炮采放頂煤工作面自燃火災的防治技術研究

王 捷

（霍州煤電集團團柏煤礦通風科，山西 霍州 031400）

隨著科學技術的發展，防治煤炭自然發火、防治瓦斯災害的方法日益增多，技術水平日益提高。然而就具體煤礦而言，并非每一種方法都能同時達到礦井防火、防瓦斯的目的。霍州煤電集團團柏煤礦10-117炮采放頂煤工作面開采過程中有煤炭自然發火隱患，防滅火難度大，同時瓦斯含量高，涌出量大，必須進行瓦斯災害治理。高分子水溶膠防治技術的應用能達到防瓦斯、防滅火的治理效果。

1 團柏煤礦10-117工作面概況

10-117工作面位于團柏煤礦-770m水平，煤層頂板松軟破碎，隨采隨冒落，自然發火期為3～6個月，煤塵爆炸性指數為37.23%，煤層厚為1.3～4.5m，煤層傾角20°～46°，工作面傾斜長度128m，采用炮采放頂煤回采工藝，回采高度2m，全部垮落法管理頂板，采用錨網、錨索支護技術支護。該工作面屬于高瓦斯地區，正常情況下的瓦斯絕對涌出量為3.4m3/min，爆破后的瓦斯絕對涌出量為6.0m3/min。通風系統為“U”型上行通風，運輸平巷進風，回風平巷回風，工作面配風為680m3/min。由于多種原因，該面從2012年5月6日開始采煤，至2012年8月30日，工作面上隅角里200 mm處CH4達10%以上、CO達60ppm、CO2達6.6%。

2 高分子水溶膠防治技術的機理分析

高分子水溶膠防治采空區煤炭自燃的機理是將高分子水溶膠壓注到漏風區進、回風側的松散破碎煤（巖）體后，高分子水溶膠以其良好的流動性和粘附性滲透到煤和巖石裂隙，充填包裹松散破碎煤（巖）體，與煤及矸石一起形成隔離帶。在工作面進、回風隅角的一定范圍內壓注高分子水溶膠時，將起到以下幾個作用：（1）在工作面進風隅角的一定范圍內，高分子水溶膠與煤及矸石一起形成嚴密的隔離帶，大大減少主風流對采空區的擴散漏風，顯著縮小采空區的自燃帶寬度；（2）工作面進、回風隅角的一定范圍內高分子水溶膠與煤及矸石一起形成嚴密的隔離帶，降低工作面及上隅角的瓦斯濃度；（3）高分子水溶膠滲透到煤和巖石裂隙后，使煤體形成隔氧阻化層，從而起到防瓦斯、防滅火作用。

3 高分子水溶膠防治技術的實踐應用

3.1 高分子水溶膠材料配置

配置高分子水溶膠時，應考慮以下幾個原則：

（1）充分利用高分子材料的特殊性能，如溶液粘度比同等濃度的低分子溶液要高得多，固水性強等，配制時以高分子聚合物為載體。

（2）配制的材料與水是溶脹關系，而非完全溶解關系，有較強的失水再生能力、耐高溫性能。

（3）將高分子聚合物和多種相容的具有阻燃、促焦、成模作用的無機鹽類優化復合，使得高分子水溶膠同時具有高聚物與無機物的優點。

因此，配制防治煤炭自燃的高分子水溶膠材料由主料和輔料組成，主料包括聚乙烯醇添加致密劑、成膜劑、消煙劑、促焦劑等，輔料包括有機溶劑、活性增稠劑及憎水劑等。

3.2 灌注高分子水溶膠防治采空區自燃技術工藝

首先，在10-117回風平巷通過TBW50/15型泥漿泵和注漿管路向工作面回風隅角灌注高分子水溶膠。第1～3d，在10-117回風平巷用Φ12mm鋼管插管子注高分子水溶膠，插管子深度為2.5m，每天注高分子水溶膠材料3kg，并預埋一趟Φ50mm鐵管。待工作面向外推8m后，采用Φ50mm鐵管向采空區注高分子水溶膠，同時仍采用Φ12 mm鋼管插管子向工作面上隅角注高分子水溶膠，達到工作面上隅角堵漏、阻化自然發火的目的。從第4d起，每天注高分子水溶膠材料20kg，一直持續到第37d，注入高分子水溶膠時安排專人進行觀察，待工作面上有高分子水溶膠流入時，停止注高分子水溶膠工作。

其次，為了防止10-117進風隅角向采空區竄入風流，同時在10-117運輸平巷采用Φ12mm鋼管插管灌注高分子水溶膠，10-117運輸平巷采用XRB2B型乳化液泵向10-117進風隅角的碎煤巖灌注高分子水溶膠。灌注高分子水溶膠時，安排專人進行觀察，如高分子水溶膠向工作面運輸平巷流入，則必須向溜子尾上部改插管子，繼續注高分子水溶膠。將運輸平老下幫至工作面雙抗網下端向上3m之間的距離充填高分子水溶膠，每天注入的高分子水溶膠防火劑材料不低于5kg。高分子水溶膠材料與水的配比，嚴格按6kg高分子水溶膠材料配1000kg水。

高分子水溶膠材料在料箱中同水配比是否均勻是該工藝的關鍵，具體操作方案為：邊加水邊加料，在加料劑時，要充分利用交匯接觸面往上翻起的水浪（花）把料劑帶走、混合，以達到均勻混合、致密成膠的目的，即水加滿，料加完。因10-117防塵水壓為1.9MPa，10-117回風平巷水壓達1.3MPa。

4 實踐效果分析

4.1 減漏風效果

采用單元法測定的灌注高分子水溶膠前后工作面有效風量變化見表1和圖1，根據圖表可以看到灌注高分子水溶膠后的工作面有效風量增加了41.6～61.9m3/min，也就是減少了向采空區漏風的數量。

表1 灌注高分子水溶膠前后工作面有效風量變化表

圖l 灌注高分子水溶膠前后工作面有效風量變化曲線

4.2 防治自燃效果

高分子水溶膠材料使用前后CH4、CO2、CO及溫度變化情況見圖2和圖3。高分子水溶膠材料使用后，隨著工作面的推進，上隅角里200mm處的CH4由10%以下降到1.4%，CO2由6.6%降到0.3%，CO由60×10-6降到0，溫度由30℃降到24℃；回風流的CH4由0.8%降到0.54%，CO2由0.2%降到0.1%。說明高分子水溶膠和碎煤、矸石一起形成有效的隔離帶，消除了原先出現的CO氣體，有效地防止了工作面采空區煤炭自燃隱患，減少了采空區的瓦斯涌出。

圖2 上隅角里200mm處CH4、CO2及CO變化曲線

5 結語

通過對霍州煤電集團團柏煤礦10-117高瓦斯炮采放頂煤面實例研究表明，高分子水溶膠可有效地控制炮采放頂煤傾斜工作面煤炭自燃，可有效地抑制采空區有害氣體涌出，解決了現行防滅火技術對炮采放頂煤工作面防滅火效果不好的問題，為控制工作面煤炭自燃、抑制采空區有害氣體涌出開辟了一條新路。

圖3 回風流CH4、CO2變化曲線