滕東煤礦連通采空區自然發火治理技術研究

王繼勝 牛思云 梁開山

（1.山東省滕東生建煤礦，山東 滕州 277522；2.山東省滕州監獄，山東 滕州 277516）

與傳統的大煤柱護巷技術相比，沿空掘巷留設小煤柱具有采出率高、巷道維護量小等優點，沿空掘巷留設小煤柱技術在煤礦生產中得到了廣泛應用[1]。然而，小煤柱在采動及地應力作用下，易發生塑性破壞并形成導風裂隙，形成大面積多連通采空區，容易引發采空區遺煤自燃[2]。為了有效防治連通采空區內遺煤自燃，優化整合采空區防滅火技術，并在滕東煤礦進行了現場應用。

1 工程概況

重慶煤科院2015年對滕東生建煤礦3下煤層的煤樣鑒定結果：自燃傾向性等級為Ⅱ類，自然發火期為63d。礦井現開采工作面為3下111工作面，已經停采的3下109綜放工作面、3下107綜放工作面、3下105綜放工作面、3下103綜放工作面之間留設6m的保護煤柱，現已破碎漏風，形成的連通采空區內流場分布復雜；綜放工作面上下端頭處以及斷層等地質構造附近留有大量遺煤，容易造成遺煤自燃。因此，需要對連通采空區內的漏風特點進行分析，并制定針對性的綜合治理措施消除采空區自燃隱患。

2 連通采空區漏風分析與控制

采空區漏風是指送到井下的新鮮風流未經過工作面或者其他需要排出有毒有害氣體的位置而從煤巖體裂隙、地表裂縫、未密封的通風構筑物縫隙中散失的風量[3]。現場釋放SF6示蹤氣體進行了漏風測定，發現連通采空區內的主要漏風源為3下111工作面沿空巷道以及各采空區密閉，采用噴涂封堵材料以及加固密閉控制漏風。

2.1 沿空巷道噴涂封堵加固技術

沿空巷道受地應力及采動影響，內部裂隙發育、導通，成為連通采空區的主要漏風通道之一，采用噴涂SPA-3泡沫型快速密閉材料以及MAB高分子材料進行封堵。SPA-3泡沫型快速密閉材料通常用來封堵工作面沿空巷道。該材料質量輕，便于井下運輸、保存；操作工序簡單，施工速度快；勞動強度低，封堵成本低；具有塑性，對巷道變形有一定的適應性，封堵效果好。使用時，需將兩種液體按照一定比例配比混合，并在催化劑作用下由噴射槍噴出，在沿空巷道裂隙內膨脹、發泡，形成泡沫狀硬質固化物。

MAB高分子封堵材料主要由幾種高分子材料及多種無機阻燃材料經特殊工藝加工而成。MAB材料配水成型后形成膠體，該膠體強度高，粘性大，保水時間長，對煤壁及裂隙有良好的粘附、填充作用，同時有良好的散熱能力。

2.2 工作面隅角加筑隔離墻

工作面進、回風隅角是工作面向采空區漏風最嚴重的區域[4]，需要掛設防風簾，并加筑SPB高分子材料隔離墻，壓注MBA防滅火材料。隔離墻共施工兩道，間距10m，隔離墻具體布置如圖1所示。

圖1 高分子材料隔離墻示意圖

3 采空區日常監測

采空區內日常監測主要包括密閉處的壓能監測以及采空區內的束管監測。

3.1 密閉處壓能監測

漏風強度的大小可以通過漏風壓差表征出來，同樣限定最大的漏風量以后，即可求得漏風通道兩端允許的最大風壓差。要確保采空區安全，需要將漏風強度控制在0.06m3/(min·m2)以下[5]。按照上述漏風控制數值進行計算，工作面停采線兩端的壓差不能超過69Pa，巷幫煤柱兩端的的壓差不應超過37.5Pa。考慮滕東煤礦現場施工條件以及U型水柱計精度，將密閉兩端臨界值設定為50Pa，沿空順槽可能形成的漏風通道兩端的壓差控制臨界值設定為30Pa。密閉壓能測定測點布置如圖2所示。壓能測定由測風員負責，每天上午12時和凌晨24時進行一次，做好數據記錄。若壓能差超過50Pa，需派瓦斯檢查員在密閉墻內外進行氣體取樣，并及時對密閉進行堵漏風處理。

圖2 壓能測定測點布置圖

3.2 溫度和氣體監測及預警

滕東煤礦安裝有KJ90NB型煤礦安全監控系統，井下共設立監測分站18個，裝有CH4、CO、風速等傳感器102臺，可以實現瓦斯濃度顯示、自動報警、自動斷電等功能；工作面掘進時埋設束管以及溫度傳感器，進行溫度及氣體分析，及時發現高溫火點；采空區密閉檢查時堅持“六測”原則，實現對積水、CH4濃度、O2濃度、CO、H2S、溫度的全方位監測。

建立了氣體監測四級預報體系：當采掘工作面回風流或密閉內外CO增量濃度達10ppm時，說明熱源溫度已達70℃以上，此時發出早期預報，以便做好思想和物資準備；當乙烯濃度達1ppm時，證明熱源溫度將接近臨界值，此時發出中期預報，要求迅速制定滅火措施，控制火情發展；當烷烯比值達到3時，說明熱源溫度已達到臨界溫度，已處于加速氧化期，此時發出后期預報，通知有關部門立即采取果斷措施，撲滅熱源；當烷烯比值等于1時發出緊急預報，在無把握準確找到熱源的情況下，進行火區封閉。

4 高溫火點以及自燃區域處理

煤礦建立了以注漿為主、注惰性氣體為輔的綜合防滅火系統。地面制漿站設在主井西側，配備NG-30/30型制漿機，水池容量64m3，安裝NJ5000型漿池攪拌器、NJ-30攪拌筒2個，配備JB500-LD型上料皮帶2部，制漿能力30m3/h。制氮房裝有AH-LG-600型地面固定式制氮裝置（如圖3所示），每小時連續制氮600m3，同時配有MYQ-600型注液態二氧化碳系統，汽化器汽化能力600m3/h。

4.1 采空區預防性注漿

3下111工作面必須采取預防性灌漿措施，利用地面制漿系統在運輸巷埋設注漿管路，采用隨采隨灌的方式。注漿用地面注漿系統使用黃土，漿水濃度控制在1:4～1:5之間，同時漿水添加防滅火劑MAB，其配比為1m3漿水配MAB 15kg，注漿流量控制在20～25m3/h，日注漿量為100～150m3。

4.2 注惰性氣體防滅火技術

液態二氧化碳用于煤層火災防治的特點：二氧化碳噴出后迅速由液態轉化為氣態，空氣的密度大，可快速沉入底部并擠出氧氣，使氧氣濃度急速下降；液態二氧化碳可完全避免由于注入惰氣時可能帶入氧氣的不利影響。

在工作面進風隅角安設花管開始埋設注氮管路，推采40m后開始注氮，安設花管埋設另1路注氮管路，即注氮管路步距為40m循環開口，使注氮口在老塘距隅角始終保持在40～80m。注氮實行24h連續注氮，注氮流量不低于400m3/h，注氮時氮氣濃度不低于97%。

5 結論

為防止連通采空區遺煤自燃，優化整合了自然發火防治技術，在滕東生建煤礦應用期間連通采空區內未出現高溫火點以及自燃隱患，有效保證了滕東生建煤礦的生產安全。