易燃厚煤層綜放工作面綜合防滅火技術探析

文/徐永和

易燃厚煤層綜放工作面綜合防滅火技術探析

文/徐永和

柴里煤礦是山東能源棗莊礦業集團公司的骨干生產礦井之一，于1964年10月建成投產，是我國第一對厚含水沖擊層下開采特厚煤層的實驗型礦井。目前，礦井現殘存老火區達10余個，現行開采的三煤層屬易燃厚煤層，自然發火期僅為35天，且經過50多年開采，煤礦可采資源日趨減少。因此，準確、快速、有效地預防自燃危險區和治理自然發火隱患點，對確保工作面的安全生產具有重要意義。

一、易燃厚煤層綜放工作面自燃隱患綜合探測

1.漏風通道測定技術

漏風通道的確定對判斷和預測自然發火取樣有重要作用。柴里煤礦采取釋放六氟化硫（SF6）氣體來進行測定漏風通道，SF6氣體作為一種無色、無味、無毒和不可燃且透明的惰性氣體，穩定性好。

釋放六氟化硫（SF6）氣體時，二人一組，在地面用100ml注射器抽取濃度是99.9%SF6氣體100毫升，3分鐘內一次性把100mlSF6釋放完畢，釋放后30分鐘取第一次氣樣，此后每隔10分鐘取樣一次，連續取樣4個小時，直到接收到SF6為止。取樣的同時記錄注射器編號與取樣時間，上井進行分析，通過取樣中SF6含量和取得時間判斷有無漏風通道及其漏風強度。

2.探氣技術

通過施工鉆孔對巷道高冒區、巷道與老巷道、老硐室聯系區、漏風通道發育區、采空區等進行氣體取樣分析，判斷氣體成分，并根據實際情況，選擇一氧化碳（CO）作指標氣體，結合“烷烯比”進行判斷煤炭自燃情況。

3.深部（淺部）溫度探測技術

溫度能直接反映煤層自燃進展情況，如煤炭在化學吸附階段溫度達到70℃時就會分解，與氧分子結合，進而發生自燃。因此，煤炭溫度探測對防治煤炭自燃有重要作用，可分為煤體淺部探溫和采空區深部探溫兩種技術。深部探溫技術是通過探溫電子元件與溫度顯示儀器相結合，能有效探測50m以內的深部采空區煤炭積熱溫度情況；淺部探溫技術能對10m以內的煤體進行靜態探溫，并可結合監控系統進行動態溫度探測和監控，對于防治煤炭自然發火效果顯著。

二、易燃厚煤層綜放工作面防滅火技術應用

1.工作面概況

作為易燃厚煤層綜放工作面——23下604北工作面井下位于236采區東北部，原設計為23308工作面，因23309通道自然發火隱患被迫分為23308東、西工作面，北鄰23400工作面采空區，南鄰23309工作面采空區，東鄰23308東工作面采空區，工作面中部為23309通道老火區。為最大限度提高工作面可采儲量，柴里煤礦將23下604北工作面、23308西工作面所在區域和23308東西兩面之間的未采區域合并，作為23下604北工作面一并開采。

由于23下604北工作面周圍為已開采區，受礦井采動壓力影響，在掘進施工中存在較多高冒區，且與老巷道、老硐室聯系，造成該區域漏風通道發育，采空區相互聯通。柴里煤礦技術人員通過對23下604北工作面及其周邊區域采空區高溫火區進行有效探測和判斷，發現23下604切眼漏風通道發育，運輸巷400#棚-500#棚與23400采空區溝通聯系，23309通道、原23604上分層切眼等地點存在自然發火隱患，需采取精確深孔探溫注漿、淺孔密集鉆、注凝膠、注三相泡沫、錨注、注水降溫及其溫度探測等綜合防滅火技術措施進行治理。

2.23309通道自然發火隱患點治理

23309通道基本為南北向，巷道長度160m，南高北低落差25m，與南皮巷道上下重疊，落差南段高差30m、北段高差25m。2013年1月份，技術人員在南皮巷道中利用巷道傾斜高差，由高向低，向23309通道施工Ф42mm防火鉆孔高位孔7個，對該處巷道進行全范圍覆蓋。通過鉆孔取樣、探溫分析，23309通道仍存有CO，濃度35ppm，溫度37℃，說明該區域存在自然發火隱患，需要重點加強自然發火隱患治理。基于此，礦井施工人員通過對7個防滅火鉆孔進行注凝膠20t，發三項泡沫1530 m3，從而將23309巷道全部進行充填。治理后期通過取樣和探溫，發現自燃隱患點得到了有效治理，為下一步進行23下604工作面掘進施工提供了安全施工環境。

3.深部鉆孔和淺孔密集鉆相結合技術

利用深部鉆孔注漿。在23下604軌道巷向上分層停采線施工Ф42mm注漿高位孔6個，終孔點高于上分層底板5m；距外幫1m開始沿停采線方向間距3m施工1高位孔，共施工3孔；沿采空區方向間距3m一孔，施工5孔。運輸巷施工過23上604停采線50m后，向外幫23400采空區，施工Ф42mm壓漿、注膠鉆孔，20m一孔；距離運輸巷道12點位置向外每10m施工1個深部鉆孔。通過上述深部鉆孔進行取樣、探溫、壓漿、注凝膠等防滅火材料治理自然發火隱患。

利用淺孔密集鉆探氣和注水降溫。在23下604兩巷掘進過程中，對高冒區、頂板破碎區，每隔10棚，施工Ф32mm淺孔探氣鉆孔一組，定期進行取樣、測溫、注水，并根據監測情況進行有效分析，加大或減少注水量和取樣密度，做到防滅火工作有的放矢，即治理到位又降低成本。

4.高分子材料充填及堵漏

傳統上的壓漿防滅火技術在防治自燃隱患上具有局限性，其性質決定壓漿在空間上受到很大限制。為最大限度發揮壓漿防滅火作用，柴里煤礦技術人員在黃土漿中添加新型防滅火材料，兩者配合使用，最大限度地充填覆蓋破碎煤炭和充填裂隙，克服了常規壓漿防滅火只能覆蓋底部堆積碎炭引起高溫點，泥漿從高向低流動的缺點。

新型防滅火材料中的高分子阻化泡沫由表面活性劑、高分子保水材料和化學阻化劑組成，具有保水保濕作用，能將覆蓋碎炭濕潤，降低煤體表面溫度，隔絕與氧氣接觸，阻化劑能降低破碎煤炭高溫自燃幾率，氮氣能降低采空區中氧氣濃度，達到消除高溫點的目的。礦技術人員采取該項技術，通過深部高位孔向23604原停采線注凝膠10t，發泡1200m3，向23309通道進行注凝膠20t，發三項泡沫1530m3，徹底消除了自燃隱患，保證了工作面正常生產。

同時，分別在23下604轉運、23下604軌道巷停采線漏風巷道使用高分子化學防滅火材料進行噴堵，在軌道巷、運輸型靠近切眼、23下604切眼對高冒區、冒頂區等漏風通道進行充填，封堵了漏風通道，杜絕了漏風，起到了較好的防滅火效果。

三、結論

自然發火是制約厚煤層開采工藝發展的因素之一，也是煤炭行業多年來努力解決的一個課題。柴里煤礦針23下604北工作面實際特點，通過漏風通道探測、氣體探測、溫度探測等綜合防滅火技術，確定自然發火隱患區域，取得了顯著的治理效果，順利實現了工作面的安全開采，具有顯著的社會效益和推廣價值。

（作者系山東能源棗礦集團柴里煤礦礦長）

（責任編輯：周瓊）