蘇村煤礦綜采工作面 自燃原因分析及防治技術

文/程懇

山西中陽華潤聯盛蘇村煤業有限公司設計產能90 萬噸/年，全礦井劃分 6 個采區，可采 4、5、6、10 號煤層。其中4號、5號煤層位于山西組，6號、10號位于太原組。10313工作面位于三采區北部邊界，開采上下限：1010m~1045m，走向長480m，面長171m，煤層傾角16°，煤厚平均6.1m，綜采放頂煤回采工藝，支架采高2.5m（1.7～3.2m），走向長臂后退式回采方法。該面回采范圍內有落差分別為2.5m、3.5m、3.5m和4.0m四條正斷層。

10313工作面進回風巷高差為12.5m，進風側高于回風側。經鑒定，10號煤層吸氧量0.78cm3/g，自燃傾向性等級為I類容易自燃煤層，自然發火期1~3個月。本文就蘇村煤礦綜采工作面自然發火原因分析及防治技術進行了闡述。

一、10313工作面CO氣體發生過程

10313工作面于2012年2月形成系統，同年10月開始回采。受各種因素影響，截至2013年12月工作面推進92米。在采煤生產中發現10313面回風隅角最后一個支架（114架）后部尾梁處有水蒸氣，經查有CO氣體。隨即采取進、回風巷隅角打擋風墻，進風側掛35米擋風簾，進風量從760m3/min降到350m3/min，打鉆向隅角注阻化劑，向采空區注氮。

114架尾部CO氣體達到250ppm，回風巷CO氣體為27ppm，經全面檢查，CO氣體濃度最高處在114架處，為出風點。當CO氣體升到410ppm，回風巷升為32ppm。經分析認為，工作面推進速度慢是煤層自然發火是主要原因，114架位置處于工作面最低處，底板存有積水，自燃可能性較小。自燃源應在斷層影響段，即60～95架間，該段破底嚴重，達2.2m左右，遺煤量多。

二、10313工作面CO氣體超標原因分析

1.由于煤層本身屬容易自燃煤層，自然發火期短，僅1～3個月。

2.工作面開采條件差，面內有4個2.5～4.0m落差斷層，造成工作面有21m和65m長、破底厚1.2m～2.3m兩處矸石段，加之仰推10°～16°角度回采，工作面多處冒頂，冒頂高度達2～8m，導致回采困難，致使工作面推進度受到嚴重影響。月推進度不足6米，導致采空區浮煤長期受到氧化，給采空區遺煤自燃創造了浮煤、蓄熱、供氧條件，導致遺煤自燃。

3.未注意鄰近煤礦越界開采問題，以致對采空區后部漏風沒能采取預防措施，導致采面后部長期漏風氧化、自燃。

4.煤層出現CO氣體后設備維護檢修不夠重視，防滅火關鍵時刻注氮設備發生損壞，影響了注氮防滅火。

三、10313工作面自燃綜合防治技術

1.支架間打鉆注凝膠

凝膠由水、基料（水玻璃）和促凝劑（一般為碳酸氫銨）按90∶8∶2的比例混合而成。還可以向其中添加0～30%的增強劑（砂土或粉煤灰）。

利用專用的膠體壓注機把各種膠體材料按比例混合、攪拌，輸送到火災隱患區域。使用時，把水、促凝劑、基料從各自的料箱加入，通過固料推送器把促凝劑定量送入混合器，利用配比泵通過自吸管路把基料吸入混合器中。水、促凝劑和基料在混合器中混合后，通過主泵加壓后輸出，經注膠管路、分流器（如需要）、鉆孔注入隱患區域。基料、促凝劑添加量的控制由無級調速器來實現，若需要改變某種材料的配比時，只需調節無級變速器的轉速即可。注膠結束后，停止基料和促凝劑的添加，用清水沖洗設備及管路，以防堵塞設備和管路。

當全部開啟工作面，并排除工作面瓦斯至《規程》規定的范圍內時，人員進入工作面內檢查無發火跡象后，就需要從支架架間向采空區打鉆孔壓注凝膠進行防滅火處理，達到堵漏風和固氮作用，抑制采空區火區復燃。

注凝膠鉆孔布置在支架間，1#~114#每個架間均布置一個鉆孔。鉆孔開口位置距支架底板1.5m，終孔位置距支架頂梁向后5m以上。膠體隔離帶注凝膠鉆孔布置圖見圖1。

2.施工措施巷

在進風巷密閉外10m位置施工平行于進風巷的措施巷80m，從巷道內朝采空區不同方向施工3個鉆孔。措施巷采用錨網支護，尺寸3m×2.4m，作為采空區充填和回采過程中采空區火區狀態監測。

3.地面打鉆注CO2治理

根據以往資料，分析火源位置及發展趨勢，圈定治理區域，設計并施工地面鉆孔，通過鉆孔灌注干冰，監測火區狀態，確定啟封時機。一般情況，采空區氧化升溫帶范圍在距離工作面5~20m以深，70m以淺。

從CO再次升高，注氮機損壞，架頂部有熱源出現，初步判斷因風量調小，采空區自燃危險區域位置前移，熱源發展時間長，自燃區逐漸由回風側向進風側移動。在76架處有大量CO冒出的情況，說明自燃點繼續向進風側移動。采空區自燃危險區域發展范圍預測圖見圖2。

圖2 采空區自燃危險區域發展范圍預測圖

目前，進回風均密閉處理，采空區繼續注氮。采用以區域為重點的大范圍注CO2和注氮治理。

在實際施工中，每個鉆孔注CO2完畢后需及時封閉，并作為監測鉆孔，以便及時了解采空區遺煤自然發火狀態。地表鉆孔注CO2時要和井下注氮配合使用，使火區熄滅，達到啟封條件。如外部有漏風通道易跑氣、供氧，實施效果將受到影響。

4.火區監測

地表鉆孔除作為注膠或者注干冰等使用外，同時可以作為監測鉆孔，利用地面鉆孔測溫裝置監測鉆孔溫度變化，利用鉆孔抽氣裝置抽取氣體，利用氣相色譜儀進行氣體分析。