頂板裂隙帶注水孔防滅火在西二708采場的應用

摘 要：文章介紹了我礦西二708采場回采期間，在高瓦斯煤層防治自燃發火防治所采取的各項措施，并對效果進行了比較，其中以在工作面頂板裂隙帶進行消火鉆孔注水、白泥、三項泡沫效果最佳，同時結合采空區埋管注氮、注砂、上鄰近層瓦斯道注漿、工作面合理配風等技術措施防治采空區自燃發火，通過采取以上綜合防治自然發火措施，有效的控制了西二708采空區自然發火隱患，保證了西二708采場正常回采、安全回撤，同時對研究大采高復合煤層頂板綜采工作面防治發火提供了寶貴經驗。

關鍵詞：頂板裂隙帶；注水孔；應用技術

引言

我礦在防治煤層自燃發火方面不斷加大安全投入，積極引進新技術、新工藝，通過多年的實踐，總結出一套行之有效的措施。根據采場不同的地質條件、布置方式等因素采取最佳的措施方案，確保了礦井安全生產。

1 工作面概況

1.1 西二708工作面概況

1.1.1 東側以172火成巖體，S1705工作面為界；西側以FW2-2號斷層為界；南側與W2706工作面相鄰；北側以西二運輸大巷為界。本煤層為復合煤層，賦存穩定，結構復雜，煤質一般，煤層最大厚度8.30m，最小厚度3.30m，平均4.20m，上覆為5煤層和4煤層，層間距分別為18.5m和20.8m，下覆9煤層，層間距23.60m，煤厚3.60m。

1.1.2 工作面設計小切眼、斜切眼，工作面面寬56/187m，工作面回采長度327m，回順里段79米，回順外段246米，可采面積45394.8m2。采用傾斜長壁后退式采煤法，采高4.2米，采用W型通風方式，煤層自燃發火期為1-3個月，煤種牌號為長焰煤。煤質一般，灰分Ad%：39.36，全水Mt%：12.5，全硫St%：0.30，發熱量Qnet，ar（MJ/kg）：15.76，揮發份Vadf%：41.0，煤塵爆炸指數43.66%，絕對瓦斯涌出量：35m3/min。

1.2 工作面生產前防滅火設計

1.2.1 永久注漿充填系統

水池容積為300m3，注漿充填管路由北風井注漿充填站至西二708工作面；日常管理，注漿充填系統必須保證完好，注漿充填管路暢通，兩順各備存30米管路（管徑∮108mm），保證系統能隨時投入使用。

西二708運順充填倍線=2581m/472m=5.47

西二708回順充填倍線=2748m/470m=5.85

當切眼推進20m，沿運順充填管路向原W2706回風道與切眼交叉點高頂處注砂，當切眼推進30m，沿運回順充填管路向開切眼前后三角點埋管及距開切眼30m處前后三角點埋管注砂，以后工作面每推進50m向前后三角點注砂一次，當工作面推過斜切眼與工作面交叉點時，對交叉點高頂處注砂。運回順充填管路末端安設壓力表，當向前后三角點埋管注砂時，充填管路壓力達到0.6Mpa停止注砂，防止充填管路堵塞。

1.2.2 永久注氮站系統

制氮機安設在北風井泵站院內（制氮機2臺、額定流量2000m3/h、管徑：立孔∮219、干管∮159、采場∮108），管路由北風井地面制氮站經∮159注氮管路至西二總排，經∮108管路至西二706回中上山至采場運順前三角點，當工作面推進50m后開始向采空區注氮，此時開始預埋第二趟注氮管路，當工作面推進100m后改由第二趟注氮管路向采空區注氮，以此類推。

1.2.3 永久消防火系統

地面靜壓水池容積為1000m3，工作面運、回順均設置消火水管，每隔50米設一個三通閥門，水管直徑運、回順均為∮50mm。水管末端距工作面不大于30米，并備有足夠接到工作面的∮50mm管路。

