大埋深綜放工作面自然發火防治技術與實踐

祝傳軍 王繼勝 牛思云

（山東省滕東生建煤礦，山東 滕州 277510）

長期以來，煤炭自然發火一直是威脅礦井生產安全的主要災害之一，也同礦井生產經驗效益的高低有著密切關聯。自然發火是指有自燃傾向性的煤層被開采破碎后在常溫下與空氣接觸，發生氧化，產生熱量使其溫度升高，出現發火和冒煙的現象。煤層自燃會破壞煤炭資源，影響礦井正常生產，產生有毒有害氣體，污染大氣環境，破壞生態環境，威脅礦井工人的生命安全[1-2]。滕東煤礦自然發火期短，開采深度深，處于二級熱害區，煤層底板溫度局部高達40.4℃，自然發火防治難度大[3-4]。

3下109工作面在設計、開采過程中對防火形勢認識不足，造成工作面封閉，該礦舉全礦之力，在棗礦集團公司大力指導和幫助下，工作面經過防、治、封、治反復治理過程，最終取得滅火的勝利，教訓深刻。

1 礦井及工作面概況

滕東煤礦為低瓦斯礦井，煤層自燃傾向性為Ⅱ類，自然發火期55d。開采深度-800～ -1000m，為魯南第一深井，煤層底板溫度局部高達40.4℃，處于二級熱害區。

該工作面原布置為旋轉開采，后根據防沖規定明確要求嚴禁切眼旋轉開采，重新施工切眼。3下109新切眼在原切眼機尾向南留5m凈煤柱布置，于2013年12月初貫通，2013年12月26日開始組織安裝，2014年2月25日安裝工程結束。2014年3月3日工作面調試生產2m，3月5日因3下109工作面無專項防沖設計，由北科大編制3下109防沖專項設計。根據防沖設計要求，需在軌道巷防沖高危區和煤巖交接區補打錨桿、錨索，4號探巷注漿和3號探巷補打木垛等工作，該工作共計施工25d時間。2014年4月1日工作面開始恢復生產。工作面開采85m后，機尾段需縮面撤除11個支架，縮面撤架期間工作面架后發生煤層自燃。

表1 注漿所需材料表

圖1 壓注系統示意圖

圖2 壓注鉆孔布置示意圖

2 自燃防治綜合技術運用

隨著3下109工作面煤自燃情況的發展，靈活運用各項綜合防火技術，取得預期效果。在工作面開采期間采用穩定通風系統；對軌道巷外側巷道及頂板噴涂高分子材料SPA-4；兩隅角噴灑防滅火劑；注氮；注CO2；每10m在兩巷隅角構筑防火墻；對檢測到的異常點打鉆注水降溫、注羅克休；在軌聯安設局部通風機向回風隅角供風調壓；對機尾頂板嚴重破碎帶注馬麗散、羅克休充填加固等常規防滅火手段[5]。

在進行羅克休充填時，為取得最佳注漿密閉效果，設計2注漿孔，開孔位置在密閉墻上部，巷道中心線左右1m處開孔，孔間距2m，孔徑為Φ42mm，孔深以穿透砌磚墻體即可。每孔結構為1根注射管+封孔器。為取得理論上最佳密閉效果，操作時高壓進行灌注保證泡沫的均勻擴散，充填封閉住漏風區域。注漿結束后及時進行觀測，對未充滿區域補注漿。

在進行馬麗散充填加固時，密閉墻為半圓拱結構，巷道寬4m，巷道最高點3.5m，設計為單排注漿固化孔，開孔位置距離墻體0.5m，每孔呈45°推進，孔深2m（保證每注漿終孔垂直距離墻體外邊緣1.4m，理論狀態下擴散），孔間距1.0m。為有效保證注漿效果，共設計12個注漿孔，以巷道中心線的頂、底板和密閉墻腰線左右幫為基點各一個注漿孔，左右或上下間距1m分設其余注漿孔。因巷道周邊為巖石，預計注漿量不大，平均暫按每孔3組（6桶）量，預計總量2t。每孔結構為1根注射管+1件封孔器+1件花管。采取間隔布孔間隔注漿，間隔注漿即防止注漿孔之間竄漿又可對相鄰孔破碎裂隙進行復注補充。注漿完畢后進行監測是否漏風，對通過注漿檢測到的極其破碎區域再次補孔注漿封閉。如圖3所示。

圖3 鉆孔注漿封閉圖

工作面停產縮面撤架前，對工作面架前頂板及架后全部噴涂SPA-4材料，全面封堵。在回撤支架出現煙霧后，主要采取降低工作面總風流、風機均壓、注CO2、81#～82#架施工鉆機窩、用大鉆打深孔、鉆孔注水、注高分子滅火凝膠等措施。在打鉆注膠短期內無法完成治理工作后，采取主動封閉兩巷端頭強注二氧化碳的積極防滅火措施。

3 自燃防治效果

由于工作面設計考慮不充分，補打新切眼，且切眼長度設計為150m，日推采1.2m，推采速度慢；工作面調試生產2m后，因治理防沖問題，擱置25d沒有生產；縮面撤架撇開機尾全巖近20m，工作面機尾段受斷層影響，仍然有30多米全巖，影響推進速度。同時，由于停產撤架準備不充分，巷道臥底耽誤了8d時間，造成工作面自然發火形勢惡化。但經過各種自燃防治綜合技術運用之后，自燃防治效果較好。用CO濃度表征自燃防治效果，在回風巷道內5m、回風巷道與工作面交界處、工作面回風上隅角、回風側采空區內5m、回風側采空區內10m位置分別布置一個測點，共布置5個測點，各測點處CO濃度變化如圖4所示。

圖4 自燃防治前后各密閉測點CO濃度變化圖

由圖4可知，在自燃防治綜合技術運用之前，CO濃度普遍較高，最高接近150ppm。在實施防治措施之后，各測點CO得到有效遏制，其濃度均在安全范圍內波動，有效遏制了CO的產生。因此，工作面經過防、治、封、治反復治理過程，取得3下109大埋深綜放工作面自然發火治理的勝利。該工作面已安全開采并封閉。

4 結論

（1）火區封閉不宜采用板閉，否則封堵區內壓力無法升高，影響滅火效果，今后火區封閉要掏深槽，建永久閉。

（2）沖擊地壓高溫礦井封閉區內溫度無法降低，啟封時不能完全按照啟封條件啟封，要根據實際靈活運用。

（3）封注CO2啟封時，不宜采用鎖風一側啟封。因CO2有刺激性氣味，啟封時間長，封注CO2啟封前改注氮氣，沖淡封閉區內CO2濃度，能極大縮短啟封時間。且注CO2濃度必須確保使用食品級，否則容易出現誤判。

（4）在工作面設計中特別是高溫礦井，要充分考慮防滅火需要，并勇于舍棄不易開采的局部地段。且高溫礦井不完全符合“三帶”理論，在實際處理防滅火時，必須多措并舉，方能取得較好效果。