“封、堵、注”三位一體綜合防滅火技術(shù)應(yīng)用

焦金寶

（中煤新集能源股份有限公司口孜東礦，安徽 淮南 236153）

1 引言

當(dāng)綜采工作面遇到復(fù)雜地質(zhì)條件如過(guò)斷層造成采空區(qū)遺煤、收作時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然發(fā)火周期，均易造成煤層自然發(fā)火事故。受煤的賦存條件、開(kāi)采條件和漏風(fēng)條件等綜合影響，當(dāng)煤層自燃的三要素同時(shí)存在一定時(shí)間后，即出現(xiàn)自燃征兆。通過(guò)口孜東礦121303工作面收作期間防滅火技術(shù)的實(shí)施，探索和研究復(fù)雜地質(zhì)條件下長(zhǎng)時(shí)間收作易造成煤層自然發(fā)火的課題，對(duì)預(yù)防和治理煤層自然發(fā)火隱患十分必要。

2 自然發(fā)火影響因素

（1）煤層具有自燃傾向性，自然發(fā)火期短。工作面回采過(guò)程中留有大量的遺煤，為煤自燃氧化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，遺煤的特性直接影響著煤的氧化升溫狀況。

（2）大型綜采工作面受復(fù)雜地質(zhì)條件影響，推進(jìn)速度慢，收作工期長(zhǎng)。根據(jù)口孜東礦綜采工作面三帶劃分，采空區(qū)自燃氧化帶范圍達(dá)110m，當(dāng)工作面推進(jìn)時(shí)間或收作時(shí)間大于其自然發(fā)火期時(shí)，采空區(qū)遺煤長(zhǎng)時(shí)間在提供氧氣的情況下，將出現(xiàn)逐步氧化的現(xiàn)象。

（3）綜采工作面漏風(fēng)通道多，存在連續(xù)供氧條件。煤層在開(kāi)采過(guò)程中，在采動(dòng)的影響下受壓而破碎，形成大量的漏風(fēng)通道，尤其工作面上下隅角、架間和工作面鋪網(wǎng)刷擴(kuò)時(shí)漏頂區(qū)域均存在連通采空區(qū)的漏風(fēng)通道。

（4）工作面采空區(qū)為煤層氧化提供蓄熱環(huán)境，且千米深井地溫高，達(dá)35～38℃，易造成回采后松散煤層氧化。

3 工作面概況

口孜東礦121303工作面平均長(zhǎng)度1081.5m，平均寬度330.2m，工作面整體布置近南北走向，工作面煤層平均厚度約4.72m，煤層平均傾角9°。工作面為俯采工作面，綜合機(jī)械化采煤法，采取后退式開(kāi)采方法，一次采全高，全部垮落法管理頂板。工作面所在的13-1煤層為容易自燃煤層，自燃傾向性等級(jí)為Ⅰ類，最短發(fā)火期為36d。

121303工作面收作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年，自2017年4月26日停采開(kāi)始鋪網(wǎng)，6月20日鋪網(wǎng)結(jié)束，11月初完成綜采支架拆除工作進(jìn)行永久封閉。工作面收作期間尤其是工作面鋪網(wǎng)刷擴(kuò)期間，受工作面頂板條件限制，鋪網(wǎng)刷擴(kuò)時(shí)間長(zhǎng)，局部漏頂嚴(yán)重，工作面70#～192#支架頂板丟頂煤1～3m。受工作面斷層遺煤和架頂遺煤雙重影響，工作面采空區(qū)及架頂遺煤氧化造成一氧化碳達(dá)855ppm、乙烷達(dá)299ppm，多處出現(xiàn)自然發(fā)火隱患，嚴(yán)重威脅工作面安全回撤。

圖1 工作面自然發(fā)火氣體變化圖

4 “封、堵、注”三位一體綜合防滅火技術(shù)

圖2 工作面防滅火現(xiàn)場(chǎng)噴注效果圖

121303工作面收作期間通過(guò)防火普查發(fā)現(xiàn)煤層出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，礦井及時(shí)加強(qiáng)工作面防火檢查，在工作面架間預(yù)埋觀測(cè)管，進(jìn)入采空區(qū)4m，其中：1#～35#架斷層影響區(qū)域每5架1個(gè)觀測(cè)孔，40#～192#架每10架1個(gè)觀測(cè)孔，工作面刷擴(kuò)通道支架護(hù)幫板前每5～10架預(yù)埋觀測(cè)點(diǎn)1處，每個(gè)圓班全面觀測(cè)1次，數(shù)據(jù)異常點(diǎn)及時(shí)取樣分析氣體變化情況。同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，制定了121303工作面防滅火“一茬一策、一架一案”，針對(duì)性地采取了“封、堵、注”綜合防滅火措施。

圖3 121303工作面防滅火工程示意圖

4.1 封閉漏風(fēng)通道

工作面停采后，封閉與其連通的巷道及通道，減少漏風(fēng)通道，控制漏風(fēng)量[1]。工作面收作期間在工作面上、下隅角、架間、支架端頭等漏風(fēng)通道處噴化學(xué)充填材料，在工作面支架回撤后對(duì)垮落區(qū)域進(jìn)行噴注，化學(xué)材料A、B組分通過(guò)充填材料泵體混合后噴灑到漏風(fēng)通道處，當(dāng)充填材料發(fā)泡后膠結(jié)形成固體擋墻，能夠有效阻止采空區(qū)漏風(fēng)，同時(shí)對(duì)工作面刷擴(kuò)通道漏頂區(qū)域進(jìn)行全斷面噴漿封閉，減少采空區(qū)漏風(fēng)。

