小窑破坏区巷道掘进防灭火技术研究

景 峰

（山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司和善煤矿， 山西 沁源 046500）

山西某矿井田开采范围内受小煤窑侵蚀严重，从而使得井田上部煤层大面积遭受破坏。由于小煤窑开采方式不正规，从而使得煤层开采存在较为严重的小煤窑破坏区煤层自燃风险。在小煤窑开采破坏区内存在有众多废弃的巷道，巷道与采空区联通，会给后续煤炭开采带来较大威胁[1-2]。具体表现为[3-6]：

1）自燃发火火源隐蔽，难以有效掌握小煤窑破坏区位置以及自燃煤层发火点；

2）矿井采用负压通风，在矿井正常通风时小煤窑破坏区内的有毒有害气体会沿着裂隙向开采空间内涌出，从而给矿井作业人员安全带来一定威胁；

3）现阶段矿井生产位于小煤窑破坏区范围内，采掘作业受小煤窑火区影响。因此，如何确保小煤窑破坏区采掘作业安全开采是制约矿井煤炭高效回采的不利因素。文中以3906 工作面运输巷掘进为工程实例，针对小煤窑破坏区煤层容易自燃问题，提出综合性防灭火技术措施，现场取得较好应用成果。

1 工程概况

山西某矿为设计生产能力240 万t/a 的现代化矿井，井田面积约为15.6 km2。现阶段主采的9 号煤层厚度平均6.2 m，采用综放开采工艺。9 号煤层原始瓦斯含量介于3.5～4.6 m3/t，煤层具有自燃发火倾向性，发火周期为3～6 个月，煤尘具有爆炸危险性。

3906 工作面设计推进长度为960 m、斜长230 m，现阶段正进行3906 运输巷掘进工作。运输巷设计断面为矩形，采用EBZ-260 综掘机截割破岩，锚网索支护工艺。由于巷道掘进区域位于上覆小煤窑开采破坏区，巷道掘进过程中存在较大的煤层自燃风险。为此，在巷道掘进时充分利用钻探、巷探方式对前方掘进范围内小煤窑破坏区内气体成分进行分析，并采取及时封堵等措施降低巷道漏风量。

2 小煤窑破坏区巷道掘进综合防灭火技术

2.1 超前探测技术

在3906 运输巷掘进过程中将钻探技术、巷探技术相结合，通过分析钻孔内气体成分、温度等确定巷道掘进前面小煤窑破坏区内潜在的火区分布情况，并根据探测结果采取预防性灌浆等防灭火技术措施。对探测发现小煤窑破坏区有火区或者存在有自燃发火废弃巷道时，可通过巷道向潜在火区内进行灌浆，通过隔绝氧气实现防灭火；若探测到前方无火区时则使用喷浆、封堵采空区以及多点注浆等方式封堵漏风裂隙、隔绝氧气与小煤窑破坏区内煤体接触，从而实现防灭火。

在滞后掘进迎头5～10 m 位置在巷帮布置宽、深、高分别为3.0 m、3.0 m、2.5 m 的钻场，并在钻场内施工超前探测钻孔对小煤窑破坏区范围内火区情况进行探测。探测钻孔超前探测范围为掘进迎头前方60～100 m，并探测巷道掘进轮廓线外30～50 m 范围，具体超前探测钻布置情况见图1 所示。在超前探测钻孔施工过程中应随时记录钻孔探测情况并对空内气体成分、温度等进行监测，通过综合分析判定小煤窑破坏区范围以及老空巷道分布、遗煤自燃发火情况。

图1 超前探测钻孔布置示意图

2.2 综合防灭火技术

通过钻探、巷探等方式对小煤窑破坏区内煤层自燃发火情况进行分析，并依据获取探测情况以及影响程度，具体采取下述多种防灭火技术措施。

1）当探测到掘进巷道前方存在有高温或者自燃发火点后，通过施工钻孔进行超前灌浆，从而对高温点或者自燃发火点进行综合防灭火。通过注浆降低高温或者自燃发火点温度并将煤层与空气隔绝，不仅可实现综合防灭火而且可防止有害气体入侵到巷道掘进空间。在巷道掘进面与小煤窑破坏区高温点或者自燃发火点位置间应至少保留有20 m 保护煤柱，同时灌浆量应为小煤窑破坏区内废弃老巷或者采空区面积的20%～30%。

2）对小煤窑破坏区潜在的煤层自燃发火点进行灌浆防灭火后，施工探测水钻孔对灌浆水进行疏排，从而避免3906 运输巷掘进至灌浆位置时存在突然涌水问题；同时采用束管监测系统对灌浆区域内气体成分、温度等进行测定，确保高温或者自燃发火点火灾隐患得以有效控制后方可继续掘进巷道。

3）当3906 运输巷掘进面与小煤窑破坏区内废弃巷道贯通时，应首先对废弃巷道进行密闭处理，从而减少掘进巷道漏风量。同时向密闭空间内进行灌浆充填，避免小煤窑破坏区内煤层自燃。现场施工的密闭墙体厚度一般为0.75～1.0 m，在小煤窑密闭墙体上插入灌浆管，并使用多点交替注浆方式进行灌浆，一般情况下每班灌浆2～3 h。具体小煤窑废弃巷道上施共的密闭墙以及灌浆孔见图2 所示。

图2 密闭墙以及灌浆孔示意图

4）当3906 运输巷掘进工作面与小煤窑采空区贯通时，首先使用密闭支护方式通过采空区，并对巷道顶板布置的架棚进行喷浆密闭，通过施工钻孔向巷道顶板采空区内进行灌浆。为确保巷道掘进安全，在巷道掘进过程中应向采空区内喷洒阻化剂。巷道掘进后通过全断面喷浆（喷浆层厚度控制在150～250 mm）来实现全断面密闭，从而减少巷道通风系统漏风量。

2.3 现场应用效果分析

在3906 运输巷掘进过程中通过钻探、巷探方式实现对小煤窑破坏区内潜在的高温点或者自燃发火点等进行探测，并通过灌浆等方式对潜在的自燃发火点进行综合防灭火。在掘进巷道揭露小煤窑破坏区时，通过灌浆、密闭等方式进行防灭火并隔绝小煤窑破坏区内漏风量，从而杜绝遗煤自燃风险。现场应用后，3906 运输巷掘进期间未探测到CO 等自燃发火标志性气体，巷道得以安全通过小煤窑破坏区。

3 结论

1）3906 运输巷沿着9 号煤层顶板掘进，9 号煤层上覆受小煤窑开采破坏严重，破坏区内存在有多个废弃巷道以及分布范围不详的采空区，小煤窑破坏区会给运输巷掘进安全带来一定威胁，主要为遗煤自燃威胁。

2）提出采用超前探测方式对小煤窑破坏区内潜在的自燃发火点进行探测，并依据探测结果采用灌浆、封堵等方式进行综合防灭火。现场应用后，3906运输巷得以安全通过小煤窑开采破坏区，同时巷道在小煤窑破坏区内掘进期间未探测到CO 等自燃发火标志性其他，表明掘进过程中采取的综合防灭火技术取得较好应用成果。