易自燃特厚煤层综放面收作期间防灭火技术研究

李连刚 王 喆

（1、皖北煤电集团有限责任公司，安徽 宿州 234000 2、西安科技大学安全与工程学院，陕西 西安 710000）

1 工作面概况

某矿1304 工作面回采侏罗纪延安组3 煤层，本工作面煤厚赋存较稳定，煤层厚度在4～16m 之间，平均11m，煤层倾角为8°～22°，平均16°。开采的3 煤层主要为长焰煤和不粘煤，自燃倾向性为Ⅰ类容易自燃煤层，3 煤层最短自然发火期为36 天。工作面平均倾向宽约195m，工作面走向长1700m，通风方式采用“U”型，进风流沿1304 工作面机巷进入工作面，回风流经1304高位巷、风巷进入北翼回风大巷至风井，正常回采期间回风风量为1600m3/min 左右。

2 收作期间自燃危险分析

2.1 煤自燃条件

煤自燃是多种条件共同作用才能形成的，多数学者认为其必须具备以下条件：煤炭处于破碎状态，并有一定量的煤体；有一定的供风，提供煤炭氧化所需氧气；煤体氧化产生的热量大于损失热量；氧化时间大于煤层自然发火期[1-2]；以上条件需同时满足，就会出现煤炭自燃的现象。

2.2 收作期间采空区自燃特点

2.2.1 发火周期较短。3#煤层为I 类容易自燃煤层，自然发火期为36 天，本煤层煤样经过相关实验测试，其实际自然发火期短。

2.2.2 工作面生产期间，采用综采放顶煤工艺，综采面的两道和停采附近都会留有大量遗煤；工作面收作期间，工作面回风隅角、支架架后、支架顶板均会出现煤体松散、破碎严重[3]。为煤自燃提供条件和蓄热环境。

2.2.3 综放工作面回采较慢，且因采空区漏风通道顺畅造成氧化带较宽。综放工作面因放顶煤作业使其较其他开采方法回采速度更慢，回采煤量大，采空区内部空间也较大，氧化带范围较综采工作面会有增加[4]，增大了煤自燃危险范围。

2.2.4 综放1304 工作面所用支架较大，需部分拆解运出工作，撤架时间较长，工作面撤架到封闭时间近一个月，接近本矿井煤层测试的最短自然发期。

3 工作面停采收作期间防灭火技术

3.1 加强监测

3.1.1 束管监测

分别在1304 机巷和风巷距停采线35m、18m 时，预埋束管，束管距底板上1.5m 靠帮敷设，采样头长度为0.5m，采样头出口面向顶板，其前后0.5m 范围用木板保护，待束管进入采空区，每天安排人员取气分析；及时对各布置地点采气进行分析，加强判断标志气体的变化情况，及时掌握采空区浮煤氧化状况。

3.1.2 安全监测

利用矿井安全监测监控系统针对工作面上隅角、回风流等特殊地点采用矿井安全监测监控系统进行定点气体监测，可实时在地面显示终端查看相关参数及变化曲线图。

3.1.3 人工观测

三班均安排专业人员对工作面上隅角、工作面每隔10 架支架后部进行观测，利用便携仪、鉴定管、光学瓦检仪、红外测温仪等检测CO、O2、CO2、CH4和T，同时安排人员对上述地点用气囊采气送至地面色谱分析室进行分析。若出现气体异常，则加强观测，每隔4 小时检测一次。

3.2 降低风压

3.2.1 保证各地点瓦斯不超限，将风量降为800m3/min 左右，达到降低风压，减小采空区漏风，缩短氧化带范围的目的。

3.2.2 1304 工作面收作期间，控制1304 高抽巷和上隅角瓦斯抽放管路阀门，减少1304 工作面高抽巷和上隅角抽放流量。

3.2.3 风巷关门，在1304 风巷联巷内安装局部通风机，机巷的局部通风机安装在+980m 水平绕道新鲜风流处位置处。

3.3 老塘隔离

3.3.1 为减少采空区及上、下隅角漏风，停采后，支架调整到位后，将所有支架尾梁升起并尽量保持一致，减少后尾梁错茬[5]。架后遗煤清理干净，给支架后部底板、架间不易处理裸露煤体喷史达夫，对煤体表面裂隙进行封堵；分别在工作面两隅角后部挂30m 风障，减少隅角向采空区漏风。

