厚煤層綜放開采孤島工作面綜合防滅火技術研究

鄧寧寧

（山西焦煤汾西礦業正旺煤業，山西 孝義 032300）

0 引言

火災是影響礦井煤炭開采安全的主要災害類型，隨著煤炭高強度開采的不斷持續，部分礦井淺部煤炭資源逐漸枯竭，煤炭開采地質條件更趨復雜，井下煤炭自燃發火影響更趨顯著[1-3]。特別是復雜地質條件綜放開采工作面在回采時，受地質條件復雜、采空區遺煤量大等影響，給采面自燃發火防治工作開展帶來更大挑戰[4-5]。山西某礦30509 綜放工作面為孤島工作面，采面三側均為采空區，采面回采礦壓顯現明顯，加之采空區遺煤量大、分布范圍廣，采面漏風嚴重，導致采面防滅火難度較高。文中就30502 綜放工作面回采為工程實例，針對采面生產特點針對性提出防滅火技術措施，以期為其他礦井類似孤島工作面防滅火工作開展提供經驗借鑒。

1 工程概況

30509 綜放工作面是3 盤區最后一個回采工作面，采面東側、西側及南側均為回采完畢的采空區，北側為盤區回風巷保護煤柱。30509 綜放工作面設計推進長度1 250 m、傾向長度250 m，回采的5# 煤層厚度均值5.52 m，埋深290 m，頂底板巖性以粉砂巖、砂巖以及炭質泥巖為主。30509 綜放工作面設計采高3.8 m、放煤高度1.72 m，經鑒定5# 煤層為Ⅱ類自燃發火煤層，自燃發火期介于98～212 d。

30509 綜放工作面為孤島工作面，面臨采空區遺煤賦存復雜、范圍廣，采面推進速度慢以及采空區漏風通道復雜等問題。30509 綜放工作面由于三面均為采空區，采面回采期間礦壓顯著，加之受開采工藝影響，采空區遺煤范圍大、賦存條件較為復雜；采面保護煤柱在鄰近采面、本采面回采擾動影響下，變形量較大、內部裂隙擴展，導致采空區漏風流場移動復雜、漏風通道多變；采面回采期間礦壓顯現顯著，回采巷道超前支護段變形嚴重，采面推進速度較慢，導致采空區氧化帶內遺煤蓄熱周期較長，增大遺煤自燃發火危險。

2 孤島工作面綜合防滅火技術

30509 綜放工作面回采可分為初采、正常回采以及末采三個階段，三個階段防滅火有其自身的特點，下文就對各時期采取的防滅火技術進行分析。

2.1 初采期間防滅火技術

初采期間主要通過在切眼周邊煤巖體中注入復合膠體，通過膠體充填破碎煤巖體內漏風類型并增強煤巖體強度。在采面回采推進過切眼后，強制放頂煤并向破碎煤體中壓注粉煤灰膠體，以便在采面兩側形成膠體隔離帶[15 m×10 m×8 m（長×寬×高）]，通過膠體隔離帶減少采空區漏風量。具體初采期間切眼位置注膠情況，如圖1 所示。

注膠鉆孔開孔位于采面回采巷道頂板上，每個巷道均布置2 個注漿鉆孔，其中一個鉆孔位于巷道頂板位置、一個鉆孔位于巷道外幫距底板1 m 位置；回采巷道內注膠鉆孔終孔均位于煤層底板上方6 m 位置。采面回采推進過切眼后，即向采空區內進行注膠。

在注漿前應采用破碎煤袋封堵采面山下端頭支架后方空間，破碎煤袋應接頂且封堵厚度在2m 以上。通過破碎煤袋封堵減少注漿過程中膠體外漏量，封堵嚴密后方可進行注膠作業。具體上下端頭位置破碎煤袋封堵情況，如圖2 所示。

圖2 上下端頭位置破碎煤袋封堵示意圖

2.2 正常回采期間防滅火技術

在30509 綜放工作面正常回采期間，通過采取下述措施減少采空區漏風量[6-8]：在采面進風、回風隅角位置懸掛擋風簾；每推進50～60 m 后在采面進風、回風隅角位置布置沙袋墻，墻體厚度為2 m 并在頂部留設灌漿膠管；隨著采面推進采空區頂板垮落后與沙袋墻頂部接觸密實，之后通過設灌漿膠管向采空區內注入膠體，從而在采空區沿進風順槽、回風順槽形成一定長度的注膠隔離段；在進風順槽、回風順槽內均布置切頂鉆孔，通過切頂實現頂板及時垮落，實現采空區充填并減少端頭三角區懸空面積。

