“封、堵、注”三位一体综合防灭火技术应用

焦金宝

（中煤新集能源股份有限公司口孜东矿，安徽 淮南 236153）

1 引言

当综采工作面遇到复杂地质条件如过断层造成采空区遗煤、收作时间远远大于自然发火周期，均易造成煤层自然发火事故。受煤的赋存条件、开采条件和漏风条件等综合影响，当煤层自燃的三要素同时存在一定时间后，即出现自燃征兆。通过口孜东矿121303工作面收作期间防灭火技术的实施，探索和研究复杂地质条件下长时间收作易造成煤层自然发火的课题，对预防和治理煤层自然发火隐患十分必要。

2 自然发火影响因素

（1）煤层具有自燃倾向性，自然发火期短。工作面回采过程中留有大量的遗煤，为煤自燃氧化提供了物质基础，遗煤的特性直接影响着煤的氧化升温状况。

（2）大型综采工作面受复杂地质条件影响，推进速度慢，收作工期长。根据口孜东矿综采工作面三带划分，采空区自燃氧化带范围达110m，当工作面推进时间或收作时间大于其自然发火期时，采空区遗煤长时间在提供氧气的情况下，将出现逐步氧化的现象。

（3）综采工作面漏风通道多，存在连续供氧条件。煤层在开采过程中，在采动的影响下受压而破碎，形成大量的漏风通道，尤其工作面上下隅角、架间和工作面铺网刷扩时漏顶区域均存在连通采空区的漏风通道。

（4）工作面采空区为煤层氧化提供蓄热环境，且千米深井地温高，达35～38℃，易造成回采后松散煤层氧化。

3 工作面概况

口孜东矿121303工作面平均长度1081.5m，平均宽度330.2m，工作面整体布置近南北走向，工作面煤层平均厚度约4.72m，煤层平均倾角9°。工作面为俯采工作面，综合机械化采煤法，采取后退式开采方法，一次采全高，全部垮落法管理顶板。工作面所在的13-1煤层为容易自燃煤层，自燃倾向性等级为Ⅰ类，最短发火期为36d。

121303工作面收作时间长达半年，自2017年4月26日停采开始铺网，6月20日铺网结束，11月初完成综采支架拆除工作进行永久封闭。工作面收作期间尤其是工作面铺网刷扩期间，受工作面顶板条件限制，铺网刷扩时间长，局部漏顶严重，工作面70#～192#支架顶板丢顶煤1～3m。受工作面断层遗煤和架顶遗煤双重影响，工作面采空区及架顶遗煤氧化造成一氧化碳达855ppm、乙烷达299ppm，多处出现自然发火隐患，严重威胁工作面安全回撤。

图1 工作面自然发火气体变化图

4 “封、堵、注”三位一体综合防灭火技术

图2 工作面防灭火现场喷注效果图

121303工作面收作期间通过防火普查发现煤层出现氧化现象，矿井及时加强工作面防火检查，在工作面架间预埋观测管，进入采空区4m，其中：1#～35#架断层影响区域每5架1个观测孔，40#～192#架每10架1个观测孔，工作面刷扩通道支架护帮板前每5～10架预埋观测点1处，每个圆班全面观测1次，数据异常点及时取样分析气体变化情况。同时结合现场实际，制定了121303工作面防灭火“一茬一策、一架一案”，针对性地采取了“封、堵、注”综合防灭火措施。

图3 121303工作面防灭火工程示意图

4.1 封闭漏风通道

工作面停采后，封闭与其连通的巷道及通道，减少漏风通道，控制漏风量[1]。工作面收作期间在工作面上、下隅角、架间、支架端头等漏风通道处喷化学充填材料，在工作面支架回撤后对垮落区域进行喷注，化学材料A、B组分通过充填材料泵体混合后喷洒到漏风通道处，当充填材料发泡后胶结形成固体挡墙，能够有效阻止采空区漏风，同时对工作面刷扩通道漏顶区域进行全断面喷浆封闭，减少采空区漏风。

4.2 堵住氧气交换

堵漏防火是煤矿井下防治煤炭自燃的有效手段和根本措施[2]。121303工作面刷扩通道及架顶留有大量顶煤，刷扩时顶煤破碎存在大量裂隙，为煤体自然提供氧气条件，氧气浓度的变化可以反映采空区煤自燃的动态变化趋势。刷扩期间121303工作面架前顶板破碎区域注加固材料，对顶板进行加固并堵住裂隙、隔绝氧气，每架不少于2个孔。并对刷扩通道顶板进行注浆，注浆时添加玻璃水，成胶时间控制在5～7min，对工作面顶板裂隙进行隔绝。

4.3 罐注防灭火材料

（1）定点灌浆。121303工作面机巷停采线前40m处施工防火钻场1个，钻场设计施工防灭火钻孔15个，利用121303工作面钻场防火钻孔对断层带进行灌浆，解决121303工作面断层区域遗煤问题。

（2）灌注液态二氧化碳。121303工作面铺网前在20#架及30#架各埋一根高压胶管进入采空区，进入采空区10m后灌注液态二氧化碳，铺网后分别 在 11#、21#、31#、60#、100#、140#、180#架、 回风隅角8处埋设高压软管进入采空区；持续利用已进入工作面进风隅角内的灌浆管路及预埋注液态二氧化碳管路对121303采空区灌注液态二氧化碳；121303工作面支架回撤时由综采安装队负责及时预埋注二氧化碳管路，工作面采用51mm高压软管，每3～5架预埋1路，埋入垮落区深度不低于5m，每天利用该预埋管路及刷扩期间预埋管路、防灭火钻孔等对工作面和已回撤区域灌注液态二氧化碳。

（3）连续注氮。采空区中空气含氧量减少，氮气含量增加，形成窒息性气体，达到阻止煤炭自燃的目的[3]。在121303工作面进风隅角埋设注氮管路进入采空区，对采空区进行连续注入惰性气体，挤压采空区氧气含量。

（4）分段隔绝灌注。通过对工作面高温点情况进行综合分析，采用了分段隔绝的方案，沿工作面，对已刷扩的地点由架前向采空区施工防灭火钻孔，分别在工作面 40#、60#、80#、93#、100#、120#、136#、140#、144#、180#、188#、192#架 前 等地点施工防灭火钻孔一组，长短孔交替，利用这些钻孔灌浆、注MEA-1等防灭火材料将采空区分段隔绝，该方案对有效控制工作面高温点的蔓延和发展起到十分重要的作用，解决了刷扩通道及架后顶煤氧化问题。

（5）优化工作面防灭火系统。对工作面灌浆、注液态二氧化碳管路进行改造，沿工作面布置两路直径为108mm的灌浆、注液态二氧化碳管路，并与工作面预埋管路连通，根据工作面情况进行灌注，改造工作面切眼防火钻孔连接方式，使顶板防灭火钻孔具备注浆、注液态二氧化碳、注水等多项功效。

5 结语

通过采用“封、堵、注”三位一体综合防灭火措施，有效解决了综采工作收作时，复杂地质条件长达半年收作时间下煤层自然发火事故，杜绝了采空区遗煤氧化及自然发火事故扩大。121303工作面综合防灭火技术的成功应用，使工作面201台综采支架和采煤机、运输机等设备安全回撤，对解决复杂条件下超长综采工作面防灭火问题，具有重要的借鉴意义。