0.8%，斷電范圍為132下04工作面及其回風巷內所有非本質安全型電氣設備；在132下04 工作面回風距離回風口10～15 m 設置甲烷傳感器，報警值≥0.8%，斷電值≥0.8%，復電值＜0.8%，斷電范圍為132下04 工作面及其回風巷內所有非本質安全型電氣設備。

（8）停采或臨時停采。為避免采空區浮煤發生氧化自燃，132下04 工作面應加快推進速度，期間不應出現臨時停采，如無法避免，每次臨時停采3 d 及以上時，采取強化防滅火措施，停采7 d 及以上時，制定專項防滅火措施。

4 結 論

（1）葛泉礦沿空留巷防滅火技術研究與應用，保證了132下04 工作面的正常采掘生產，避免了采空區自然發火，確保了全年產煤任務指標的順利完成，沿空留巷節省了390 m 煤巷進尺，多回收煤柱5 000 t。

（2）由于葛泉礦可采資源緊張，開采成本高，沿空留巷技術推廣應用后降低了巷道掘進量，緩解了采掘接替緊張局面。采用噴涂、注漿、隅角監測和人工取樣檢測等綜合防滅火措施，確保工作面安全回采，沿空留巷技術為礦井工作面布置和巷道成本預算等方面帶來明顯的經濟效益和社會效益，為在2下煤采區全面推廣沿空留巷提供了經驗。

（3）沿空留巷防噴涂漏風措施，雖然解決了采空區煤炭自燃情況，但采空區瓦斯向風流中的逸散問題沒有得到根本治理，在實際生產過程中，要采取可靠措施，確保沿空留巷區域穩定的通風系統和足夠的風量，防止出現瓦斯積聚、超限。

（4）工作面過地質構造是采空區防滅火的關鍵環節，實際生產過程中，嚴格生產管理，減少過地質構造帶采空區遺煤量，同時超前采用注惰、阻化等措施，做好預防采空區煤炭自燃工作。