多煤层联合开采防火技术在红阳二矿西三下部采区的应用

王庆国，王 洋，朱礼钢

（沈阳焦煤股份有限公司红阳二矿，辽宁 沈阳 110106）

0 引 言

在近距离煤层联合开采的条件下，由于煤层间距较小，加之受采动影响上下煤层采空区易形成漏风通道，加大了采空区浮煤自然发火性与防治的技术难度[1-2]，煤自燃将成为煤的重大灾害之一。我国有50%以上的煤矿具有煤自然发火危险，而且近几年多采用综采放顶煤开采工艺和瓦斯抽采技术，易造成采空区遗煤增多和漏风增大。据统计，我国煤的自燃火灾占到了火灾总数的90%以上[3]。在煤自然发火监测方面，基于气相色谱分析的火灾束管监测系统实现了井下气样就地检测、数据实时上传、早期预警，此外光纤测温技术在采空区温度监测方面也得到了应用[4]。在防灭火技术与装备上，主要有均压防灭火、注浆防灭火、惰性气体防灭火以及阻化剂防灭火等。在近距离防灭火的研究应用主要集中在合理布置巷道与开采方法[5]；掌握复合采空区遗煤分布、自然发火规律、自燃危险区域划分及自燃预测、自燃三带的分布[6]，以及合理采取采空区防灭火措施等[7]。

本文系统研究了红阳二矿12#煤层与13#煤层近距离自燃煤层联合开采自然发火所采取的底板巷穿层钻孔限量抽放、及时拆断封堵抽放钻孔、注白泥、洒阻化剂、注水泥浆等一系列综合防火措施，并采用热成像仪、红外测温仪、人工检测、火情监测系统、色谱仪分析多种监测手段有效地消除了煤层自然发火隐患，为多煤层联合开采易自燃煤层工作面防灭火提供了切实可行的技术经验。

1 矿井概况

红阳二矿位于沈阳市苏家屯区红菱堡镇南红村，于1976 年3 月移交生产，设计生产能力90 万t/a。于1987 年起对矿井进行改扩建，设计生产能力150 万t/a。该矿为煤与瓦斯突出矿井，瓦斯相对涌出量19.84m3/t，绝对瓦斯涌出量58.76m3/min。其西三下部采区的12#、13#煤层鉴定结果为Ⅰ级容易自燃煤层，12#煤层自然发火期为81-202 天，13#煤层自然发火期为92-230 天。12#煤层与13#煤层层间距平均1.3m，西区曾经出现自燃发火隐患，至今未出现自然发火。

2 西翼采区自燃发火危险性分析

西翼采区虽然未发生过自燃发火，但西翼采区在采掘期间，存在自然发火诱发因素较多。如，煤层底板穿层钻孔长期抽放，局部抽放管路支管存在高温，煤体氧化。本煤层巷道底板温度增高，局部地点伴随一氧化碳显现，采空区煤柱破碎存在发火隐患。煤层层间距小，存在上部采空区联通，长期氧化蓄热升温，易出现采空区漏风造成采空区浮煤自然发火。西三下部采区采取底板穿层钻孔预抽煤层瓦斯的区域防突措施后，底板穿层钻孔与回采施工的本层钻孔联通，同时受回采期间动压影响，煤体产生裂隙，形成供氧通道，易出现自然发火现象。12 煤巷帮煤柱内煤体松散，经过预抽、水力措施后，更具有自然发火倾向。受矿山压力的动态作用，井下煤柱体受压破碎变形，形成一定漏风通道，造成遗煤区或围岩煤体氧化自燃。此外，13 煤上层采空区，顶煤破碎，同时伴有黄铁矿周围自燃遗留。

3 防火监测措施

3.1 人工检测与仪器检测进行对比分析

采取人工检测取样，由防火人员定点检查对采掘工作面利用红外测温仪对巷道顶、底板、两帮、抽放管内进行检查，取样化验分析，并将检查结果与色谱仪进行分析对比，减小误差。

3.2 火情监测系统实时监测采空区变化情况

图1 西三下部采区1204 工作面束管监测布置图

采用KJ428 型分布式激光火情监测系统，实时在线监测采煤工作面采空区气体浓度情况，气体监测主机安装在-680 二号变电所内，在工作面采空区铺设一路束管，束管监测采空区CH4、CO、C2H2、C2H4、CO2、O2等气体浓度情况。同时，总结出了我矿西三下部采区12 煤层、13 煤层的自燃“三带”划分依据，为采空区防火工作奠定了坚实的基础。图1 为西三下部采区1204 工作面束管监测布置图。

