近距離煤層綜采工作面灌漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

武建明

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)有限公司，山西 孝義 032300）

近距離煤層開(kāi)采會(huì)相互影響，當(dāng)上煤層采過(guò)后，下煤層在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)受重復(fù)采動(dòng)的影響，此外上煤層采空區(qū)會(huì)遺留有大量的區(qū)段煤柱等殘煤，殘留煤柱長(zhǎng)期遺留在采空區(qū)，給下層煤炭資源的安全高效開(kāi)采帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為解決近距離煤層開(kāi)采防滅火問(wèn)題，以金達(dá)礦10206 綜采工作面為研究背景，提出實(shí)施了工作面灌漿防滅火技術(shù)，保證了工作面安全生產(chǎn)。

1 工程概況

工作面所采的煤層為10 號(hào)煤層，位于石炭系上統(tǒng)太原組，煤層平均厚度為1.7 m，頂板為泥巖，底板為泥巖。該煤呈塊狀，半亮型煤，穩(wěn)定可采。10206 工作面上9 號(hào)煤層9210、9212 工作面采空區(qū)，10 號(hào)煤層和9 號(hào)煤層屬近距離煤層，層間距4～6 m。9 號(hào)煤層工作面長(zhǎng)度為180 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1500～2000 m；10 號(hào)煤層工作面長(zhǎng)度為200 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1500～2000 m，采用U 形通風(fēng)方式。在10206 工作面回采頂板冒落后，繼續(xù)向上部空間發(fā)展，使得9 號(hào)煤層遺煤和煤柱進(jìn)一步破碎（主要在保護(hù)煤柱和陷落柱附近），并與頂板巖石混合在一起落入10 號(hào)煤層采空區(qū)，構(gòu)成復(fù)雜的復(fù)合采空區(qū)，三維立體空間更大，遺煤量增加且內(nèi)部漏風(fēng)通道復(fù)雜，加大了采空區(qū)自然發(fā)火的危險(xiǎn)性，并對(duì)10206工作面回采造成影響。

9 號(hào)和10 號(hào)煤層為特低灰-高灰、中硫-高硫煤、中低-特高發(fā)熱量肥煤，1/3 焦煤，自燃傾向性等級(jí)均為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層，且煤的內(nèi)生、外生裂隙較為發(fā)育，裂隙中有方解石和星散狀黃鐵礦充填，具有自然發(fā)火危險(xiǎn)性。上覆近距離9 號(hào)煤層采空區(qū)存在自然發(fā)火隱患，加大了9+10 號(hào)煤層復(fù)合采空區(qū)自燃危險(xiǎn)性，且由于陷落柱發(fā)育，在陷落柱附近、開(kāi)切眼及停采線(xiàn)附近自然發(fā)火危險(xiǎn)性大大增加，需采取相應(yīng)的防滅火措施，以保證該工作面和礦井的安全生產(chǎn)。近距離煤層相對(duì)位置如圖1。

圖1 近距離煤層相對(duì)位置

2 工作面容易自燃地點(diǎn)分析

結(jié)合10206 工作面開(kāi)采條件及其部署，容易發(fā)生自燃隱患的地點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：

2.1 工作面采空區(qū)

10206 工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高采煤法，回采率高，本煤層遺煤少，但由于與9 號(hào)煤層層間距為4～6 m，10 號(hào)煤回采后9 號(hào)煤層的保護(hù)煤柱以及地質(zhì)構(gòu)造附近的遺煤全部進(jìn)入復(fù)合采空區(qū)，增加了采空區(qū)的遺煤，同時(shí)漏風(fēng)通道更為復(fù)雜，使得10206 工作面復(fù)合采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)性大大增加。

2.2 上煤層采空區(qū)

10206 工作面上4～6 m 為9 號(hào)煤層采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)分布有已經(jīng)垮落的破碎巖層，且存有煤柱等殘留煤體，殘留煤體與破碎巖層空隙中的空氣接觸易發(fā)生自燃，為下分層10 號(hào)煤層的開(kāi)采造成一定的安全隱患。

同時(shí)10206 工作面回采巷道在上煤層采動(dòng)殘余壓力及本工作面采動(dòng)影響下巷道圍巖發(fā)生一定的破壞，出現(xiàn)裂隙，巷道中的風(fēng)流可以通過(guò)該區(qū)域的裂隙滲透進(jìn)入上覆9 號(hào)煤層，在進(jìn)、回風(fēng)巷道風(fēng)壓差作用下形成9 號(hào)煤層采空區(qū)與10 號(hào)煤層工作面及采空區(qū)多風(fēng)路并聯(lián)漏風(fēng)。9 號(hào)煤層采空區(qū)長(zhǎng)時(shí)間處于漏風(fēng)供氧條件下，加之存在一定量遺煤，9 號(hào)煤層采空區(qū)存在較大的自然發(fā)火危險(xiǎn)。工作面漏風(fēng)示意圖如圖2。

圖2 工作面漏風(fēng)示意圖

2.3 陷落柱附近

根據(jù)地質(zhì)資料，10 號(hào)煤層開(kāi)采過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)陷落柱，在陷落柱附近煤體裂隙發(fā)育，導(dǎo)致工作面發(fā)生漏風(fēng)，且易出現(xiàn)大量浮煤，增大了煤層自燃的危險(xiǎn)性。

