改進工作面收尾期間拆架工藝預防采空區發火

閆秀軍

（山西焦煤集團有限責任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

自然發火是制約煤礦安全生產的重要因素，因此預防并提高此類煤層防滅火技術顯得尤為重要[1-5]。山西焦煤集團官地礦8#煤層28417 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭冒落、破碎后遺留在采空區內，且煤柱側以及進風側存有漏風現象，若工作面的拆除時間超過30 d，此處煤炭極易發生自燃。通過改變原有工作面拆架工藝技術，有效消除工作面收尾拆架封閉期間的自然發火隱患。

1 礦井概況

山西焦煤集團官地礦設計能力為330 萬t/a。經測定，礦井絕對瓦斯涌出量為91.67 m3/min，相對瓦斯涌出量為13.61 m3/t，屬高瓦斯礦井，建有地面高、低濃度集中瓦斯抽放泵站。礦井采用平硐～斜井聯合開拓方式，井田內共布置有10 個井筒（6 個進風井、4 個回風井），井田內分南、中、北三條石門大巷延伸劃分為南部、中部、北部三個區域，逐步由淺向深、至上而下開采，采區內條帶式布置工作面，采用傾斜長壁后退式回采。現開采28417工作面正巷741 m，副巷689 m，切眼200 m，采用走向長壁后退式采9#煤放8#煤綜采低位放頂煤綜合機械化采煤方法。其中8#煤層總厚度5.85 m，9#煤層平均厚度3.21 m，煤層傾角 3°～20°。采9#煤時，采取跟頂跟底一次采全高，平均采高3.2 m，保證采高不高于3.50 m，不低于3.0 m（工作面布置如圖1所示）。開采煤層中8#煤層為Ⅱ類自然煤層，最短發火期89 d，且此煤層煤塵具有爆炸性，爆炸指數為20.14%。工作面正常生產期間，工作面及兩巷端頭噴灑阻化劑，注氮泵24 h 不間斷對28417 工作面采空區進行注氮防滅火，要求氮氣濃度保持在97%以上，流量保持在870 m3/h，同時加強日常的預測預報工作。

圖1 28417 工作面布置示意圖

2 發火原因分析

28417 工作面拆架封閉期間發火原因綜合分析如下：

（1）架頂煤炭及網上煤炭氧化自燃

① 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭主要呈裂隙狀，其破碎程度在停采初期相對較小。隨著支架逐漸拆除，此處煤炭由于失去支撐力而逐漸冒落、破碎，此時當風流流經該區域時，此處煤炭氧化自燃的可能性將大幅增加。若工作面的拆除時間超過30 d 時，此處煤炭極易發生自燃現象；

② 工作面在距停采線15 m 處需進行鋪網以便安全拆除支架，此部分頂煤冒落破碎后將遺留在網內，會在支架后方的采空區內形成寬度約15～20 m、長度近似等同于工作面傾斜長度的破碎煤條帶。此時采空區漏風會為此部分遺煤持續提供氧氣進行持續氧化，同時封閉空間導致其氧化所產生熱量不易擴散，因此，此部分遺煤極易發生自燃現象。

（2）采空區漏風增加

① 在開采作業中，由于上下巷道煤柱的支撐作用，在靠近煤柱側存有未冒實的三角漏風帶，特別是進風側受風流沖擊作用會使得大量風流進入采空區，為采空區遺煤自燃提供了連續供氧條件。此處風流對采空區內“三帶”影響范圍最深，這是綜放工作面極易發火的主要原因；

② 工作面進行拆架期間，由于支架頂部煤炭失去支撐力后會冒落堆積到切眼處，導致原有通風斷面將逐漸縮小，此處局部通風阻力大幅增加，此時風流會擴散到采空區內部，采空區漏風量增加使得“三帶”寬度增大，最后導致采空區后方停采線與采空區約50 m 之間范圍內的遺煤極易發生氧化自燃。

3 新拆架工藝技術應用及效果分析

3.1 新拆架工藝技術應用

傳統工作面支架拆除時，常采用副巷拆架運輸、正巷回風的方式。此種拆架工藝必須在工作面支架拆除后，在掩護支架后部及時加打“#”型木垛，才能確保回風通道暢通。此種拆架工藝所需時間過長，為采空區遺煤提供了較長的氧化時間，導致發火風險增大。經對傳統拆架工藝進行改進，可有效降低發火風險，具體技術如下：

（1）在工作面切眼40#支架（約60 m）處預先施工一條回風聯絡巷，將此巷作為正、副巷出架時的回風通道。

（2）工作面采用正、副巷同時拆架方式，其中1#～38#支架經工作面正巷拆出，39#～135#支架經工作面副巷拆出。具體為：工作面首先拆除第一個支架（40#支架），然后將39#支架作為副巷拆架方向木垛架，依次往外進行拆架，同時將38#支架拆除后作為正巷拆架方向木垛架，依次往外進行拆架。

（3）在28417 正巷皮帶頭20 m 處安裝兩臺功率為22 kW 的局部通風機，對正巷拆架處進行供風；在距28417 副巷口20 m 處安裝兩臺功率為30 kW的局部通風機，若發生副巷拆架處頂板垮塌，造成回風通道堵塞時，立即啟用局部通風機供風進行拆架。拆架期間，28417 工作面通風系統如圖1。

（4）正巷處1#～38#支架拆除完畢后，提前在正巷口構筑永久密閉，對正巷進行永久封閉，從而消除工作面自然發火隱患；而副巷（39#～135#）拆架處由于支架數量多，拆架工作相對滯后，需繼續利用全負壓通風系統進行供風拆架；待副巷拆除完畢后，在副巷口構筑永久密閉，對工作面進行徹底封閉。工作面拆架完畢封閉后通風系統如圖2。

3.2 效果分析

此次28417 工作面收尾拆架采用正、副巷同時進行拆架作業，且在拆架過程中，工作面在拆除1#～38#支架時，不需要在掩護架后部架設木垛維護通風斷面，減少工人的勞動強度，使得工作面拆架速度加快。同時，工作面在拆除1#～38#架時采用局部通風機供風，與全負壓“U”型通風系統相比可以減少后部采空區漏風。此法大幅度減緩了工作面遺煤氧化速度，迫使采空區遺煤提前由氧化帶進入窒息帶。工作面1#～38#架拆除完畢后，正巷可以提前施工永久密閉，實現分段提前封閉，這將有效抑制其自燃發火的可能性。經現場對CO 濃度實時監測，回撤后期回風流CO 濃度由常規拆架工藝時的60～80 ppm 降低到10 ppm 以下，后期所測濃度均降到《煤礦安全規程》要求范圍內，使CO 濃度顯著下降。

圖2 28417 工作面拆架期間通風系統示意圖

圖3 28417 拆架工作面封閉后通風系統示意圖

4 結 論

（1）通過對8#煤層自燃特性以及28417 工作面發火原因分析，改變了傳統工作面支架拆除方式，采用正、副巷同時出架回撤，同時合理調整、優化了原有拆架時的通風方式，有效減緩了遺煤的氧化速度。

（2）經對回撤后期回風流中CO 濃度實時監測，其濃度均降低到安全范圍內，防滅火效果顯著，有效地抑制了煤層自然發火現象，使得采空區遺煤提前由氧化帶進入窒息帶。