3.3 热成像仪监测

2017 年我矿首次利用YRH300 红外热像仪，对采、掘工作面顶底板巷帮及巷道高冒区、采空区、进行准确全面探测，采用整体实时成像技术，能将所观测物体的热分布情况完美地显现出来，从而能较好地区分出温度过高区域找出隐患点，及时发现存在温度过热的区域，从而采取有效措施，避免自燃的发生，大大提高了防火工作效率，实现了早发现、早预防，同时减少了误判的几率。为今后的煤矿安全防火起到一定的帮助。

4 防火措施

4.1 煤巷掘进期间的防火

1）巷道掘进期间，主要采取喷浆的方法来隔绝氧气与煤体的接触，降低煤体的氧化速度，若巷道出现空顶高度超过0.5m，由施工单位打木垛接顶，并注充填材料或白泥。

2）由施工单位负责和安排人员配合防火检查，自顺槽拉口开始，每隔20m 在两帮底板各挖一个检查坑,规格不小于300mm×300mm，深度挖至硬底，防火员用红外测温仪和温度计检查坑内温度及是否存在漏气现象，如温度达到35℃时，由施工单位立即向高温点注水降温。

泌尿外科患者主要感染部位在于尿路,具有极高的发病率,而引起尿路感染因素如下:①年龄偏大,可随着年龄的增加促使免疫机能发生退行性改变,继而增加感染风险,加上我国空气质量的下降,易引起呼吸道疾病,发生肺部感染症状;②长期留置导尿管,且在执行操作过程中未遵守无菌原则;③合并前列腺增生、神经源性膀胱、尿路狭窄等多种疾病,易发生尿潴留现象,且滋生细菌,增加感染风险;尤其是手术治疗后患者,存在免疫力低下现象,可受多种病原菌侵袭;④住院期间大量应用抗生素可进一步提高病原菌耐药性,从而对疾病治疗效果造成影响;为此在临床上实施有效干预措施尤为重要,有利于减少感染风险,且进一步降低医疗纠纷发生率[3]。

3）若底板有漏气现象，立即查明与瓦斯巷对应钻孔，将下部瓦斯巷抽放钻孔断开，顺槽前掘期间，控制巷道左帮轮廓线外5m 至右帮轮廓线外10m 范围内的穿层钻孔，待工作面掘过后立即全部封堵永久停抽，每天对各瓦斯巷主抽放管路取样并进行气体成分化验分析。

4）加强再生顶及巷帮煤柱的防火管理。西三下部采区1302 运输顺槽，巷帮煤柱内。经过瓦斯预抽，水力冲孔等措施后，受压变形煤柱产生裂隙，长期抽放后，造成煤岩体漏风因此必须对1302 运输顺槽加强堵漏，对煤柱进行密封使其与氧气隔绝，防止出现自然发火隐患。图2 为西三下部采区1302 运输顺槽防火方法图。①主要是对1302 运输顺槽加强支护，同时加强帮顶，巷道围岩封闭，对巷道进行喷浆防止煤柱破碎漏风。②在1302 运输顺槽向12 煤再生顶浮煤处打眼注白泥。③对12 煤柱破碎处进行注水泥浆加固，防止煤柱破碎漏风。④加强钻孔的密封管理与检查。

图2 西三下部采区1302 运输顺槽防火方法

4.2 回采过程中的防火

1）加强开采初期的防火管理。采煤工作面开切眼形成后，及时对架间洒阻化剂，工作面上隅顺槽抹白泥浆，支架安装完成后在架后埋设2 组束管探头，监测采空区“三带”，便于根据煤层自然发火期确定开采进度。将注氮管路接至工作面下尾巷，每隔20-25m交替埋设，并随工作面推进。同时，防火注浆管路接至工作面超前支护处，做好预防性灌浆准备。注氮管路埋设位置及防火墙位置，如图3 所示。

图3 注氮管路埋设位置及防火墙位置

2）回采初期，加强上尾巷的管理，减少采空区漏风。由于受超前压力影响，上尾巷冒落不充分，空洞较大，漏风严重，对自然发火有一定影响。为减少漏风，我们采取以下措施：①加快推进进度；②及时对上尾巷打切顶眼，强制放顶；③及时对上尾巷托盘卸下，确保充份冒落；④加强火情况监测，对采空区温度，瓦斯、一氧化碳连续监测；⑤对架间、架后、回风、上隅角进行检测取样化验分析；⑥对工作面上下尾巷采用设置风障的方法，减少向采空区漏风。

