易自然煤層頂板瓦斯道防火技術應用與實踐

徐世波 張朝川 張紅剛

鐵法煤業（集團）有限責任公司大興煤礦 遼寧調兵山 112700

礦井火災是威脅煤礦安全生產的主要災害之一，由于煤炭自然發火而引發的礦井火災占總發火次數的90%-94%，據統計，我國25個主要產煤省區的130余個大中型礦區均不同程度地受到煤層自然發火的威脅[1-2]。礦井自燃火災產生的大量有毒有害氣體不僅會造成人員傷亡，同時還可能引發瓦斯、煤塵爆炸，使得事故危害進一步擴大[3]。大興煤礦是鐵法煤業（集團）有限責任公司大型骨干礦井，1990年投產，設計生產能力3．0Mt/a。大興煤礦自投產以來，發生過數次自然發火事故，造成工作面被動封閉，嚴重影響礦井安全生產及采掘接替。現階段，大興煤礦進入深部開采，地質構造更加復雜、火成巖侵入災害嚴重，開采環境進一步惡化，傳統防滅火技術手段已不能完全滿足深部開采防滅火需求。鑒于此情況本文提出利用頂板瓦斯道防火技術，最終達到有效抑制采空區遺煤自燃的目的[4-6]。

1 南二905工作面概況

南二905工作面可采走向長1124m，傾斜寬152-190m，開采儲量123．2萬t，工作面四周均為未采動區，工作面上鄰7-2煤層，北部未采動，南部為南五719上采空區，7-2煤層厚度在1．36-4．93m 之間，一般為 2．96m，與 9 煤層間距 33．07-36．73m，一般為34．99m。工作面所采9煤層大部分為長焰煤，南部有少量不粘煤，煤層厚度在4．50-6．80m之間，一般為5．30m。工作面從切眼推進至468m范圍內，平均煤厚為6．40m，推進468m至采止線范圍內，平均煤厚為4．80m。煤的自燃發火期為1-3個月，煤塵爆炸指數為 33．81%。

圖1 南二905工作面平面示意圖

2 工作面自然發火過程

2.1 出現自然發火隱患過程

南二905綜采工作面于5月15日試采，5月16日-18日期間生產部門對切眼頂板采取主動放炮放頂措施。5月20日回風開始出現CO氣體，5月30日回風流CO當日最高值達5．47ppm。

5月31日，南二905綜采工作面運順回采42m、回順回采46m。工作面風量1819m3/min ，最大瓦斯涌出量27．90m3/min，最大瓦斯抽采量14．81m3/min。21：00左右，現場瓦檢員正常檢查工作面架間、上隅角高頂、老塘束管及5月22日布置束管等地點CH4、CO氣體濃度情況。

從58#支架至機尾支架架間均有CO氣體，其中96#-97#架間CO氣體濃度最高為312ppm；上隅角高頂CO氣體濃度為225ppm；老塘束管CO氣體濃度為257ppm；5月22日布置束管CO氣體濃度為387ppm；工作面回風CO氣體濃度為22ppm，并且呈現上漲趨勢；瓦檢員立即向保安區調度匯報現場CO氣體情況，保安區調度向領導匯報。

2.2 煤炭氧化原因分析

工作面切眼前部10#支架附近及中部50#支架處各有一斷層，回采期間斷層處遺留浮煤在漏風供氧作用下氧化生成大量的CO氣體。另外，工作面開采后，采取主動放頂措施，但冒落效果不理想，造成工作面后部漏風嚴重。

3 頂板瓦斯道防火技術

根據煤炭氧化發展規律及現場回采實踐，為降低采空區CO濃度，利用南二905的頂板瓦斯道對南二905采空區進行治理。主要采取利用預埋的管路進行注水、注漿、注液態二氧化碳等綜合防火措施進行治理[7]。

3.1 頂板瓦斯道停止抽采措施

發生隱患后，首先要控制漏風場，除了工作面進行封堵漏風外，在6月23日至6月27日期間，對頂板瓦斯道采取了停抽措施，這樣大大減少采空區的漏風，減小了采空區CO氣體的外泄。

3.2 頂板瓦斯道注水措施

由于南二905自然發火的位置靠近運順一側，因此針對本次出現的實際情況，在南二905頂板瓦斯道利用預設的管路對南二905采空區進行注水。由于采動影響，七煤層與九煤層之間可能產生裂隙。采取對頂板瓦斯道向南二905工作面采空區注水措施，一是降低南二905工作面采空區內浮煤溫度；二是水可以通過層間裂隙導入九煤層采空區，對頂板瓦斯道下部的地方也可以降溫。6月1日至6月27日，南五719采空區共計注水6270m3。

3.3 頂板瓦斯道注液態二氧化碳措施

為降低南二采空區氧氣濃度，控制采空區遺留浮煤氧化，在頂板瓦斯道采取注氮氣措施，6月20日至6月25日，通過頂板瓦斯道預留的管路向采空區注入液態二氧化碳20噸，并根據CO變化趨勢對注液態二氧化碳管路出口進行調整。

3.4 頂板瓦斯道注漿措施

為降低南二采空區氧氣濃度，控制采空區遺留浮煤氧化，在頂板瓦斯道采取注漿措施，6月1日至6月20日，通過頂板瓦斯道預留的管路連續進行注漿，每天注漿8小時，累計注漿3456m3。

4 治理效果考察分析

利用頂板瓦斯道防滅火技術后，工作面回風流CO氣體濃度變化規律如圖2。

圖2 南二905工作面回風流CO氣體濃度變化曲線圖

6月4日工作面回風流CO氣體濃度為平均13ppm；6月22日達到85ppm，由于采空區治理，CO氣體濃度隨后逐漸下降，6月29日達到5ppm，但隨后CO氣體濃度快速增加，7月4日達到128ppm。

6月4日工作面回順三角點高頂CO 氣體濃度為平均370ppm；6月21日達到2172ppm，由于采空區治理，CO氣體濃度隨后逐漸下降，6月28日達到149ppm，但隨后CO氣體濃度快速增加，7月4日達到3051ppm。

6月4日工作面回順老塘高頂束管CO氣體濃度為平均530ppm；6月22日達到2951ppm，由于采空區治理，CO氣體濃度隨后逐漸下降，6月29日達到272ppm，但隨后CO氣體濃度快速增加，7月3日達到3377ppm。

通過上述氣體濃度分析，說明前期采空區治理并沒有從根本上消除遺煤自然發火隱患，并且工作面運順推進133m時，距離工作面25m-60m之間存在2m-5m的巖墻，回采期間巖墻附近遺留浮煤在漏風供氧作用下有可能氧化生成大量的CO氣體。所以在防滅火工作中，采取本層和7煤同時采取防滅火措施，并采用惰性耦合氣體治理方法。

5 結語

針對大興煤礦近距離煤層群開采中面臨的自然發火隱患防止難題，本文以南二905工作面為例，提出頂板瓦斯道防滅火技術，主要結論如下：

（1）南二905工作面在回采期間，采空區遺煤出現自然發火隱患后，運用頂板瓦斯道防滅火技術對南二905采空區進行治理。主要采取利用預埋的管路進行注水、注漿、注液態二氧化碳等綜合防火措施進行治理，經過綜合治理，取得了較好的效果。

（2）由于頂板瓦斯道垮落沒有嚴格的規律，因此利用頂板瓦斯道進行注漿和注氮時，須計算出口最佳位置才能保證各措施的合理性。

（3）當大興礦其它工作面具備頂板瓦斯道，也可借鑒該經驗措施，但需要根據各工作面自然發火標志性氣體來制定各措施參數