松散煤体中掘进自然发火防控技术研究

赵位位 匡 磊 刘大虎

（1.大统矿业有限公司，山东 济宁 272000；2.青岛天安重交沥青有限公司，山东 青岛 266500； 3.星村煤矿，山东 济宁 273100）

煤炭自燃是煤矿开采过程中常见的灾害，据统计我国国有重点煤矿中采空区自燃占煤矿自燃火灾的70%以上[1-4]。易自燃煤层采用分层开采过程中，受上次采动影响，上覆煤岩垮落，故顺槽施工是在松散煤体中掘进，掘进期间煤体应力再一次重新分布，造成煤体进一步破碎、裂隙发育、漏风供氧强度增加，易形成漏风通道，煤的自燃危险性增强，增加了掘进期间的煤体自燃防控难度。

1 工作面概述

C9301 工作面两顺槽布置在原工作面采空区下，未被破坏前该区域的煤厚约为8 m，受当时回采条件的制约，只回采了一层煤炭（约2 m 厚）。经矿研究和中国矿业大学合作，决定在松散的煤岩体下重新布置巷道，规划工作面，在残留的煤炭资源中重新进行复采。

C9301 工作面是该矿九采区首个充填开采工作面，工作面煤层最小厚度为4.65 m，最大厚度7.15 m，工作面两顺槽、切眼及运输联络巷均沿3 煤层底板掘进。其中，C9301 轨道顺槽全长857.9 m，运输顺槽全长831 m，切眼全长88 m，C9301 运输联络巷扩刷及掘进范围全长270 m（其中包括76.1 m 的工作面联络巷）。

C9301 运输联络巷掘进期间需扩刷部分9305 南顺槽巷道，其余沿采动后的9305 南顺槽重新开掘直至施工完毕（包括76.1 m 的工作面联络巷）。C9301 轨道顺槽掘进期间将揭露2 条老巷、穿过4个15～22 m 宽度不等的煤柱（其中有2 个煤柱中上部存在老巷）。C9301 运输顺槽掘进期间将揭露4条老巷、穿过5 个11～22 m 宽度不等的煤柱（其中有2 个煤柱中上部存在老巷）。轨道及运输顺槽掘进期间均通过5个原已采工作面、1个原未采工作面。C9301 工作面切眼掘进期间需扩刷部分9306 北顺槽巷道，其余部分重新开掘直至施工完毕。

受九采区第一次采动影响，上覆岩层完全垮落，造成遗留煤层及老巷的稳定性、完整性、煤体裂隙、导风导水带、采空区积水、有害气体赋存及煤层自燃倾向等地质情况均发生较大的变化，增加工作面掘进期间防灭火管控难度。

2 防灭火技术措施

根据自然发火隐患分析，掘进巷道在松散煤体中掘进，易形成漏风通道，具备供氧条件，煤体极易氧化而自燃。在巷道掘进期间必须采取以下综合性的防灭火措施防治煤炭自燃。

2.1 防灭火注胶安全技术措施

（1）C9301 轨道及运输顺槽所有遗留煤柱区域及煤柱前后按要求喷浆。喷涂完毕后，施工区队负责在喷浆范围的顶部及两帮各均匀打设两排注胶孔，每排孔与孔之间的间距不大于3 m，然后安设长度为2 m 的注胶管（注胶管采用DN20 或DN15钢管，管口加工螺纹），注胶管外漏约15cm，注胶管与煤壁之间的缝隙用黄泥封堵严实，注胶管管口用旧风筒布包裹。注胶管安设完成后，压注水泥水玻璃胶体或水玻璃凝胶，原则上注胶量以管路起压为准，顶帮漏胶严重时停止压注，根据实际注胶量可适当进行调整。

（2）正常掘进期间（不包括以上区域）巷道防灭火注胶孔布置：巷道顶部及两帮打设注胶孔，三花型布置，每掘进3 架棚，按要求打设注胶孔，顶部与帮部注胶孔尽量交错布置。

① 巷道顶部注胶孔与两帮相距0.5 m（误差±200 mm），掘进方向上仰60°～80°；帮部上部孔距顶板0.5 m（误差±200 mm），下部孔距底板向上约1.3～1.5 m，角度上仰30°～45°。以上孔距及角度可根据现场实际进行适当调整。

② 注胶孔打设完毕后帮部安设长度为2 m 的注胶管，顶部安设长度为3 m（顶煤厚度小于3 m 时长度按实际顶煤厚度进行调整）的注胶管（注胶管采用DN20 或DN15 钢管，管口加工螺纹），注胶管外漏不大于15 cm，注胶前注胶管管口用旧风筒布包裹。根据现场情况对预先安设的注胶孔压注水玻璃凝胶，原则上注胶量以管路起压为准，顶帮漏胶严重时停止压注，根据实际注胶量可适当进行调整。注浆管与煤体缝隙应缠绑棉纱或用速凝水泥封堵。

