厚煤層綜放工作面回撤期間防滅火技術研究

范寶同 李 敬 郭玉印

（山東濟礦魯能煤電股份有限公司陽城煤礦，山東 汶上 272502）

由于厚煤層綜放工作面開采強度大、工序復雜、回采速度相對較慢、采空區遺煤多、冒落高度大、漏風嚴重等因素，使得采空區自然發火的危險明顯增加。尤其在工作面末采及回撤期間，預防工作面及采空區自然發火愈加困難，使用單一的防滅火措施難以取得預期效果[1-2]。針對此難題，以陽城煤礦3306 工作面1#切眼回撤為例，研究實施了上下隅角使用瑞爾斯高分子材料封堵、工作面壓注凝膠、采空區注低溫CO2、漏頂區域充填LFM 輕型充填材料的綜合防滅火措施，確保了工作面安全回撤。

1 工作面情況介紹

陽城煤礦3306 工作面位于三采區下山以北，3304 工作面東部（下側），鄰近3304 工作面布設。工作面面長（開采）斜距平均209.8m。正常工作面回采推進長度1076m，煤厚平均為6.5m，煤層底板標高位于-743～ -920m 之間。3306 工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤方法，上行通風方式，開采煤層為Ⅱ類自燃煤層，最短發火期33d，配有完善的防滅火系統。

3306 工作面1#切眼回撤創條件過程中，在110#～135#支架區域內多處出現CO 異常點，最高濃度為176ppm，溫度36.5℃，回風流中CO 最高為22ppm。

2 CO 濃度升高報警原因分析

（1）綜放工作面回采率低、采空區遺煤多、煤體長期處于干燥狀態等。工作面臨近回采結束創條件期間不再進行放煤，采空區大量的浮煤堆積氧化。

（2）工作面創條件期間受斷層影響，31d 只推進了10m，且在推采過程中，工作面部分區域漏頂、片幫嚴重，形成了頂部空洞及漏風通道。

（3）隅角存在漏風通道。因煤柱影響，使得上下隅角冒落不嚴，空隙大，導致采空區漏風量較大。

（4）工作面大型設備多，回撤周期長，煤體長期處于氧化生熱狀態。

（5）回采工作面埋藏較深，受地溫影響采空區溫度較高，遺煤氧化加速，也是導致CO 濃度升高的重要原因。

3 綜合防滅火技術應用

3.1 加強自燃指標氣體監測監控

（1）工作面創條件及回撤支架期間，每5 個支架設置一組監測點，重點異常區域每個支架都設置為監測點。瓦斯檢查員每班對監測點架后遺煤的溫度以及支架架頂、架后等氣體易積聚地點的CO進行檢查。

（2）瓦斯檢查員每天對工作面回風流、回風隅角及工作面異常點進行人工采樣，升井后通過色譜分析儀進行分析，并將同一地點分析的結果繪制成氣體變化曲線，根據氣體變化曲線及時調整防火措施。

（3）利用KJ95N 安全監控系統對回撤工作面的CO、溫度、CH4進行實時監測。

（4）通過束管監測系統對工作面自然發火監測點定時定點進行抽樣分析，密切關注好工作面氣體變化。

3.2 綜合治理措施

針對3306 工作面布置及回采情況，在末采及回撤支架期間主要采取上下隅角使用瑞爾斯高分子材料封堵、工作面壓注凝膠、采空區注低溫CO2、漏頂區域充填LFM 輕型充填材料的綜合防滅火措施。由于工作面為俯采，且工作面煤層平均傾角為25°，為避免工作面底部出現大量潰漿，故不選擇采空區注漿方式。

3.2.1 上、下隅角封堵措施

工作面創條件期間，每隔5m 在上、下隅角砌筑一道擋風密閉墻。工作面停采后，在上、下隅角各砌筑一道擋風密閉墻，并對擋風密閉墻的外側、端頭支架架后、前梁架頂外漏煤體使用瑞爾斯高分子封堵材料進行噴涂封堵，并利用擋風密閉墻上預留的注膠孔對上、下隅角的墻內壓注凝膠，直到注滿為止，減少采空區漏風。