3）严格控制穿层钻孔预抽范围和超前工作面距离。首先控制顺槽上帮以里20m 范围内的穿层钻孔全部封堵停抽，剩余钻孔超前于工作面200m 范围内的对接抽放。200m 范围以外的钻孔临时拆断停抽，利用胶皮管封孔，随工作面回采进度情况及时拆断位于工作面前方5m 范围内的穿层钻孔，并使用合成树脂（每孔两袋）和麻袋片封堵钻孔，合成树脂塞入封孔管内的深度不少于3m，确保钻孔封堵严密。

4）采取限量抽放降低抽放负压。每天对主抽放管路取样进行气体成分化验分析，如发现主管路CO 浓度超过0.0005%，瓦斯巷内进行分段排查，即在该区段进行单孔CO 检查，如果检查单孔瓦斯抽放浓度低于10%或CO 浓度超过0.005%时，则对该孔进行临时拆断停抽。

4.3 回撤期间防火措施

1）工作面回撤前，在上、下尾巷各打一道防火墙，厚度不小于1m，与端头支架封严，向工作面方向延伸10 组支架，高度要实底接顶，同时，对防火墙抹面，保证防火墙严密且不漏风。

2）工作面回撤期间，对下尾巷及运顺上帮喷洒白泥，作业时保证白泥喷洒均匀，如白泥脱落，及时补喷白泥。在运输顺槽、回风顺槽分别放一台白泥泵。当监测到一氧化碳时，对架前打眼，打眼角度向采空区方向斜上45°，并注白泥。

3）工作面回撤期间，在工作面、架间、上下尾巷、运回顺端头支架及采空区喷洒阻化剂，喷洒时确保均匀、无盲点。

4）对于开采易自燃煤层，采取在采煤工作面回风侧设置调风设施，适当降低工作面风量，减少向采空区及煤体裂隙漏风。

5）采煤工作面停采线严禁在地质构造带停采。

4.4 综采封闭防火措施

1）综采封闭期间及时封闭与采空区连通的巷道及各类废弃钻孔，采煤工作面回采结束45 天内进行永久性封闭。

2）每个采煤工作面的封闭都要根据现场实际情况来制定专门的封闭措施，对运回顺槽进行灌浆封闭。

3）沙门子外建两道厚度不小于1.2m 的料石闭，两道闭间留0.2m 的间距，下管注白泥。

（4）如果密闭附近围岩破碎，封闭后，封闭前5m范围内帮顶及时进行喷浆处理。

4.5 喷洒阻化剂防火

1）阻化剂种类很多，我矿采用氯化镁作为阻化剂，采用人工向采空区喷洒阻化剂，阻化剂溶液浓度在15%～20%之间。

2）阻化剂喷洒地点主要为采空区遗煤、巷道高冒区及石门揭穿自燃煤层时，对煤壁进行喷洒。

3）采空区喷洒阻化剂主要为工作面上隅角喷洒、煤壁喷洒、下尾巷向采空区喷洒、综采支架架间空隙向采空区喷洒。

4.6 注白泥防火

1）当运输顺槽、回风顺槽出现高温点，必须及时喷浆封闭帮顶、采用注白泥方法进行处理，并设好观测管、措施管，消除自然发火隐患。

2）工作面停采回收期间，为防止自然发火，对上、下尾巷封堵，下2 寸白泥管注白泥。

3）利用高压白泥泵对工作面架后浮煤进行注白泥。由施工单位负责向架间斜上方，根据具体情况，采用6 分铁管打入浮煤顶板处，接入高压泵绳进行注白泥，防止自然发火。图4 为高压白泥泵对工作面架后浮煤进行注白泥的方式图。

图4 高压白泥泵对工作面架后浮煤注白泥

5 结 论

通过采取以上综合防火措施，红阳二矿在西三下部采区多煤层联合开采防火方面取得了较大成绩，不仅有效防范和遏制了采掘工作面自然发火现象的发生，更是为采煤工作面实现高效安全回采创造了有利条件，确保了矿井安全生产，为我矿其它工作面的防火工作奠定了坚实的基础。