3.3.2 工作面撤架期间，应及时对上、下隅角的密闭墙外补喷涂史达夫和向密闭墙内压注凝胶。对工作面支架后部及架间暴露煤体重新喷涂一次史达夫，防止已喷涂的史达夫脱离或有裂隙，以最大限度减少采空区漏风。

3.4 钻孔注胶

在工作面收作期间，向工作面顶部施工钻孔压注胶体，从而达到对浮煤、破碎区进行封堵，同时降低煤体温度，为工作面撤架工作保驾护航。

3.4.1 切眼架后钻孔

3.4.1.1 将架后浮煤清理干净，尽量减少遗煤量。

3.4.1.2 对工作面每架支架顶梁、后尾梁间及工作面两巷上、下隅角施工注胶孔[6]。孔径不得低于φ42mm，孔内下注浆管，并向孔内压住胶体，及时封堵架后煤体表面。

掩梁注浆孔：从架间向顶板施工注浆孔，终孔距顶梁5～6m，钻孔角度约65～75°，孔深6m；架后终孔位于架后6m，钻孔角度35～45°，孔深7m。工作面两巷上、下隅角各施工4 个注浆孔，与支架顶板注浆孔一致。

3.4.1.3 利用气动注浆泵对所有钻孔压注硅凝胶，防火时基料浓度9%左右，促凝剂浓度4%左右；灭火时基料浓度7%左右，促凝剂浓度3%左右或采用泡沫凝胶防灭火材料。每个架间钻孔注大于2m3胶体，两巷内端头钻孔注大于4m3胶体。

图1 架后、架顶注胶钻孔布置图

3.4.2 机巷、高抽巷钻孔

3.4.2.1 1304 机巷距离收作线外约25m，1304 高抽巷2#联巷口各布置一个防灭火钻孔施工钻场。钻孔施工要求：钻孔控制上、下隅角，其余每5 架施工1 个，终孔位置控制距收作线15-18m 范围内，钻孔控高为架后3-6m 处的煤岩交界点，钻孔孔径为φ113mm，全程下套管，孔底下不少于3m 花管，封孔长度不小于10m。当工作面停采后，通过机巷、高抽巷钻孔向架后采空区压注三相泡沫或胶体防灭火材料。

3.4.2.2 两个钻场施工的钻孔每个注浆量大于30m3，两隅角的端头钻孔每个注浆量大于60m3。

图2 防灭火钻孔布置图

3.5 黄泥灌浆

在工作面机巷距收作线22m、30m 位置预埋φ50mm 注浆管路，在敷设管路时靠帮并在底板上，利用工作面原有的一趟φ108mm 注浆管路，向两趟新预埋管路内注浆。

灌浆时，加注胶凝剂、悬浮剂、发泡剂等,一般要求水土比为4:1-5:1（体积比），灌浆时间8:00-16:00，根据工作面实际及浆液流动情况进行调整。

3.6 压注惰气

3.6.1 在工作面两巷距收作线28m 的位置，均预埋注氮管路，管路直径为50mm。

3.6.2 当工作面距离停采线30m 位置，此处预埋的注氮管路前端出口2m 范围内接花管，并将前端堵实，花管孔径为15mm，间距100-200mm。并在该地点注氮管路上预留三通并顺着工作面下口方向预埋一趟20m 长的2 寸注氮管路，管路上打成小孔，孔间距0.5m。

3.6.3 当工作面距离停采线24m 位置，通过机巷沿工作面后部刮板输送机向风巷侧敷设2 路DN50mm 全排筛眼注氮管路，每管2 排，筛眼φ10mm，间距1m，注氮管路出口末端须堵实。整个工作面均被注氮管路覆盖，形成氮气幕，对采空区进行隔离惰化。收作期间连续注氮，日注氮量不少于20000m3，若条件允许，可适当增加注氮量。

3.6.4 当1304 工作面温度或监测到气体出现异常时，利用机巷和风巷全排注氮管路灌注液态CO2，两端每天灌注量不少于10t，对采空区进行快速降温、降氧惰化，在保证工作面氧气浓度的情况下，直至异常气体浓度明显下降并稳定达标为止。

4 结论

4.1 需根据工作面实际地质情况及矿井实际生产情况，制定工作面收作齐家安防灭火方案，采取更加合理有效的防灭火技术。仰采工作面可采取注浆，但同时需要注意溃浆问题，在注惰气时需同时关注工作面氧浓度变化。

4.2 在采取防灭火措施时，要尽可能减少采空区漏风，灌注惰气降低采空区内部氧浓度，同时加强工作面各隐患点的预测预报工作。