Y 型通風采煤工作面采空區遺煤防火技術研究

趙澤鑫

（山西汾西礦業集團柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

0 引言

沿空留巷技術可降低井下回采巷道掘進工程量，并使得采面通風方式由原有的U 型轉換成Y 型，解決回采上隅角瓦斯集聚、超限等問題[1-2]。隨著沿空留巷技術推廣應用，Y 型通風工作面數量不斷增加，采用Y 型通風使得采面工作人員、機頭及機尾設備均在新鮮風流中，改善采面環境質量并提高安全保障能力[3-5]。采用Y 型通風時，由于回風段無保護煤柱同時進、回風兩端存在有風壓差，導致采空區內漏風較為嚴重，當開采煤層有自燃發火傾向性時，采空區遺煤防滅火難度較高[6]。山西某礦8205 綜采工作面采用Y 型通風且回采的8#煤層具有自燃發火傾向性，文中就以8205 綜采工作面采空區遺煤防滅火為工程背景，結合現場通風及采空區漏風情況針對性提出采空區遺煤防滅火技術，現場取得較好的防滅火效果。

1 工程概況

1.1 地質概況

8205 綜采工作面回采的8# 煤層厚度在2.35～3.27 m，均值2.78 m，煤層傾角3～8°，頂底板巖性以炭質泥巖、粉砂巖以及砂質泥巖等為主。8#煤層具有瓦斯突出危險性，煤層具有自燃發火傾向性，自燃發火周期介于80～135 d。采面設計推進長度為680 m、傾向長度為198 m，采用切頂留巷方式將5205 巷（材料巷）保留下來為鄰近的8207 工作面生產服務，采用采用Y 型通風方式，2205 巷（運輸巷）及5205 巷均用以進風，配風量分別為1 350、480 m3/min，留巷段用以回風，采面通風方式，如圖1 所示。2205 巷及5205 巷斷面均為矩形，凈高2.8 m、凈寬4.5 m，采用錨網索支護方式，5205 巷留巷段主要通過噴灑封堵材料、懸掛風筒布等方式減少采空區漏風量。

圖1 8205 工作面通風示意圖

1.2 采空區漏風情況

8205 綜采工作面采用Y 型通風方式，由于進風巷（2205 巷）及采面與回風段（5205 巷留巷段）間有較大的風壓差，導致采面回采期間采空區存在漏風問題。采用SF6 示蹤氣體測定8205 綜采工作面采空區漏風情況，布置如圖2 所示。現場測定發現，采空區有持續漏風情況，同時1#測點位置示蹤氣體量較大，表明大量漏風流經采空區深部并在回風巷匯集。采用綜采開采方式可減少采空區內遺煤量，但是難以避免會遺留少量浮煤，若針對性采取采空區遺煤防滅火技術措施，在采空區漏風影響下可能會出現較為嚴重的遺煤自燃發火問題。

圖2 8205 采空區漏風示意圖

2 采空區遺煤防滅火技術

2.1 開采初期采空區防滅火技術

8205 綜采工作面開采初期，由于開采推進距離較短，采空區頂板未垮落或者垮落不充分，采空區內在漏風影響下極其容易出現自燃問題，此時注氮起不到較好的防滅火效果。在初期開采時提出采用噴灑阻化劑方式進行防滅火，同時通過適當加快推進速度技術減少采空區遺煤氧化時間，具體采取的防滅火技術措施為：

1）在8205 綜采工作面回采之前即在2205 巷及5205 巷分別安裝一套防滅火液壓泵站，通過泵站向采面機頭、機尾側采空區內、液壓支架后方采空區內噴灑阻化劑。

2）確保采面連續生產直至停采線位置，采面生產過程中應保持正常的推進速度。

3）在采面正常推進期間，2205 巷頂板需提前退錨，確保進入采空區后巷道頂板可及時垮落。在5205巷切頂留巷位置，綜采隊結合現場情況并沿垂直液壓支架方向連續封堵，封堵厚度在1 m 以上，一次封堵長度為5 m，通過端頭封堵可減少采空區漏風量、降低采空區內遺煤氧化進度。

2.2 正常回采期間防滅火技術

2.2.1 采空區漏風點封堵

1）端尾采空區封堵。8205 綜采工作面推進后，采面尾部端頭支架采用U 型鋼+金屬網+風筒布進行端頭封堵，減少采空區漏風量。將風筒布布置在金屬網外側并滯后支架10～20 m，以便采空區瓦斯可隨著風流排出。

