辛置煤礦10#煤綜采工作面防滅火技術研究與應用

孫海峰

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

霍州煤電集團辛置煤礦是一座老礦，井下巷道錯綜復雜，增加了采空區漏風的危險。開采煤層10#煤主要為高硫煤，經鑒定該煤層具有自燃傾向性，屬于Ⅱ類自燃煤層。礦井和煤層賦存地質條件的特殊性增加了自燃危險性。應用粉煤灰膠體和高分子膠體聯合注膠的方式有效降低了工作面各位置處的風流溫度、煤層溫度以及CO、CH4濃度，從而降低了工作面煤層自然發火的可能。

1 工程概況

1.1 工作面特征

霍州煤電集團辛置煤礦10-428B綜采工作面位于礦井井田東四左翼采區北側540水平，地面標高+763～ +828m，工作面標高+403～ +431m，黃土覆蓋平均厚度247m，基巖平均厚度85m。工作面走向長度774m，傾向長度240m，南面為東四左翼軌道巷、皮帶巷，西面為10-428A工作面。工作面布置情況如下圖1所示。

10-428B工作面采用單一煤層一次采全高走向長壁后退式綜合機械化采煤法，采高1.43～2.67m，平均2.6m，采用全部垮落法處理采空區頂板。據以往經驗與相鄰工作面回采分析10-428B工作面回采過程中煤體具有以下自然發火的特點：（1）采空區未被壓實導致工作面漏風嚴重；（2）煤體本身破碎導致漏風通道較多；（3）高溫點位置高，一旦發生自燃不易徹底撲滅。

1.2 煤層特征

10-428B工作面回采10#煤層，該煤層平均厚度2.6m，煤層傾角2°～9°，平均4°，煤層屬性為半亮型高硫肥煤，結構復雜，含2～3層夾矸。煤層頂底板巖性特征見下表1。根據煤層吸氧量測定法，對10#煤層自燃傾向性鑒定結果為：揮發份Vdaf=26.46%，吸氧量Vd=0.59cm3/g，煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類自燃。

圖1 10-428B工作面布置示意圖

表1 煤層頂底板巖性特征

為此，需采取合理有效的方法對10-428B工作面煤層自燃火災隱患進行防治。

2 現場實測

2.1 漏風通道檢測

在10-428B工作面開切眼未貫通之前，采用SF6示蹤氣體進行檢測煤體漏風通道情況。如下圖2，在10-428B工作面中間巷布置煤體漏風通道檢測測點，總共布置13個SF6氣體跟蹤測點，測點與測點間距60m，每個測點每次釋放氣體量250ml，每30min進行一次檢測，同時在工作面兩回采巷道進行來回檢測。

以工作面停采線為零點，中間巷以上為正，以下為負，測試結果表明：+0～23m、+278～291m、+409～424m 、-83～94m、-141～251m、-172～180m、-213～245m、-346～427m幾處范圍內煤體漏風量較大，漏風通道較多，其他地方漏風不明顯。

圖2 10-428B漏風通道檢測圖

2.2 日常監測

為了及時準確地了解10-428B工作面煤層自燃情況，下面將根據工作面實際情況，開展系列監測工作。

2.2.1 人工監測

人工監測是在工作面進風巷、回風巷及中間巷兩端和上隅角進行溫度及氣體成分的主要監測，每班監測一次，測站布置如下圖3。

圖3 人工監測測點布置示意圖

（1）在工作面3條巷道中線頂板上部2m位置每隔40m布置一個監測點；

（2）在上順槽下幫、下順槽上幫頂板每隔40m布置一個監測點，孔深3m；

（3）在停采線附近的3條巷道兩側布置監測點，監測人員對漏風嚴重區域應加強監測，采樣異常時送至色譜儀分析。

2.2.2 束管監測

束管監測作業是把工作面所涉及的各回采巷道及本工作面上隅角中的氣體分別由取樣抽取至井上地面實驗室，通過色譜儀進行分析的過程。其布置方式如下圖4。

（1）在工作面上順槽下幫、中間巷下幫、下順槽上幫分別設置1～3#監測點，測點鉆孔孔深3 m，打孔位置在幫部正中，打孔角度斜向上60°，測點位置在幫煤內1m左右位置，用于監測工作面前方煤體自燃條件；