3 工作面灌漿防滅火技術(shù)

目前煤自燃防治主要有灌漿防滅火、阻化劑防滅火、凝膠防滅火、均壓防滅火和氮?dú)夥罍缁鸬燃夹g(shù)[1-5]，其中注漿技術(shù)目前應(yīng)用范圍最廣。綜合考慮工作面開(kāi)采技術(shù)條件，確定采用灌漿防滅火技術(shù)。

3.1 灌漿系統(tǒng)

根據(jù)礦井防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用風(fēng)井場(chǎng)地地面集中灌漿系統(tǒng)，灌漿材料為地表黃土，通過(guò)機(jī)械制漿工藝，將黃土和水按比例制成漿液，經(jīng)灌漿管路輸送至10206 工作面附近。

3.2 灌漿管路

灌漿管路從地面風(fēng)井場(chǎng)地集中灌漿站主管路，經(jīng)回風(fēng)立井、集中回風(fēng)巷、回風(fēng)大巷、北翼回風(fēng)大巷、二采區(qū)軌道巷到10206 工作面回風(fēng)順槽口附近，管路總長(zhǎng)度2400 m 左右，管路采用無(wú)縫鋼管（Ф89 mm×4.5 mm）。灌漿管路全部采用法蘭盤(pán)連接，沿巷壁底部敷設(shè)固定牢固，并涂以防銹漆，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)盡量減少拐彎。

3.3 灌漿土水比

根據(jù)《煤礦灌（注）漿防滅火技術(shù)規(guī)范》（MT/T 702-2020）和《煤炭礦井設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 51078-2015），結(jié)合10206 工作面灌漿的輸送距離、煤層傾角、灌漿方式及灌漿材料，確定漿液的土水比為1:3，采用采后密閉灌漿。按充填停采線(xiàn)20 m范圍進(jìn)行分析，灌漿需土量為1462 m3，灌漿需水量為4825 m3，總灌漿量為5533 m3。

3.4 灌漿方案

由于10206 工作面為近水平煤層，漿液的流動(dòng)性受到工作面底板標(biāo)高的限制，當(dāng)在工作面上順槽預(yù)埋管道灌漿時(shí)，漿液的擴(kuò)散半徑極為有限，如繼續(xù)灌漿，漿液不會(huì)沿工作面繼續(xù)流淌，而可能從工作面支架后方流向回采工作面，影響工作面正常生產(chǎn)。由于本煤層采空區(qū)遺煤少，采空區(qū)遺煤主要是上覆9號(hào)煤層遺煤（主要在保護(hù)煤柱和陷落柱附近），處于采空區(qū)一定高度，灌入的漿液難以到達(dá)位置且難以長(zhǎng)時(shí)間滯留，因此選用采后封閉灌漿。當(dāng)工作面出現(xiàn)自然發(fā)火征兆時(shí)可從灌漿主管路接出支管路，通過(guò)插管或打鉆對(duì)自燃隱患點(diǎn)進(jìn)行高低位聯(lián)合灌漿。

采用采后封閉灌漿措施如圖3，在工作面開(kāi)采完畢永久封閉后，利用工作面兩個(gè)順槽密閉墻上預(yù)留的措施孔，對(duì)工作面停采線(xiàn)附近進(jìn)行連續(xù)足量灌注，以防止停采線(xiàn)附近自燃，同時(shí)減少密閉漏風(fēng)，有效抑制10206 工作面及上覆9 號(hào)煤層采空區(qū)自燃。

圖3 采后封閉灌漿示意圖

4 灌漿安全措施

（1）灌漿期間加強(qiáng)對(duì)灌漿管路的巡回檢查，避免跑漿。

（2）在漿液流入輸漿管路前，應(yīng)設(shè)置過(guò)濾篩網(wǎng)，篩網(wǎng)孔徑15～20 mm，灌漿結(jié)束后必須用清水沖洗。

（3）在灌漿管路的最低點(diǎn)設(shè)置放水閥門(mén)，沖洗后及時(shí)放盡管路的漿液，以避免停止輸漿后漿液在管道凹處滯留，固體顆粒沉積并堵塞管道。

（4）灌入采空區(qū)的漿液中脫出的水一部分被圍巖吸收，一部分滯留在灌漿區(qū)的下部空間，因此在灌漿區(qū)下部的密閉墻底部設(shè)置排水孔或溢水孔，對(duì)灌漿區(qū)內(nèi)的積水進(jìn)行排泄，并在灌漿過(guò)程中及灌漿后隨時(shí)觀察密閉墻排水量的變化情況，同時(shí)觀測(cè)密閉墻內(nèi)外空氣溫度和出水溫度。

5 結(jié)語(yǔ)

在10206 工作面應(yīng)用實(shí)施了采空區(qū)防火灌漿處理技術(shù)，有效降低了工作面火災(zāi)安全隱患，保證了近距離煤層下層工作面安全開(kāi)采，為相鄰工作面安全開(kāi)采創(chuàng)造了條件、提供了經(jīng)驗(yàn)。