高瓦斯采空區煤自燃防治及抑爆技術體系及應用

摘 要：針對采空區回風巷、支架后方及瓦斯積聚區等煤自燃防治重點區域灌注凝膠泡沫覆蓋隔氧，井下上下隅角采用無機固化泡沫堵漏控風，瓦斯異常區采用高位鉆孔抽放積聚瓦斯，解決了采空區煤自燃與瓦斯復合災害防治的難題。

關鍵詞：煤自燃；瓦斯；抽采；注漿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.074

1 引言

付村煤業有限公司主采煤層為3上煤層，開采煤層為自燃煤層，在以往開采歷史中出現高溫點現象，東二輔助采區為瓦斯涌出異常區域，煤層回采階段絕對瓦斯涌出量最高達到了8m3/min左右，3上煤層采空區內部存有大量高濃度且具有一定壓力的瓦斯。218綜放面東鄰219條帶工作面，隨著綜放面的推進，由于采動影響造成隔離小煤柱應力集中，導致了218與217綜放面之間的隔離小煤柱被壓酥，采空區局部連為一體，產生了漏風裂隙。2016年8月218工作面上隅角查出CO濃度為230ppm。由于218工作面采空區為瓦斯涌出異常區，現場測得回風隅角瓦斯濃度達2.5%，回風巷瓦斯濃度為1～1.5%。為防止采空區煤自然發火而引爆瓦斯，需218綜放采空區進行治理。

2 采空區“注—堵—抽”煤自燃防治及抑爆技術體系

2.1 井下煤自燃火區灌注凝膠泡沫

218工作面東臨219工作面采空區，受采動影響隔離煤柱被壓酥，形成了漏風裂隙。根據采空區光纖監測結果，218支架后方及回風巷存在CO濃度超標的情況。通過以上分析，需要對218工作面采空區氧化自燃帶及工作面支架后方區域灌注凝膠泡沫進行大面積覆蓋隔氧[1]。凝膠泡沫的制備參數主要如下：（1）所用發泡劑、交聯劑和稠化劑使用比例分別為3：4：3；（2） 制備的使用溫度為≥5℃；（3） 靜置狀態，凝膠時間20min；（4）耗漿量為20m3/h；（5） 凝膠泡沫產生量為400m3/h；（6）制氮機氣量不小于600m3/h，出口壓力0.3MPa。

泡沫材料為不燃性材料制成，具有優良的防滅火性能，達到煤礦安全規程要求。通過在218工作面預埋注漿管路（直徑為108mm），將凝膠泡沫從地面灌入采空區。按照注漿管路大流量注凝膠泡沫的工藝流程，付村礦對井下重點易自燃區域灌注了大量的凝膠泡沫。

2.2 井下上下隅角漏風裂隙封堵

218工作面回風隅角充填堵漏[2]，屬于沿著煤柱裂隙壓注封堵，實際上是對采后煤柱壓酥后的裂隙及218采空區回風隅角度處裂隙、空硐進行封堵、充填，減少采空區的漏風量，同時抑制有害氣體從采空區涌入工作面，每次噴注的用量根據煤柱壓酥情況及采后煤幫、頂板垮落情況。噴注固化泡沫：連接好混合器出口高壓軟管與預埋鋼管，開始注漿，注漿工作壓力保持在0.8-1MPa。待固化泡沫流體充滿隅角后停止注漿液，每次注入漿液約為15m3，注漿時間約為2個小時，結束后用清水清洗管路和設備。

2.3 瓦斯異常區高位鉆孔抽放

高位鉆孔可以實現超前預抽[3]，即當采煤工作面的位置距離抽放鉆孔孔口一段距離時，煤層頂板受煤壁支撐的區域已經有了裂隙通道，此區域內能夠抽采出高濃度的瓦斯。采空區瓦斯積聚區主要存在于回風側深部。因此，高位鉆孔需在回風側施工。高位鉆孔在回風巷內向煤層頂板施工的鉆孔，它主要以回采工作面采動壓力形成的頂板裂隙作為通道，能抽放工作面煤壁、上部采空區以及中部拐角涌出的瓦斯，截斷涌入工作面的瓦斯來源。當工作推進到達后期時，即當鉆孔接近或進入冒落帶時，只要工作面所建立的鉆場還能夠保留，還能夠繼續發揮作用，抽放裂隙中的低濃度瓦斯。

2.4 應用效果分析

凝膠泡沫從9月6日早班開始灌注，到9月18日停止，共連續灌注13d，消耗水2500t，發泡劑100kg，稠化劑和交聯劑各75kg。無機固化泡沫從10日早班開始灌注，連續灌注5天。采用凝膠泡沫和無機固化泡沫對218采空區進行煤自燃防治后，218回風隅角氣體的變化情況如圖1所示。從圖1可以看出，采空區CO濃度顯著下降，由未治理前的230ppm逐漸降低，最后穩定在16ppm，說明采空區高溫煤體被凝膠泡沫有效的覆蓋，同時與氧氣隔絕，采空區上下隅角漏風裂隙被封堵，達到了良好的防治煤自燃的作用。

由圖2測量結果可以看出，進行鉆孔抽采瓦斯后，回風隅角瓦斯濃度迅速下降，最終穩定在0.1%，達到了高效抽放采空區積聚瓦斯的目的，防止了煤自燃引發瓦斯爆炸事故的發生。

218工作面于9月30恢復安全回采，218工作面恢復生產后各種氣體指標一直保持正常。

3 結論

（1）針對綜放采空區煤自然發火與瓦斯耦合災害防治困難的現狀，構建了空區“注—堵—抽”煤自燃防治及抑爆技術體系。

（2）付村煤礦應用“注—堵—抽” 煤自燃防治及抑爆技術，通過對煤自燃那重點防治區域灌注凝膠泡沫，井下上下隅角無機固化泡沫堵漏控風，瓦斯異常區高位鉆孔抽放，達到了采空區煤自燃防治及抑爆的目的，確保了218工作面的安全生產。

參考文獻：

[1]田兆君，王德明，徐永亮等.礦用防滅火凝膠泡沫的研究[J].中國礦業大學學報，2010，39（02）：169-172.

[2]張祎，徐超航，王德明.增韌劑改性礦用有機固化泡沫性能的研究[J].煤炭技術，2015，34（01）：255-257.

[3]李霄尖，姚精明，何富連等.高位鉆孔瓦斯抽放技術理論與實踐[J].煤炭科學技術，2007，35（04）：20-22.

作者簡介：周新義（1979-），男，山東滕州人，本科，中級，現任通防科技術主管，研究方向：礦井通風防滅火。