綜放工作面瓦斯與自然發火綜合治理技術

孟偉峰 秦 鵬 趙厚春

（山東省天安礦業集團業有限公司，山東 曲阜 273155）

1 概述

星村煤礦3311工作面面長150m，是該礦第一個超長工作面。工作面采用兩條巷道（軌道順槽和運輸順槽）布置，其中軌道順槽作為進風、運料等輔助運輸用，運輸順槽作為回風、煤流運輸。兩順槽均沿煤層底板掘進，通過運煤巷聯絡。煤層厚度平均8.3m，工作面采用單一走向長壁后退式采煤法，綜合機械化放頂煤回采工藝。雙滾筒電牽引采煤機割煤，進刀方式為中部斜切進刀，往返一次進一刀，采高2.6±0.1m，截深0.63m。工作面機采高度定為2.6m，放煤高度平均為5.7m，采放比為1:2.19。該工作面瓦斯含量1.6950～2.0486m3/t。開采的三煤為Ⅱ類自燃煤層，自然發火期短（試驗最短24d），煤塵具有強爆炸性，原始地溫33℃，工作面瓦斯涌出異常，月推進度在50m左右。鄰近的3307里面初采、回采過程中發生自燃隱患，回風流一氧化碳傳感器、回風隅角甲烷傳感器多次超限報警。經分析，3311工作面存在自然發火重大風險，瓦斯存在較大風險。為有效地預防自然發火和瓦斯事故，針對工作面初采、正常回采、末采等特殊階段采取不同的措施確保安全生產。

2 防火防瓦斯綜合技術

2.1 初采防火防瓦斯治理

初采時不放頂煤，始采線處存在大量遺煤，采用切眼噴霧、注氮置換抑制氧氣、兩端頭遺煤防火處理等手段確保防火防瓦斯安全。

（1）切眼噴霧。工作面溜尾在切眼非采側頂板沿工作面方向鋪設一路不小于Φ25mm的鋼管，長度不小于20m，噴頭不少于10個，間距1～2m。工作面溜頭在切眼非采側頂板沿工作面方向鋪設一路不小于Φ25mm的鋼管，長度為10m，噴頭不少于10個，噴頭間距不大于1m。所有噴頭朝向工作面推采方向。回采后將Φ25mm管路與兩順槽水管、注漿管或注膠管連接，噴水或防火劑濕潤采空區始采線遺煤。如圖1所示。

圖1 切眼噴霧布置示意圖

（2）其他手段。初采50m采空區注漿盡量達到飽和狀態；大流量注氮氣抑制氧氣置換瓦斯；兩端頭遺煤防火處理抑制煤炭自燃。

2.2 正常回采期間防火防瓦斯治理

正常回采期間主要是處理兩順槽頂煤及兩端頭遺煤，保證工作面回采速度，提高回采率，減少采空區遺煤。

（1）頂板防火鉆孔。由于沖擊地壓卸壓因素的影響，導致煤體破碎且煤體埋藏深。為有效防止破碎煤體自然發火，利用錨桿鉆機等工具在切眼刷幫頂板施工三排鉆孔，鉆孔位置為距切眼采幫0.5m、2m、3.5m左右的適當位置；割煤機安裝位置施工四排鉆孔，鉆孔位置距切眼采幫0.5m、2m、3.5m、4.5m左右頂板適當位置，靠采幫最近鉆孔角度為60～80°，角度朝向采幫方向，深度5m左右或見到巖石頂；其余位置鉆孔垂直于頂板施工，深度5m左右見到巖石頂板，孔間距1.5m左右，排間距2m左右，根據切眼頂板破碎情況適當增加鉆孔數量，間排可根據現場情況適當調整。

（2）提高煤炭回收率。煤炭回收率不低于89%，做到精采，使用后溜矸石填隙技術，減少采空區遺煤。

2.3 末采及回撤期間防火防瓦斯治理

末采回撤期間工作面停工時間較長，在保證采空區注漿力求達到采空區飽和、注氮控制采空區自然發火風險、置換采空區瓦斯同時，快速組織人員施工支架前、間、后防火鉆孔，實施大流量注膠控制自然發火發展，移動注膠系統對重點區域補注。沿后溜敷設一路注漿管（支架回撤后對三角區注漿充填），同時每班安排人員對三角區木料、遺煤噴灑防火劑，控制了三角區自然發火風險。及時縮風、調整通風系統、保證回撤速度等手段有效地預防了末采回撤期間的防火、防瓦斯安全。

2.4 強化常規防滅火措施

（1）采空區注漿每周不少于2次，注漿量不低于500m3，工作面末采時盡量達到采空區注漿飽和。

（2）出現隱患時，及時敷設多出口注漿管，每班注氮，注氮強度不少于700m3/h，置換采空區瓦斯。

2.5 加強監測監控及人工采樣

（1）瓦斯檢查工巡回檢查工作面瓦斯；采樣工抽取采空區氣樣、工作面采樣分析；安全監控系統設甲烷、一氧化碳、溫度、風速等傳感器實時監測。

（2）兩順采空區束管設置點間距不大于20m，進入采空區超過70m后可終止，每周取樣分析不少于5次；束管采樣口使用花管，沿巷道幫部引至煤壁外，不能采樣時必須及時補點；兩順設置的束管取樣點至少2路引至運煤巷外；束管穿過充填擋墻時，使用鋼管保護。

2.6 效果檢驗

采取以上措施后，該工作面自2017年6月10日回采以來回風流一氧化碳濃度變化曲線如圖2所示。回風流一氧化碳濃度低于自然發火隱患預警值，采空區及頂煤設置束管采樣分析一氧化碳濃度不超過300ppm。

圖2 3311綜放面回風流一氧化碳濃度變化曲線

從圖2可以看出，采取以上綜合防滅火措施后，回風流一氧化碳濃度穩定在10ppm以內，保證了3311工作面的安全生產。

3 結論

（1）針對初采綜放工作面始采線處遺煤，采用切眼噴霧、注氮置換抑制氧氣、兩端頭遺煤防火處理等手段確保防火、防瓦斯安全。

（2）正常回采綜放面通過增加注漿量、適時注氮、保證回采速度、提高回采率、加強檢測與分析等綜合防治措施，保障了綜放工作面的回采安全。

（3）工作面末采期間通過強化常規防滅火措施、加大注漿量保證采空區飽和、減少采空區漏風、加強監測監控等手段有效保證了工作面回撤期間防火防瓦斯安全。