4.2 堵住氧氣交換

堵漏防火是煤礦井下防治煤炭自燃的有效手段和根本措施[2]。121303工作面刷擴(kuò)通道及架頂留有大量頂煤，刷擴(kuò)時(shí)頂煤破碎存在大量裂隙，為煤體自然提供氧氣條件，氧氣濃度的變化可以反映采空區(qū)煤自燃的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。刷擴(kuò)期間121303工作面架前頂板破碎區(qū)域注加固材料，對(duì)頂板進(jìn)行加固并堵住裂隙、隔絕氧氣，每架不少于2個(gè)孔。并對(duì)刷擴(kuò)通道頂板進(jìn)行注漿，注漿時(shí)添加玻璃水，成膠時(shí)間控制在5～7min，對(duì)工作面頂板裂隙進(jìn)行隔絕。

4.3 罐注防滅火材料

（1）定點(diǎn)灌漿。121303工作面機(jī)巷停采線前40m處施工防火鉆場(chǎng)1個(gè)，鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)施工防滅火鉆孔15個(gè)，利用121303工作面鉆場(chǎng)防火鉆孔對(duì)斷層帶進(jìn)行灌漿，解決121303工作面斷層區(qū)域遺煤?jiǎn)栴}。

（2）灌注液態(tài)二氧化碳。121303工作面鋪網(wǎng)前在20#架及30#架各埋一根高壓膠管進(jìn)入采空區(qū)，進(jìn)入采空區(qū)10m后灌注液態(tài)二氧化碳，鋪網(wǎng)后分別 在 11#、21#、31#、60#、100#、140#、180#架、 回風(fēng)隅角8處埋設(shè)高壓軟管進(jìn)入采空區(qū)；持續(xù)利用已進(jìn)入工作面進(jìn)風(fēng)隅角內(nèi)的灌漿管路及預(yù)埋注液態(tài)二氧化碳管路對(duì)121303采空區(qū)灌注液態(tài)二氧化碳；121303工作面支架回撤時(shí)由綜采安裝隊(duì)負(fù)責(zé)及時(shí)預(yù)埋注二氧化碳管路，工作面采用51mm高壓軟管，每3～5架預(yù)埋1路，埋入垮落區(qū)深度不低于5m，每天利用該預(yù)埋管路及刷擴(kuò)期間預(yù)埋管路、防滅火鉆孔等對(duì)工作面和已回撤區(qū)域灌注液態(tài)二氧化碳。

（3）連續(xù)注氮。采空區(qū)中空氣含氧量減少，氮?dú)夂吭黾樱纬芍舷⑿詺怏w，達(dá)到阻止煤炭自燃的目的[3]。在121303工作面進(jìn)風(fēng)隅角埋設(shè)注氮管路進(jìn)入采空區(qū)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行連續(xù)注入惰性氣體，擠壓采空區(qū)氧氣含量。

（4）分段隔絕灌注。通過(guò)對(duì)工作面高溫點(diǎn)情況進(jìn)行綜合分析，采用了分段隔絕的方案，沿工作面，對(duì)已刷擴(kuò)的地點(diǎn)由架前向采空區(qū)施工防滅火鉆孔，分別在工作面 40#、60#、80#、93#、100#、120#、136#、140#、144#、180#、188#、192#架 前 等地點(diǎn)施工防滅火鉆孔一組，長(zhǎng)短孔交替，利用這些鉆孔灌漿、注MEA-1等防滅火材料將采空區(qū)分段隔絕，該方案對(duì)有效控制工作面高溫點(diǎn)的蔓延和發(fā)展起到十分重要的作用，解決了刷擴(kuò)通道及架后頂煤氧化問(wèn)題。

（5）優(yōu)化工作面防滅火系統(tǒng)。對(duì)工作面灌漿、注液態(tài)二氧化碳管路進(jìn)行改造，沿工作面布置兩路直徑為108mm的灌漿、注液態(tài)二氧化碳管路，并與工作面預(yù)埋管路連通，根據(jù)工作面情況進(jìn)行灌注，改造工作面切眼防火鉆孔連接方式，使頂板防滅火鉆孔具備注漿、注液態(tài)二氧化碳、注水等多項(xiàng)功效。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用“封、堵、注”三位一體綜合防滅火措施，有效解決了綜采工作收作時(shí)，復(fù)雜地質(zhì)條件長(zhǎng)達(dá)半年收作時(shí)間下煤層自然發(fā)火事故，杜絕了采空區(qū)遺煤氧化及自然發(fā)火事故擴(kuò)大。121303工作面綜合防滅火技術(shù)的成功應(yīng)用，使工作面201臺(tái)綜采支架和采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備安全回撤，對(duì)解決復(fù)雜條件下超長(zhǎng)綜采工作面防滅火問(wèn)題，具有重要的借鑒意義。