薄煤柱構造復雜工作面自然發火防治技術

單長劍 王 奇

（棗莊礦業集團高莊煤業有限公司，山東 濟寧 277605）

1 概況

3上1104工作面走向長度為1408m，傾向長度166m，煤層傾角4～25°，平均12°，煤層厚度3.8～11m，平均5.2m，煤層具有自然發火傾向，最短自然發火期為54d。

3上1104工作面2015年1月22日開始生產，原計劃于12月中旬回采結束，因兩次縮面開采、過3上1102泄水巷，同時受FN1-1、FN1、f88等斷層、沿空側保護煤柱薄等影響，推遲至2016年3月底才回采結束，5月13日完成封閉。

2 自然發火隱患分析

（1）工作面所屬3上煤層具有自然發火傾向性，自然發火期為54d。

（2）工作面運輸巷與原3上1102采空區相鄰，僅留有3m煤柱，最薄處不足1m，且薄煤柱區域長達470m，受動壓影響，煤柱易破碎產生裂隙形成漏風通道。

（3）當工作面推進至原3上1102泄水巷附近時，由于煤柱變薄，工作面逐漸收縮撤架，回采速度放慢，采空區遺煤與空氣接觸的時間變長。

（4）工作面回采過程中，由于地質構造復雜，受斷層、地質構造帶影響，導致回采率降低，采空區遺煤數量增加。

（5）工作面兩巷隅角受斷層、構造帶影響，采空區冒落不實，漏風較大。

（6）工作面運輸巷巷道斷面小，在回采過程中受壓變形，通風斷面縮小，增加了通風阻力，同時因巷道擴刷爆破作業，影響了采空區壓力平衡，采空區漏風較大。

3 主要技術措施

3.1 過薄煤柱期間

3.1.1 合理布置通風系統

為實現均壓，工作面采用上行式通風，且布置兩路回風，一路通過西十一一部回風聯絡巷（與3下510工作面共用），另一路通過西十一二部回風聯絡巷，系統上避免了3下510工作面的進風通過1102采空區從1104面隅角及運輸巷破碎薄煤柱漏風造成的采空區氣體溢出。

3.1.2 控制工作面風量

為減少向采空區的漏風，調整工作面風量不超過800m3/min。測風員加強對工作面風量的測定及周圍密閉的氣體及壓差變化情況的觀測，根據壓差大小調整通風系統，確保系統穩定、可靠。

3.1.3 封堵兩隅角，減少采空區漏風

每兩天對工作面上、下隅角打板閉封堵，由噴漿隊進行掛網噴漿，噴漿范圍為煤壁至工作面液壓支架邊緣，噴漿厚度不小于150mm。

3.1.4 對3上1104工作面運輸巷沿空側噴漿堵漏

噴漿范圍為沿空側及肩窩外1m，噴漿厚度不小于150mm。聯合地測科繪制《3上1104運輸巷與3上1102采空區煤柱厚度探測圖》，對應采掘工程平面圖，找出薄煤柱區、水倉區及超掘貫通區，根據煤柱厚度找出治理重點區域，重點進行噴漿堵漏。

3.2 過斷層、泄水巷、縮面等生產緩慢期間

3上1104工作面地質構造較發育，共揭露斷層28條，其中落差大于2.0m有10條，FN1-1、FN1、f72、材 4、運 5、f88、材 9、F106、材9、補材1、面1斷層落差分別為13.0m、6.5m、0～8.0m、5.0m、3.0m、3.0m、3.5m、11.6m、3.5m、3.0m，其余均在2.0m以下。斷層附近煤巖層破碎，易冒落，層理發育，原生裂隙，易片幫，同時面內可能存在隱伏斷層及斷點，對回采影響較大。同時，工作面過3上1102泄水巷，并兩次縮面撤架，回采速度放慢，采空區遺煤增加，增大采空區火災隱患。

3.2.1 工作面注漿及架后注漿

工作面運輸巷用2寸塑料膠管或將風管改成注漿管路，出漿口加設2寸鐵質花管，并高于地板0.5m處，回采期間加強采空區注漿，嚴格控制灰漿比例，每天注漿量以漿液剛流入工作面為準。

對工作面斷層帶上方區域架后插管注漿，局部區段進行架間循環插管注漿，插管管徑20mm，插管深度為10m，為提高插管注漿的效果，使所注漿液能完全覆蓋住采空區遺煤，插管角度不低于20°，確保插管末端到達架后浮煤上方。每3根插管為1組，注完后將注漿管拔出5m繼續進行注漿，每組注漿時間不少于30min（重點插管注漿區域根據現場情況隨時調整）。

3.2.2 氣體監測

（1）在工作面回風隅角處懸掛甲烷傳感器、一氧化碳傳感器。中心室值班人員實時觀測氣體變化情況，發現氣體波動較大或其他異常情況時及時向通防科調度室匯報。

（2）瓦斯檢查員攜帶光瓦、四合儀、紅外測溫儀，每班對3上1104工作面上、下隅角、回風流及運輸巷1、2、3號鉆孔內氣體，檢查瓦斯、一氧化碳、氧氣、二氧化碳及溫度，并觀察沿途通風設施完好情況，斷層帶區域的放煤情況，每班不少于兩次，并及時匯報。

（3）在3上1104運輸巷沿空側布設鉆孔，每班安排安全監測工對鉆孔內氣體進行取樣分析，并對3上1104回風隅角及回風隅角處束管內氣體采樣分析，觀察老空區氣體變化。