2）端頭漏風點封堵。在采面端頭位置施工土袋墻，減少端頭漏風點漏風量。在采面正常回采期間，2205 巷頂板需提前退錨并構筑寬度1 m 的土袋墻，實現端頭漏風點封堵，減少向采空區內漏風量。

3）對5205 巷切頂留巷段采空區幫進行噴漿，封堵潛在的漏風裂隙。8205 綜采工作面推進后采空區頂板沿著切頂線垮落，采空區頂板垮落壓實段沿著采空區幫進行噴漿，噴漿厚度控制在100 mm 以上，頂板靠近采空區幫側噴漿寬度在1 m 以上；噴漿滯后采面距離控制在50 m 以內，從而降低采空區遺煤與采空區內漏風接觸面積。

2.2.2 采空區注氮、噴灑阻化劑及灌漿

1）采空區注氮。在采面正常回采期間在2205 巷采用邁步式注氮管路向采空區內持續注氮，注氮管為2 趟Φ100 mm 的PE 管。具體8205 綜采工作面注氮量可通過公式（1）計算[7-8]：

式中：QN為采空區注氮量，m3/h；Q0為采空區氧化帶內漏風量，取值為10 m3/h；C1為采空區氧化帶內氧氣體積分數，10%；C2采空區內惰化指標，取7%；CN為注入氮氣體積分數，取98%；k 為備用系數，取1.2。將上述參數帶入到公式中求得QN=432 m3/h。結合現場情況，具體8205 綜采工作面采空區注氮量保持500 m3/h，在確保采面及回風流中氧氣體積分數不低于18.5%的前提下盡量增加采空區注氮量。

2）噴灑阻化劑。在2205 巷、5205 巷內安裝BH-40/2.5 防火液壓泵站，通過泵站、高壓軟管將質量分數為20%的MgCl2溶液送至霧化發生器，霧化發生器在高壓作用下噴灑阻化汽霧，汽霧隨著風流流向采空區內；每天均通過霧化發生器向采空區內噴灑阻化劑，噴灑的阻化劑應均勻、盡量全覆蓋，阻化劑噴灑量應不小于4.5 t/d。

3）灌漿。建立采空區灌漿系統，在8205 綜采工作面回風繞道外安全位置建立臨時灌漿系統，將灌漿管路鋪設至2205 巷、5205 巷停采線位置。當8205 綜采工作面采空區遺煤出現異常或者采面處于非正常推進狀態時，則應立即向采空區進行灌漿，消除遺煤自燃發火風險。

2.2.3 強化采空區防火監測

1）強化監測預警。在5205 巷切頂留巷段距離調節風口10～15 m 位置安裝CO、溫度、CH4傳感器，其中CO、溫度、CH4傳感器預警指標分別為φ（CO）≥24×10-6、環境溫度≥26 ℃、φ（CH4）≥1%；在切頂留巷段從初采線位置起按照150 m 間隔布置一臺CO傳感器，預警指標為φ（CO）≥24×10-6。通過布置傳感器可24 h 不間斷的對采空區內CO 涌出情況以及回風流溫度進行監測，確保出現異常時可及時預警。

2）強化人工檢測。在5205 巷切頂留巷段間隔40 m埋深一段規格Φ50 mm×2 000 mmPE 管，并在PE 管內鋪設束管，通過束管取樣并分析8205 采空區內氣體成分，采樣分析頻次為每周2 次；在2205 巷內向采空區內鋪設有保護套的束管，按照每周2 次頻次取樣分析采空區內氣體成分；按照每周2 次頻次取樣分析8205 回風流氣體成分。每天安排專職瓦檢員巡回測量8205 工作面中部、端頭、端尾、回風流以及架后等位置瓦斯濃度、CO濃度以及溫度，每班均應不少于3 次。

3 結語

8205 綜采工作面回采的8#煤層為容易自燃煤層，采面5205 巷采用切頂留巷技術保留下來為鄰近的采面生產服務。8205 綜采工作面采用Y 型通風方式，受進、回風側風壓差以及留巷段漏風裂隙等影響，導致采空區漏風量較大，采空區遺煤容易出現自燃問題。為確保8205 綜采工作面安全回采，提出通過減少采空區漏風、多點注氮、噴灑阻化劑等方式進行防滅火，同時強化采空區遺煤自燃發火監測。現場應用后，8205 綜采工作面回采期間采空區未出現遺煤自燃發火問題，取得較為顯著的防滅火效果。