3.2.2 工作面壓注凝膠

工作面停采后，對采空區壓注凝膠，形成架后凝膠隔離墻，封堵采空區漏風。

（1）對工作面上下端頭支架施工注膠孔，壓注凝膠，進一步封堵端頭漏風。如圖1 所示。

圖1 端頭支架注膠孔布置示意圖

（2）利用工作面支架的間隙施工注膠孔，每隔一個支架施工一個架中孔，然后交替施工支架前、架后孔，形成“W”注膠孔布置方式。架中孔孔深6～7m，仰角45°～60°；架前孔孔深8～9m，仰角30°～45°；架后孔深5～6m，仰角大于60°。如圖2 所示。

圖2 工作面注膠孔布置圖

注膠量計算：根據注膠孔設計，注膠防火控制單個支架傾向長度約12m，支架寬度1.5m，控制高度約為5m，則需處理的浮煤體積12m×1.5m×5m=90m3。采空區浮煤孔隙率按40%計算，需注凝膠90m3×40%=36m3。考慮1.5 的富余系數，計算結果單個支架需注膠36m3×1.5=54m3，可覆蓋煤體氧化通道。若發現漏膠嚴重，要及時停止注膠，重新打孔下注膠管補注到設計注膠量。

利用布置的注膠孔，對工作面架頂、架后遺煤進行注膠封堵，形成膠體隔離墻，防止漏風。

3.2.3 深部鉆孔壓注CO2

CO2比空氣的密度大，可快速沉入采空區底部而擠出O2，擴散并充滿其空間，使采空區內O2濃度急速下降。與此同時，大量的高濃度CO2的擴散必然會提高采空區內的氣體靜壓，進而會降低采空區的漏風量，可以使采空區長期處于惰化狀態。

工作面創條件過程中，推采速度慢，采空區漏風嚴重，架后遺煤氧化升溫快，普通的注膠方式不能有效的處理采空區深部遺煤。為及時處理深部遺煤氧化自燃的隱患，在軌順距工作面煤壁往外5m 處，施工鉆探硐室，使用ZLJ537 煤礦用坑道鉆機在高位處向工作面架后施工鉆孔。終孔間距約15m，終孔設計位置位于支架上部巖層5m，深度距離支架后尾梁約20m。如圖3 所示。

使用鉆機依次施工1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#鉆孔，每次施工完鉆孔后，對鉆孔進行壓注低溫CO2，流量調節至200m3/h，每個鉆孔設計總流量為1500m3。每孔壓注完CO2后，為防止CO2外溢，在拔鉆桿過程中，每拔4m，壓注凝膠15m3。使用該技術不僅惰化了采空區環境，而且在拔鉆桿過程中壓注凝膠，該區域得到了降溫封堵。

圖3 鉆孔施工示意圖

表1 鉆孔設計施工參數表

3.2.4 對漏頂區域的處理

向局部漏頂區域施工鉆孔充填LFM 輕型充填材料。LFM 輕型充填材料是一種不燃燒也不助燃的發泡充填加固材料，工藝簡單，耐壓強度大。通過風葫蘆向漏頂區域施工鉆孔，并通過鉆孔經便攜式注漿泵將LFM 輕型材料充填至漏頂區域，不僅起到加固頂板作用，還有效地封堵了漏風通道。

4 應用效果

在3306 工作面1#切眼回撤過程中，采空區共壓注凝膠5100m3，注低溫CO2約115200m3，對漏頂區域充填LFM 輕型材料約380m3。在回撤支架過程中，經過人工檢測及氣相色譜儀分析，工作面回風流中CO 濃度穩定在5ppm 以下，溫度最高為26℃。通過采取以上綜合防滅火技術措施，保證了工作面的安全回撤，杜絕了火災事故的發生。

5 結語

（1）自燃厚煤層綜放工作面回撤創條件期間，由于設備多，創條件推采速度慢，且不再進行放煤，采空區遺煤多。因此，為預防自然發火，應對工作面上下隅角進行注膠封堵，減少采空區漏風[3]。

（2）加強工作面開采末期各項自然發火指標的監測，充分利用監測監控、色譜分析等手段，并及時對指標進行統計總結，分析規律。

（3）采空區遺煤自然發火治理較為復雜，應根據工作面推采地質情況，先對異常區域進行有效的控制。

（4）采取深部鉆孔壓注低溫CO2的防滅火措施，可以迅速惰化采空區壞境，有效杜絕采空區遺煤的氧化自燃。