2 問題提出

西二708采場于2010年6月23日開采，由于工作面設計小切眼、斜切眼，邊采邊安裝支架，使回采速度減慢造成采空區浮煤自燃氧化帶存在時間長；另外西二708舊巷及西二708運順巷道時間長達5年巷道周邊煤柱及頂板復合煤層氧化時間長；工作面瓦斯涌出量大，平均達到35m3/min，采場運回順、舊巷斷面大采場配風大、抽放量大造層成采空區漏風量多；上鄰近層4層煤層間距18.5米層間距小，前期施工瓦斯道煤層遇火層巖侵入煤層變質程度高；本煤層斜切眼、小切眼存在火層巖侵入煤層變質程度高。2010年7月1日，工作面推進32米出現一氧，取樣化驗分析，回風流一氧化碳濃度8PPm、小面上隅角一氧化碳濃度29PPm，瓦斯道抽放管一氧化碳濃度4PPm，并有上升趨勢。根據采場觀測點氣體分析化驗情況，采取了以下措施：利用北風井三臺制氮機向運順采空區埋管注氮；運回順三角點注砂、注水、注漿，埋管注漿、注水；在回順、舊巷施工透瓦斯道消火鉆孔，經消火鉆孔向頂板瓦斯道注白泥、注水、三項泡沫等措施。

通過采取以上措施，雖然取得了一定的效果，但采空區自然發火隱患并沒有得到有效的控制，2010年7月13日，工作面推進69米，小面對接完畢，期間工作面回風流一氧化碳濃度最高達到11PPm，小面上隅角一氧化碳濃度最高達到312PPm，瓦斯道抽放管一氧化碳濃度達到36PPm，2010年8月12日，工作面推進到122米，回風流一氧化碳濃度穩定在4-6PPm，工作面上隅角一氧化碳濃度穩定在200PPm，瓦斯道抽放管一氧化碳濃度穩定在45PPm。

3 方案的確定

為了加強采場自然發火管理，有效控制采空區自然發火隱患，通過采場各觀測點氣體化驗情況分析，采空區產生一氧化碳原因為煤層頂板復合層夾煤初期氧化，工作面頂板冒落后落入采空區繼續氧化造成，根據采場現有條件決定在回順、舊巷施工頂板裂隙帶注水鉆孔，鉆孔方位40-50度傾角在10-20度的注漿孔，孔底位于采空區裂隙帶上部，利用螺桿式注泥泵及井下消防火管路靜壓灌注方法向鉆孔注水、三項泡沫、氯化鎂、白泥等防火材料。采用此措施可吸熱冷卻復合煤層頂板煤體溫度，包裹煤體、隔絕煤體表面與氧接觸，提高煤阻化性，充填堵塞煤體縫隙，達到防止采空區及舊巷煤幫煤體自燃發火。

4 施工工藝

鉆場距回采工作面60米，鉆孔孔底達到采空區裂隙帶下部。

4.1 技術要求

4.1.1 鉆孔終孔位置要處在采空區裂隙帶下部，終孔點沿工作面投影平均分布。

4.1.2 由于受工作面超前動壓影響，施工鉆孔處煤壁產生裂隙，影響注水效果，因此要求鉆孔封孔長度不小于20米，用水泥砂漿封孔，封孔管直徑25mm。

4.1.3 在西二708采場回順安裝一臺螺桿式注泥泵，通過注泥泵向鉆孔注白泥，水和三項泡沫，比例為1∶5∶0.25。

4.2 施工工藝

4.2.1 采用SGZ-ⅢA型液壓鉆機施工，鉆頭直徑94mm，鉆桿直徑50mm，擴孔鉆頭直徑133mm，鉆桿長2.0m。

4.2.2 濕式鉆孔工藝，水泥漿封孔，封孔長度20米，封孔后凝固24小時開始注漿。

5 結束語

注漿效果：鉆孔開始注漿后，隨工作面推進頂板逐漸出現均勻淋水，每個鉆孔覆蓋工作面頂板長度平均在15-30米，西二708采場在后期回采及回撤過程中，通過采取上述措施，有效控制了采空區自然發火，2010年8月19日工作面推進192米后，采場后三角點CO濃度降低到100ppm，工作面推進到240米以后，回風上隅角CO濃度穩中有降，降低到100ppm以下，保證該工作面安全回采完畢。

作者簡介：姜慶偉（1966-）男，滿族，1987年畢業于撫順煤炭工業學校通風專業。助理工程師，現任鐵法煤業（集團）有限責任公司大隆礦保安區主任工程師。