大屯礦區深部開采綜放面撤除期間防滅火技術實施效果淺議

梁紅立

文章通過對礦區深部易自燃綜放面撤除期間煤炭自燃起因及特點分析，介紹了深部易自燃綜放面撤除期間針對性的防滅火技術安全措施，例如選擇合適的停采位置，綜放面在頂板下撤除、維持全負壓下行通風、減小采空區漏風寬度、建立采空區無煤防火隔離帶、插管壓注羅克休泡沫、埋管注漿等，突出“預防為主”的原則，使用多種監測手段，及時掌握拆除期間工作面、采空區氣體濃度變化情況，采取針對性防治措施，實現了大屯礦區最近5年來未發生煤炭自然發火事故。

大屯礦區進入深部開采，由于地溫高、頂板壓力大，支架上方易出現松動煤體，加之煤層屬于易自燃煤層、采空區遺煤多、漏風量大、煤層自然發火期短，因此極易造成煤炭自然發火。支架拆除期間，通過采取爬頂選擇合適停采位置、維持全負壓下行通風、減小采空區漏風寬度和建立采空區無煤防火隔離帶等針對性的防滅火技術安全措施，大屯礦區實現了最近5年來未發生煤炭自然發火事故。

一、概況

大屯公司共有四對礦井，年核定生產能力為910萬砘，低瓦斯礦區，煤層平均厚度為5米，煤層具有自然發火特征，屬Ⅰ類～Ⅱ類自然發火傾向性煤層，實際自然發火期不足1個月。目前公司已進入深部開采，深部綜放面在停采撤除期間，支架上方及后方采空區的浮煤易松動，存在漏風容易發生煤炭自燃，一旦發生自然發火事故，會擾亂礦井正常生產接續，威脅礦井的安全生產。因此研究綜放面撤架期間的防滅火技術對策，保證綜放面安全封閉，具有十分重要的意義。

二、撤除期間煤炭自燃起因及特點分析

煤炭自燃是具有自燃傾向性的煤在有適宜的供氧量、有蓄熱氧化環境和時間的條件下發生的物理化學的結果。煤炭能否發生自燃主要取決于以下4個條件：①破碎的煤炭堆積厚度在0.4米以上;②周圍具有蓄熱環境;③有連續供氧條件;④以上條件共存時間大于煤的自然發火期。綜放面停采前頂煤不能放出，采空區遺煤多，漏風暢通，在具備充氧化和良好蓄熱的環境下，煤炭自然的可能性大大增加。

（一）支架上方頂煤。工作面停采后，支架和后部溜子上方的煤炭，由于采場壓力作用下，煤體壓酥，呈裂隙狀，并隨著支架的撤除而離層、破碎、冒落。由于支架上方的碎煤有支架的支護，存在固定的漏風通道，如果工作面的撤除速度過慢，此處煤炭自燃的可能性增加，一旦產生CO氣體，將嚴重影響工作面的撤除速度，從而使得煤炭有了更長氧化、聚熱時間，形成惡性循環。

（二）支架后方網上煤炭。網上煤炭是指工作面在距停采線15～20米處因準備撤除支架而鋪網時，頂煤帽落在網上不能放出的煤炭。支架后方由于沒有支護，煤炭自然垮落，形成破碎堆積狀。這種堆積碎煤由于比較厚，加之靠近工作面，不能靠注漿滲透整個浮煤。工作面停采后，該處煤炭所處位置具備持續供氧、熱量聚集和足夠的氧化時間自然發火條件，極易自燃。

（三）支架部分撤除后，采空區的漏風分布發生了變化，增大了漏風范圍。當工作面支架開始撤除后，支架上部的煤炭隨之冒落，縮小或堵塞了原有的通風斷面，局部阻力加大，迫使工作面的進風流向采空區深部擴散，增大了采空區的漏風寬度。因此，在工作面支架撤除過程當中，工作面回風側從停采線至采空區更大范圍遺留煤炭和工作面處于進風側支架上方煤炭更易發生自燃。