（2）在距工作面100m處上順槽頂板位置和距工作面50m處的下順槽頂板位置分別設立4#、5#監測點，測點鉆孔孔深3m，打孔位置在頂板正中處，垂直打孔，測點位置在頂板內1～2m位置，用于監測工作面頂板煤層自燃條件；

（3）在本回采工作面上隅角位置設立6#監測點，監測工作面采空區自燃條件。

圖4 束管監測測點布置示意圖

3 防滅火技術

結合以上現場實測結果，在10-428B工作面巷道漏風嚴重處及高溫區域進行綜合防治措施運用。

3.1 均壓控制技術

均壓控制技術指減少巷道兩側的風壓差，從而減少漏風，達到預防和消滅火災的措施。根據10-428B工作面實際情況，在中間巷入口處設立調節風門，將巷道與巷道間的風壓調整至均勻一致狀態，這樣能夠降低風流流向工作面煤體的概率。

3.2 膠體填充技術

根據10-428B工作面實際情況，結合上文日常監測結果，在漏風量較大或漏風通道明顯的位置利用粉煤灰高水組合凝膠材料進煤體填充注膠，在工作面溫度較高的地方則利用高分子高水組合凝膠材料進行煤體充填注膠。高水膠體將通過煤體裂隙進入深部，水分以較快速度汽化，能夠迅速降低煤體表面溫度，且其殘余固體能夠形成隔離層，限制煤與氧氣接觸后發生氧化自燃。防滅火注膠系統如圖5、圖6所示。

圖5 粉煤灰高水凝膠材料應用系統

上圖中，粉煤灰漿液灰與水的比例為1:2.5，并在漿液中添加0.1%的凝膠劑形成粉煤灰復合膠體，通過鉆孔壓入發火地點。

由圖6知，按水與高分子膠體0.01:1～0.015:1混合制成復合高分子膠體，通過礦用注漿機壓入注漿地點，壓入速度為5m3/h。

圖6 高分子膠體應用系統

3.3 鉆孔布置及注膠量

巷道兩幫注膠孔在頂板上部1～2m處布置注膠孔，孔深5～6m，孔間距2m；巷道頂板注膠孔在頂板上部1～2m，孔深3～4m，孔間距1～2m；聯絡巷道注膠孔終孔位置在停采線煤層頂板上部大概3m處，孔深10m，孔間距10m。鉆孔數量及累積注膠量如下表2。

表1 鉆孔數量及注膠量統計表

4 防滅火效果分析

在10-428B工作面應用以上綜合防滅火技術后，對工作面運用人工監測和束管監測得知，進風巷、回風巷、中間巷風流溫度分別為12.22～13.80℃、23.01～23.70℃、15.72～17.40℃，且回風順槽中的CH4濃度由0.11%下降至0.03%，降低了72.7%；上隅角CO與CH4濃度也都控制在了較小的合理范圍之內，未超標。

圖7所示為距停采線50m處的各位置煤層溫度監測結果，由圖可見，在注膠一周時間左右，各監測位置煤層溫度均有明顯下降，之后未有起伏，且仍有溫度下降趨勢，總體來看，可持續穩定地保持較低溫度，有效預防了高溫區域及漏風嚴重區域煤層自燃的情況。

圖7 煤層溫度監測結果

5 結論

（1）實測結果表明：下順槽與中間巷距停采線 80～90m、140～250m、170～180m、220～250m、340～420m處，上順槽與中間巷之間距停采線0～20m、280～290m、410～420m處煤體漏風比較嚴重；

（2）結合工作面實測結果，確定在10-428B工作面采用一次成孔、綜合注膠防滅火技術預防治理煤層自燃；

（3）經現場試驗應用注膠防滅火技術后，工作面各巷風流溫度及CO、CH4濃度均控制在合理范圍之內，且高溫區域煤層溫度降低明顯。