2.3 采面慢推或者臨時停采期間防滅火技術

2.3.1 采面慢推期間防滅火技術

在采面慢推期間為避免采空區以內自燃，采用注漿方式進行防滅火。采面每推進30 m，即在后部帶式輸送機靠近采空區側鋪設1 趟Φ108 mm 注漿管，從采面回采巷道內向采空區上部、中部及下部區域注入粉煤灰膠體。注漿管按照30 m 間隔留設三通出漿口，出漿口出口處為長300 mm 的花管，花管上花孔孔徑統一為15 mm；當注漿管埋入到采空區10 m 后可開始注漿，具體采面回采期間采空區內注漿管布置情況，如圖3 所示。

圖3 采面回采期間采空區內注漿管布置示意圖

2.3.2 暫時停采期間防滅火技術

當30509 綜放工作面需要暫時停采時，為避免采空區遺煤自燃需采取下述防滅火技術措施：按照工作面生產安排，臨時停采前3 d 在采面進風、回風隅角位置施工沙袋墻并充填膠體，確保沙袋墻接頂，減少采空區漏風量；采面暫時停采時由進風順槽頂板位置向采空區頂板施工注膠鉆孔，注膠量控制在150 m3以上；暫時停采期間采面供風量減少50%，通過減少供風進一步降低采空區漏風量，同時每班均安排專人對回風隅角、采空區以及回風巷內氣體成分、風量等進行檢測。發現異常及時處理；若采面暫時停采時間較長，則需綜合采用注氮、注漿措施，并通過束管監測系統實時采集采空區內其他成分。

在采面暫時停采期間，受礦壓顯現影響采面護巷煤柱變形量增加、內部裂隙擴展，為避免通風風流進入到30509 綜放工作面煤柱兩側采空區內，在煤柱內施工鉆孔并注入封堵材料封堵煤柱內漏風裂隙。鉆孔均垂直煤柱、開孔點與底板間距1.6 m，注漿孔間隔3 m、孔深4 m，封孔深度2～3 m，具體鉆孔布置，如圖4 所示。

圖4 煤柱注漿鉆孔布置示意圖

2.4 采面設備回撤期間防滅火技術

30509 綜放工作面推進至停采線后需回撤設備，在綜放設備回撤期間綜合采用減少采空區漏風、注膠、減少供風量、強化監控以及減少綜放設備回撤耗時等方式進行防滅火。

1）在采面綜放設備回撤時，在滿足防塵、瓦斯防治前提下，盡量減少采面供風量，具體可將供風減少至50%，必要時可采用均壓通風技術進一步減少采空區漏風量；采用沙袋對進風、回風隅角位置懸頂空間進行封堵。

2）采面停采后，在進風、回風隅角位置通過注入復合膠體構建隔離帶，隔離帶寬度7 m、長度12 m、高度4 m。

3）提高組織、管理水平，并盡量采用先進的、機械化程度高的回撤設備，提高綜放設備回撤效率、減少設備回撤耗時。

4）強化監測監控，在綜放設備回撤時，需安排專人每班監測采空區、回風巷以及回撤通道內氣體成分、溫度等，若發現異常時及時注膠防滅火。

5）完成綜放設備回撤后，及時施工防火密閉墻，并留設束管監測孔、注膠管等。

2.5 防滅火效果分析

依據30509 孤島工作面特征、防滅火需要，在采面初采、正常回采、暫時停采以及末采期間制定針對性的防滅火技術措施。采面回采期間采用上述防滅火措施后，對回采各階段內回風流、回風隅角以及采空區等位置溫度、氣體成分等實時檢測，發現各位置溫度、CO 濃度等均在合理范圍內，未有遺煤自燃發火征兆。現場采用防滅火技術措施后，孤島工作面遺煤自燃發火問題得以較好的解決，實現了采面煤炭安全回采。

3 結語

30509 孤島工作面開采范圍內礦壓顯現明顯，煤柱在礦壓影響下裂隙發育導致鄰近采空區存在漏風問題，同時受綜放開采工藝制約，采空區內遺煤量較大、自燃發火防治難度較高。依據30509 孤島工作面現場情況，通過采用砌筑沙袋墻、注膠、灌漿等措施進行防滅火，并通過強化監測提高防滅火預警能力。對30509 孤島工作面開采各階段采用的防滅火技術措施進行詳細設計，現場應用后，采面在回采期間各位置溫度、CO 濃度均在合理范圍內，實現較好的防滅火效果。