三、撤除期間防滅火技術

（一）選擇合適的停采位置，綜放面在頂板下撤除

盡可能選擇兩道頂板無高冒區，無斷層、地質構造帶位置以及綜放面處于仰采、條件較好的地點作為停采線。頂板條件好，撤架較為容易，而且支架上方的煤體較完整，較少或者沒有漏風通道，則支架上方的煤炭不易自燃。工作面處于仰采位置作為停采線，可較多注漿，有利于防滅火。

如果條件許可，綜放面在兩道掘進時，設計在停采線附近沿頂掘進，這樣工作面在頂板收作，避免支架上方煤炭自燃的威脅，有利于撤面期間防滅火工作的重點突破。

（二）維持全負壓通風，并優選下行風

為防止支架撤除后煤與矸石冒嚴冒實，工作面撤架前，施工兩排鐵錨桿和一排錨索。兩排護頂錨桿之間布置一排沿傾斜方向的錨索，一架一根，間距與架寬相同;采用木錨桿支護煤幫。在下出口煤壁拐角處和隔離墻前用半圓木構建三個木垛，隨著支架的撤除，每1000毫米施工一木垛，邊撤除邊施工，沿撤除面煤壁形成一回風通道。頂板支護較好，可減少因回架頂板冒落產生的浮煤，保持了通風道暢通，同時通風阻力也較小，減小了撤除面回風側靠近停采線附近采空區的供風量及其供風深度，有利于防滅火。

采用下行通風系統，在上巷新鮮風流中拆架作業，人員涼爽安全，能提高勞動效率，有利于縮短撤架時間，從而縮短遺煤氧化時間。

（三）減小采空區漏風寬度

1.封堵進回風隅角。工作面采空區的內部漏風主要是由上下兩道壓差造成。上下兩道因支護原因在回采過程中冒落不實，特別是采用錨網、錨索支護形式的巷道，回采后上、下隅角往后頂板冒落滯后，使采空區的漏風深度加大。工作面停采后，立即對上、下隅角采取堵漏風措施。在端頭支架以里，用魚鱗袋裝碎煤和高分子材料混合物緊貼工作面上、下隅角切頂線的位置，各打一道臨時擋風墻;墻體預留觀察孔、放水孔和注膠孔，然后分別在隔離墻內、外壓注和噴涂羅克休泡沫，并分別向支架延伸3～4架。對進、回風隅角進行封堵，均衡了采空區壓差，控制風流從兩道漏進或漏出，改變漏風風流的分布，縮小漏風的寬度，從而減少了采空區漏風，使采空區“三帶”位置前移，對采空區浮煤自燃能起到事半功倍的作用。

2.控制風量。綜放面在回采期間，風量一般在800～1200m3/min，工作面停采后立即進行風量調節，使風量降到300～400m3/min之間，以減少采空區的漏風量和漏風寬度。

（四） 建立采空區無煤防火隔離帶

在工作面進入停采準備前，將頂煤徹底放凈，在采空區內形成一定寬度的無煤防火隔離帶。該隔離帶建立在網上冒落區的后部，其寬度為20～30米，能有效隔離無煤區后部采空區煤炭的自燃，阻止自燃災害向工作面擴散。

（五） 插管壓注羅克休泡沫

在支架上方松散、破碎煤體插管壓注羅克休。在發現隱患點支架上方打眼，插6分鋼管，用樹脂和催化劑以4：1的比例，注羅克休泡沫，注到頂板煤體裂隙出漿為止。對支架頂板破碎區域每班進行檢查，發現異常即設點觀測，測出CO氣體呈上升趨勢，即進行插管灌注羅克休泡沫。