3.3 收尾期間

工作面推采臨近停采線，推采速度放緩，而且放煤不徹底，后部采空區冒落不實，采空區遺煤多、漏風大，停采回撤期間，處在20～60m自燃帶遺煤將長時間與空氣接觸，存在自燃威脅。

3.3.1 加強放頂煤管理

后部放煤必須放干凈，做到“見矸關門”。臨近停采線60m內，由采煤一區制定專項措施，保障必須采細放凈，杜絕留頂煤；放煤建立“三級驗收”機制，即采煤一區驗收員逐架驗收，安監員每班驗收，地測科、綜采辦、通防科每天排專人檢查驗收。工作面放煤時，安監員加強監督，確保頂煤放干放凈，同時將兩隅角支護的錨網及錨網梯（頂板處）拆除干凈，兩隅角未經通防同意，嚴禁支設木垛，確保及時垮落，否則采取措施強制放頂。

3.3.2 加快工作面推采速度

加快采煤速度，每天最低4刀3.2m，確保工作面后部采空區在最短時間內進入窒息帶，達到防火的目的。

3.3.3 加快造撤面條件

提前考慮以最快的速度、最短的時間造撤面條件，給回撤支架留出更多的時間。排定計劃，明確上大板、上網、施工穩車硐室、鋪軌道、回撤運輸巷皮帶、破碎機、三機配套等時間進度表，提前做好準備工作。回撤前由生產科提前施工穩車硐室、拆解硐室等巷道擴刷工程，經通防科同意簽字后方可施工。施工地點嚴禁爆破作業，沿空側噴漿堵漏，噴漿厚度不小于150mm，防止3上1102采空區氣體溢出。

3.3.4 停采后架間注漿

在工作面上隅角及液壓支架架間每間隔3～5個支架，架間施工鉆孔至架后5m位置處，并預留注漿用大孔徑空心鉆桿，以便防火注漿和氣體觀察。

3.4 回撤期間

3.4.1 封堵隅角，減少漏風

回撤時，先撤除后溜，然后對回撤工作面上下隅角、液壓支架架間、架后進行封堵，封堵材料選用SPA-4礦用噴涂充填材料，確保封堵質量，做到嚴密不漏風。在工作面上隅角施工鉆孔至架后5m位置處，預留注漿用大孔徑空心鉆桿，進行防火注漿和氣體觀察。停采后，立即對工作面上下隅角及工作面上部60個支架架間、下部10個支架架間進行噴漿封堵，確保封堵嚴密不漏風。

3.4.2 均壓并穩定通風系統

材料巷封閉后，立即將運輸巷改為正壓側，同時加強對3上1104回撤面所有通風設施的檢查維護，確保每道設施的完好。儲備足夠數量的封閉防火門的阻燃防火門板，能迅速有效控制全部回風流。測風員每3d對工作面進行測風，并及時觀察周圍密閉的氣體及壓差情況，做好記錄，發現異常及時匯報。

3.4.3 加強局部通風管理

回撤期間，加強局部通風管理，確保局部通風機“雙風機、雙電源、自動切換、自動分風”，并指定專人負責風機的運轉和切換試驗，填寫好切換記錄。風筒工每天巡查維護風筒，及時對破口進行縫補，減少風筒漏風，確保風量供應滿足要求。加強對風筒的保護，避免回撤支架期間刮破風筒。

3.4.4 加強注漿、灑漿

撤架期間，增加注漿量和漿液濃度，水與高分子防滅火材料按1:0.01配比，每天注漿量不小于200m3。每班安排專人對冒落端頭和架后進行灑漿，每天灑漿不低于3袋。要邊回撤邊灑漿，漿料要均勻灑至冒落的破碎煤體上面，然后用水噴灑，充分覆蓋松散的破碎煤體。因支護撤除，存在較大安全隱患，人員灑漿時要在臨近完好支架下向回撤處拋灑防火材料，不得冒險作業。

3.4.5 安全監測

（1）瓦檢員每班對回風隅角、回風隅角束管內、架間、回風流、3上1102運輸巷密閉地點重點檢查，每班匯報不低于2次。

（2）在撤架端頭增設甲烷和一氧化碳傳感器。材料巷停采線處安設甲烷傳感器。實時對工作面撤架端頭、運巷隅角、運巷T2處的氣體、風量、溫度進行監控。

（3）每2d進行一次人工取樣，采樣地點包括架間預留鉆孔、隅角內預埋束管、隅角、回風流、3上1102運輸巷密閉，利用KSS-2100氣相色譜儀進行氣體分析，科調度室及時填寫記錄，繪制一氧化碳氣體變化曲線。

4 治理效果分析

圖1 CO濃度變化曲線

通過上圖可以看出，CO濃度在2016年2月份開始出現異常，3月上旬達到峰值150ppm，采取措施后，CO濃度開始下降，至3月中旬降低至60ppm，5月13日完成了對運輸巷的封閉后一直維持在40～60ppm之間。可見，通過采取相關措施，有效地抑制了采空區遺煤的氧化自燃，消除了采空區的自然發火隱患。

5 結論

3上1104綜放工作面自2015年1月21日開始生產，至2016年5月13日完成封閉，期間經歷了兩次合茬接續、過老硐、過斷層等，CO氣體濃度升高，防滅火工作形勢嚴峻。經過采取合理布置通風系統、沿空側噴漿堵漏、上下隅角定期噴堵、及時封閉尾巷、沿空側打鉆注漿、架后采空區埋管灌漿、通風系統調節均壓、回撤前架間架后噴涂封堵材料等綜合防火措施，有效地消除了采空區的自然發火隱患，實現了3上1104工作面生產、回撤期間的安全。