上行開采工作面采空區自然發火防治技術研究

文/亓偉

上行開采工作面采空區自然發火防治技術研究

文/亓偉

一、工作面概況

孫村煤礦2223工作面位于-1100m水平二采區二層煤第Ⅱ亞階段，東為一采區，未開拓；西鄰2222工作面采空區；南鄰F10-6斷層；北部未開采。 煤層厚度2.6m～5.1m之間，平均煤厚4.0m。工作面范圍東至切眼，西至2223（東）設計停采線，南到回風巷，北至運輸巷，由于受F10-5斷層影響工作面布置不規則，走向長912m～971m，平均走向長為921m，傾斜寬38m～166m，平均傾斜寬為128m，斜面積為131158m2。工作面標高為-792m～-927m。工作面下方的2422工作面煤層已回采完畢，2煤層、4煤層間距15m～20m，平均間距17m。

二、上行開采采空區煤炭自燃防治技術

1.技術體系

建立了以監測預報為基礎，以注膠灌漿堵漏降溫為主、以注氮惰化采空區為輔的綜合立體防控技術體系，最終形成完善的孫村礦防滅火技術體系。

2.上行開采采空區自燃防治技術

（1）似膏體自流充填杜絕采空區自然發火技術

該技術充填骨料主要為破碎的煤矸石、普通硅酸鹽水泥、粉煤灰。上述各料在攪拌桶中加水進行高速攪拌，形成高濃度漿體，呈似膏體狀態，沿充填鉆孔和管道自流輸送至待充填采空區進行充填，有效解決采空區漏風、自然發火等問題。

（2）注氮杜絕采空區自然發火技術

注入氮氣滅火時，可以將氧氣排擠出去，從而使火區中因氧含量不足而將火源熄滅，或者使遺煤不能氧化自燃。向綜放面采空區注入氮氣，并使它滲入到采空區冒落區和裂隙帶，形成氮氣惰化帶，可達到抑制采空區自燃的目的。

(5)K6礦脈帶:屬于隱伏礦脈，礦體外推長度400 m，厚度0.96～1.26 m，鉬品位0.030%～0.034%。礦脈帶受構造蝕變石英脈控制，該礦脈帶目前發現1個礦體和1個礦化體，礦體編號K6-1。

①注氮防滅火方式

注氮防滅火技術的應用應與均壓和其他堵漏風措施相配合使用，如果注入氮氣的采空區或火區漏風嚴重，氮氣會隨漏風流失，就難以起到防滅火的作用。

注氮支管預先由進風順槽埋入采空區，前端接連0.5m左右的堵頭花管，花管斜向上指向采空區，并用木垛加以保護，以免堵塞注氮口。每個氮氣釋放口均與一根注氮支管連接，氮氣釋放口進入采空區窒息帶不需注氮時，應在工作面順槽內將其關閉，并切斷與注氮主管路的聯系。每個注氮支管與主管路之間用三通連接，若要考察每個支管的注氮量，還應安裝流量計。當工作面推過30m（即氮氣釋放口間距），埋入下一個注氮釋放口及支管，以此類推。

②工作面采空區注氮防火系統

孫村煤礦在-1100擴大區軌道下山上四車場以里內安裝使用DM系列膜分離和分子篩制氮機兩套，產氣量600m3/h，氮氣純度98%以上。

輸氮管路選用Φ108mm的鋼管作為輸氮管路，自制氮硐室沿-1100擴大區軌道上山、2423運輸巷敷設至2423工作面切眼處。設三個注氮管控制閥門，1#：制氮車間設總控制閥門；2#：在2423運輸巷開門口；3#：在工作面上出口外50m附近。另外在主管路有分支處設三通加閥門。管路敷設平直，在管路低洼處設放水閥門；管路的三通位置設截止閥；對漏氣的管路及時更換或處理。