羅克休泡沫反應速度快，常溫下20～30s即可反應完畢，10～15℃時3～5min內膨脹結束，并在20min內硬化，具有良好的機械抗壓性（0.2MPa左右），能承受煤（巖）的壓力，對頂板起到加固作用;泡沫具有高膨脹性，膨脹體積為原體積的25～30倍，能最大限度的充滿到松散煤體的裂隙中，消除松散、破碎煤體的蓄熱環境，同時也減少了通過支架上方向采空區的漏風量，減小自燃氧化帶的寬度，給工作面撤架工作贏得時間。

（六）埋管注漿

1.注漿。工作面停采前，在上巷預埋注漿管2～3趟，管徑4英寸為宜。第一根管出口位置在網上煤炭區;第二根出口在無煤區以里的采空區內。注漿是一種長效而經濟的防滅火措施，漿液能夠滲入浮煤縫隙中，達到包裹碎煤，防止煤炭表面與氧氣接觸，同時吸收煤炭氧化產生的熱量。注漿的主要目的是預防作用，如果采空區煤炭出現自燃征兆，可采取注膠體泥漿。

2.注膠體泥漿。利用靜壓埋管注漿系統，在風井添加5%的水玻璃，在井下工作面，使用TBW型凝膠泵及相應管路，添加2.5%的偏鋁酸鈉促凝劑，對采空區壓注膠體泥漿。凝膠濃度加大到以不堵管為最終濃度，凝膠成膠時間為2分鐘左右。注到采空區的膠體泥漿對遺煤達到吸熱降溫，固化和減少采空區的出水量，同時漿體在采空區能得到有效堆積，從而破壞漏風供氧和蓄熱環境，消滅煤炭自燃。

（七）氣體監測

停采撤架期間，對CO等有害氣體和溫度的檢測，分析判斷其發展趨勢，可以有效指導防滅火工作的開展。一是及時在工作面支架上部頂煤破碎區、支架后部采空區布置測點，監測支架上部頂煤和后方浮煤溫度和氣體的變化情況;每天派人對工作面回風隅角、回風流和設置的測點測量、取樣化驗。測量儀器和人員盡量固定，儀器及時校正，避免出現較大的誤差;二是充分利用安全監控系統的CO、CH4和溫度傳感器對回風流的有毒有害氣體濃度和溫度進行監測，同時對傳感器加強維護與調校，確保監測監控系統靈敏可靠;三是對工作面支架頂部高冒區以及支架后部地點，及時利用紅外線測溫儀監測溫度變化情況。

（八）制定防滅火應急預案

在工作面上、下兩巷永久密閉墻位置提前預備構筑墻體材料，如果撤架過程中發生煤炭自燃發火且無法控制，可立即在上下兩道構筑密閉墻，進行壓注CO2滅火，待火徹底熄滅后，再啟封火區。工作面撤除過程中，建立應急預案及時封閉工作面，將事故損失減少到最低程度。

四、 結語

（一）易自燃綜放面撤架期間極易造成采空區遺煤自燃，研究此期間自然發火原因、特點以及合理有效的防滅火技術意義重大。

（二）防治易自燃綜放面撤除期間自然發火要突出“預防為主”的原則，使用多種監測手段，及時掌握采空區自然發火隱患點的氣體成分變化情況，分析可能出現的后果，能夠正確指導自然發火防治工作，使防治措施做到有的放矢，實現對自燃隱患的可靠控制。

（三）綜放面撤除期間自然發火的防治，必須加強組織管理，保證各部門協調到位、設備運輸路線暢通、防滅火措施充分等，以提高工作面設備撤除速度，盡量縮短撤除時間。

（四）大屯礦區通過采取的針對性防滅火技術安全措施，實現大屯礦區最近5年來未發生煤炭自然發火事故，說明采取的措施是科學的、合理的、有效的，為類似條件下開展礦井防滅火工作提供了重要的借鑒。（作者單位：上海大屯能源股份有限公司姚橋煤礦）