厚煤層工作面停采期間自然發火的防治技術

摘 要：具有自燃傾向性的厚煤層，其工作面在停采過程中極易出現煤層自然發火隱患。針對出現煤層自然發火隱患的問題，提出并實施采空區灌漿、注氮，工作面支架后冒落裂隙注MEA新型凝膠，局部高冒處注羅克休高分子材料的綜合防滅火技術，消除了厚煤層工作面停采期間的自然發火隱患，確保了易燃煤層采煤工作面的安全生產。

關鍵詞：易燃煤層；采煤工作面；自然發火隱患；綜合防滅火技術

1、工作面概況

安徽淮南礦業集團潘一礦是一座設計年產量為300萬噸的大型現代化礦井，該礦煤層自然發火期均為3～6月，為一級自然發火礦井。

2631（3）走向長壁采煤工作面位于礦井西三采區，工作面標高-569.7～-599.5m，工作面走向長度827m，傾斜長度189m，煤層產狀較平緩，煤層傾角8°～11°，地質構造較簡單。工作面沿走向由西向東煤層原始瓦斯含量逐漸增大，為6.9～10.3m3/t，回采期間相對瓦斯涌出量為26～32.8m3/min，工作面采用高抽巷和本煤層順層鉆孔抽采，抽采量20～27.5m3/min。煤塵具有危險性，爆炸指數37.7-46.3%。該面上風巷與2621（3）采空區之間留有3m煤柱，通風方式為“U”型上行負壓通風，工作面正常回采期間風量1430m3/min，停采期間控制在風量800m3/min。工作面布置如（圖一）所示。

該面停采期間在采空區測出CO氣體，其中96架測點CO濃度達到了130ppm，上隅角和60架測點濃度達到40ppm，但整個工作面及回風流沒有煙霧和CO氣體。上述征兆表明工作面采空區已存在自然發火隱患。

2、自然發火隱患點位置判定及原因分析

準確判定自然發火隱患點位置，是有效，快速消除的關鍵。自然發火隱患出現后，根據CO氣體涌出特征、采空區漏風特征及近段工作面生產狀況等對隱患點位置進行綜合分析、判定。

根據該工作面60架出現CO氣體，且96架CO氣體濃度明顯高于其兩側，結合采空區漏風軌跡、CO氣體擴散運動規律、工作面96架地質構造情況，初步判定為工作面下半部局部架后采空區遺煤出現自燃隱患。

造成自然發火隱患的原因除煤層自身具有極易自燃的特性外，主要是因為工作面回采時，架后頂煤塌落，疏松程度增大，觸氧面和吸氧條件由弱變強，氧化速率加快后釋放的熱量積聚。工作面正常推進時，采空區遺煤未來得及充分氧化就被埋入窒息帶中，一旦工作面停采，正常蓄熱環境遭到破壞，碎煤氧化速率加快后釋放的熱量將越積越多，最終產生自然發火隱患點。另外，由于工作面停采時，現場上下風巷作業影響既定預防措施的正常實施，也是導致隱患產生的原因之一。

3、治理措施

1）采空區注氮惰化。根據采空區采空區漏風軌跡，利用下隅角預埋的兩路Φ100mm鐵管向采空區連續進行注氮，稀釋采空區漏風中的氧氣，削弱氧化能力。

2）采空區灌黃土泥漿。從上風巷預埋的兩路灌漿管路向采空區灌注從地面灌漿站輸送的黃土泥漿（泥漿水土比保持在6：1左右），利用泥漿的流動性和粘滯性充填采空區空隙，包裹采空區遺煤，破壞采空區供氧環境。為防止影響工作面拆架安裝，采空區灌黃土泥漿期間，安排人員在對工作面出漿情況進行巡查，發現工作面下部出水量大、出漿時，立即停灌，待下部出水量減小后，再次進行灌漿。

3）利用MEA封堵工作面架后裂隙。工作面架后裂隙是采空區主漏風通道之一。對全工作面架后裂隙封堵，可有效減小采空區漏風量，遏制隱患蔓延發展，為快速消除隱患點提供條件。MEA凝膠較傳統凝膠具有附著性強、用量小、運輸方便、不產生氨氣、不脫水、形成的焦化層性能優良、保持時間長等優點。封堵時，按照“空間分層、全面充填”的方式，從后部鏈板機位置向采空區布置鉆孔，每個架檔2個，每個3～5m，呈上、下布置，鉆孔下管均采用Φ40mm的鋼管。封好孔后，注MEA凝膠對裂隙進行封堵，切斷漏風供氧通道。注MEA凝膠時，以附近裂隙出膠為準。

4）使用羅克休充填封堵工作面高冒空間。羅克休高分子材料具有高倍膨脹，快速固化的特點。頂部冒頂空間用羅克休高分子材料進行充填，確保充實填滿，減少頂部漏風量。

5）調整抽采系統，控制抽采量。該面采用高抽巷和本煤層順層鉆孔抽采瓦斯，發現自然發火隱患后，高抽巷嚴格控制抽采量，以減少采空區漏風。抽采系統調整時，為防止工作面及回風流瓦斯超限，采取逐步控制措施，保證工作面及回流瓦斯小于0.6%。

6）穩定工作面通風系統。保持穩定的通風系統是準確分析、掌握各項防火工程的有效性、火患發展變化勢態和均壓穩定程度的基礎。因此，整個滅火期間，安排專人看管相關風門。

4、結束語

消除采空區自然發火隱患時，應做到以下幾點：

1）要有專職人員及時檢查采空區上隅角、工作面架檔、高冒點的一氧化碳、瓦斯、二氧化碳、溫度等有害氣體的檢查，做好預測預報工作。

2）應先根據CO氣體涌出的外部征兆，結合工作面的情況和收集、統計的自燃隱患資料，判定出火點位置后，有的放矢。

3）消除采空區自然發火隱患要盡量使用綜合性措施，上風巷灌漿，下風巷注氮，工作面注MEA，高冒處注羅克休，同時要合理調整通風和抽采系統，更有效地防治采空區發火。

4）實施各項措施時，要分清其作用程度、針對性等，有條不紊的嚴格落實，充分發揮綜合治理效果，是能夠有效、快速滅火的。

5）明確整體工作思路，加強各方面的管理監督，尤其是現場組織配合十分重要。

6）處理自然發火隱患時，要留好安全出口，認真制定好應急預案。

參 考 文 獻

[1] 王省身，張國樞.礦井火災防治.北京：中國礦業大學出版社，1990.

[2] 鄧軍等. 國內外煤炭自然發火預測預報技術綜述， 西安礦業學院學報， 1999，12

作者簡介：李燕青（1978-4-10），男，漢族，山西壽陽人，工程師，1999年畢業于安徽理工大學，現在淮南礦業集團潘一礦從事一通三防工作。