工作面埋管注氮和遠距離工作面采空區密閉內預防性注氮相結合。工作面采空區每天三班注氮，每班注氮時間不低于5小時，特殊情況下，延長注氮量和注氮時間或兩臺制氮機連續注氮。根據工作面“三帶”觀測結果和推采情況再調整注氮量。在進風巷老空內埋管注氮，考慮注氮管路合茬，預先在工作面開切眼上口位置埋設二趟4寸鋼管作注漿埋管，每趟管路的末端相隔10m～15m。第一趟管路用鋼編管與輸氮主管連接，第二趟管路用2寸膠管與注氮漿主管連接，當工作面推采10m～20m時,開始注氮。注氮管末端埋入老空至少10m～15m以上時再注入氮氣。

（3）黃泥灌漿降低采空區遺煤溫度防滅火技術

黃泥灌漿是煤礦最主要的防滅火手段之一，其原理是：泥漿中的水分吸收大量熱，起到滅火降溫的作用；黃土覆蓋浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌漿防滅火時，泥漿濃度越大效果越好。

①永久灌漿站。孫村煤礦在-800擴大區大斷面巷道處建1個永久灌漿站，永久黃泥灌漿管路為2423面及2223面服務，灌漿管路由-1100擴大區回風上山敷設,便于檢修維護。灌漿用水使用井下防塵水，安裝粘土制漿機1部,灌漿池1個,輸送泵1臺。

②集中灌漿系統。井下安裝NL20型粘土制漿機1部,灌漿池1個,規格為 2×1.5×1.5,輸送泵3NBB-260型1臺，輸送能力15m3/ h，垂直輸送50m。NL20型粘土制漿機為實用新型泥漿攪拌機械。

根據孫村煤礦的實際，水土比在2∶1～4∶1之間，視注漿的地點而定；采空區灌漿量可按黃土可覆蓋采空區2cm厚度為佳。漿液靠自重向下部采空區流動，灌漿管路應埋入采空區15～20m左右后開始注漿，防止漿液竄面，每日輪流灌注漿體。

工作面采用隨采隨灌的方法，經灌漿管路直接向工作面采空區灌漿。為了不影響工作面的正常生產，灌漿滯后工作面50m，每50m為一個灌漿點，重新安設DN108管路，隨工作面的回采而埋設，不予回收。根據礦井的具體情況和煤層的自燃規律以及特性，灌漿時應注意灌好兩道、兩線，在采空區周圍形成一個密封的黃泥帶，以保證達到灌漿效果。為保證安全，采空區灌漿后必須脫水，脫水由下順槽水溝流出至采區水倉。

（4）井下移動式灌漿注膠防滅火系統

ZMJ-15井下移動式膠體防滅火系統由連續式定量制漿系統、漿液過濾系統、漿液壓注系統、輸漿管網系統和外加劑添加系統構成。

孫村煤礦使用的防滅火膠體主要有以下四種：①凝膠，以硅膠為主體，由基料（水玻璃）、促凝劑（碳酸氫鈉）、增強劑（黃土或粉煤灰等）和水按比例混合而成。②稠化膠體，由稠化懸浮劑（JXF1930）、黃土和水按比例混合而成。③復合膠體，由膠凝劑（FCJ12）、黃土和水按比例混合而成。④高分子膠體，由滅火劑（MCJ12）和水按比例混合而成。

膠體材料具有如下防滅火性能：①固水降溫性：膠體中90%以上是水，易于流動的水被固結起來，充分發揮水的降溫作用；成膠過程是吸熱反應，煤溫上升使膠體中的水汽化，也吸收大量的熱。②滲透和堵漏性：成膠材料是易于流動的液體，滲透到煤層縫隙中后形成膠體，堵住漏風通道。③阻化性：促凝劑和基料本身都是阻化劑，兩者反應生成的材料也是阻化劑，膠體具有通用阻化劑的性能。

三、結語

本項目通過綜合應用理論分析、現場實測等多種研究方法，系統地對上行開采采空自燃防治技術進行研究，并在孫村煤礦成功進行了現場試驗，形成工作面應急防滅火技術體系，為有效采取防滅火措施和應急救災，提供技術保障，取得了顯著的技術經濟效益和社會效益。

（作者單位：山東能源新礦集團孫村煤礦）

（責任編輯：龐永厚）