③ 注胶工作滞后迎头不得超过100 m。

注浆工艺流程图如图1 所示。

图1 井下移动注胶工艺流程图

2.2 喷涂LFM 封堵漏风安全技术措施

如图2 所示，C9301 两顺槽迎头后巷道顶帮全部进行喷涂（两帮底部可裸帮0.5 m），喷涂顺序从外向里逐段进行。喷厚以覆盖煤体为宜（正常情况不小于30 mm，对片帮严重的区域，喷浆厚度不小于10 cm），喷涂作业滞后迎头不大于50 m。

图2 LFM 轻型防灭火材料工艺连接图

2.3 空洞区域充填防灭火安全技术措施

C9301 两顺槽在松散煤体中掘进，顶、帮局部有空洞，易蓄热，存在自然发火隐患。为保证防灭火安全，根据现场实际情况，决定在巷道空洞区域充填LFM 等轻型材料，具体安全技术措施如下：

（1）C9301 两顺槽掘进期间，遇到漏顶情况，漏顶高度超过0.5 m 时，铺设双抗网或风筒布、木板等，以便于下一步充填LFM 轻型充填材料或其他充填材料。

（2）喷涂、充填LFM 轻型充填材料时可使用气动隔膜泵或注胶泵。

（3）冒高较高时，也可根据实际采用袋装黄土、矸石，特殊情况下采用袋装碎煤充填，然后压注充填材料封堵漏风通道。

（4）充填工作滞后迎头不得超过100 m。施工单位负责将充填孔从外向里进行编号管理并建立台账，详细记录孔的具体位置及充填量。

（5）空洞体积较大，造成充填材料跑漏严重时，为便于固结，可先对空洞区域外部喷涂LFM 喷涂性材料。喷涂前根据空洞具体状况预埋注胶管，待固结后再进行防灭火充填。

2.4 固化顶板及帮部安全技术措施

（1）正常掘进期间巷道在松散煤体中掘进，顶板频繁出现抽冒，不利于松散煤体防灭火管理，需采取长钻孔大流量进行注浆来固化顶板。顶板固化注浆孔布置如下：

① 巷道顶部及两帮打设注浆孔，顶部布置两个注浆孔，顶部注浆孔距帮0.5 m（误差±200 mm），掘进方向上仰20～30°；帮部两侧各布置一个注浆孔，帮部注浆孔距棚梁下0.5 m（误差±200 mm），向迎头方向与帮部呈20～30°。

② 注浆孔打设完毕后帮部安设长度为6～10 m的注浆管，顶部安设长度为6～10 m 的注浆管（注浆管采用DN25 钢管，管口加工螺纹），注浆管外漏不大于15 cm，注浆前注浆管管口用旧风筒布包裹。根据现场情况对超前注浆孔压注粉煤灰、水泥-水玻璃或水玻璃胶体，原则上注浆量以管路起压为准，顶帮漏浆严重时停止压注，根据实际注浆量可适当进行调整。

③ 九采区施工巷道超前固化顶板、两帮也可采用速尔固（型号FIX-101Y）有机煤岩体加固材料。此材料由双组分物质在低温条件下以1 ∶1 的体积比混合反应生成，专用于加固煤矿或坑道破碎岩层。材料被注入后能迅速渗透细微裂缝，膨胀加固，利用其本身和煤岩体的连接及粘固特性，使之成为一个整体，增加煤岩层的固性和支撑力。

（2）在巷道帮部打设管棚撞楔进行加固，防止帮部在施工过程中漏冒严重，存在蓄热及漏风条件。

（3）施工区队合理计划实施注浆工作及打设管棚撞楔，若现场注浆固化效果较好，可随注随掘，掘进进度不得超过顶板固化范围以达到固化顶板及加固帮部目的。

2.5 均压防漏风安全技术措施

（1）在南翼回风大巷三号联络巷施工调节风窗，增加阻力，降低采区的压差。在九采东一号进风联络巷施工调节风窗，增加阻力，降低两顺槽附近的压差。

（2）C9301 巷道掘进期间应做好稳定通风系统、做好各采空区均压情况的排查与治理，减小采空区漏风强度。

（3）由于九采区原密闭施工质量参差不齐，密闭封闭效果差，通巷工区利用U 形压差计检测密闭墙内外压差情况，如发现变化剧烈立即汇报通防领导，根据压差变化情况采取喷浆、压注封堵材料、增加密闭墙气密性等综合措施，进一步均衡相邻采空区通风压力。

（4）全面考虑巷道开拓布局、巷道长度、原采空区分布范围、遗留老巷、局部通风等具体情况，通过合理设置控风设施，调整周围相关巷道的实际过风量，保证施工巷道及相邻采空区合理均压，减少漏风，防止通风压力不均衡造成采空区漏风强度增大。

（5）揭露及封闭老巷前后，安排瓦检员检查与老巷相连通的密闭墙的压差，做好记录并相互对比，判断老巷与进回风巷道是否连通，并汇报通防领导，以便采取相应的措施封堵裂隙，减少漏风强度。

3 结论

通过防灭火方案的实施提高了C9301 轨道及运输顺槽掘进期间的防灭火管控力度，消除了巷道掘进期间松散煤体发火风险，避免了掘进期间发生自燃而影响施工进度，实现了松散煤体中掘进期间的防灭火安全。