超長工作面深孔注漿防滅火技術應用

李方耀

（中煤新集能源股份有限公司口孜東礦，安徽 阜陽 236153）

礦井火災作為煤炭開采五大災害之一，是影響煤礦安全生產、制約煤炭產量的主要因素，尤其是易自燃煤層超長工作面煤層自然發火問題尤為突出。本文以口孜東礦111307 工作面為研究實踐對象，對超長工作面開采過程中工作面采空區局部氧化點自然發火防治進行探索實踐，克服工作面距離長、防滅火材料輸送困難、巷道變形嚴重等制約因素，保障了工作面安全回采，為類似條件下工作面自然發火防治提供了經驗。

1 項目背景

1.1 工作面概況

111307 工作面位于-967 m 水平1113 采區，為該采區的第六個工作面。工作面采用走向長壁布置，風巷走向長1621 m，可采走向長1240 m，機巷走向長1970 m，可采走向長為1258 m，切眼傾向長為358 m（平距），布置208 臺支架。工作面可采平面積439 872 m2，平面布置如圖1。111307 工作面總體為一單斜構造，煤層走向105°～115.5°，傾向195°～205.5°，傾角5°～18°，平均傾角10°。該工作面2020 年2 月開始試采，截至2021年5 月，累計推進1099 m，受工作面地質構造、斷層影響，工作面推進度慢。

圖1 111307 工作面平面布置示意圖

1.2 13-1 煤的自燃傾向性

根據煤炭科學技術研究院有限公司出具的《口孜東礦13-1 號煤層自燃傾向性鑒定報告》《口孜東礦13-1 號煤層自然發火期預測報告》鑒定結果，13-1 號煤自燃傾向性等級為Ⅰ類容易自燃煤層，最短自然發火期36 d。

1.3 13-1 煤采空區“三帶”劃分

根據安徽理工大學出具的《口孜東礦13-1 煤“三帶”研究報告》：13-1 煤層采空區進風側煤自燃氧化帶范圍為20—80～110 m，回風側自燃帶的范圍為10～15—70～95 m。

1.4 111307 工作面防滅火分析

（1）111307 工作面為超長工作面，面長358 m，回采過程中，工作面中部架后采空區常規性灌漿、注氮措施覆蓋不到；（2）111307 工作面面內斷層、構造較多，采空區易丟煤，且影響工作面推進度（表1），容易造成本工作面采空區內遺煤氧化。

表1 111307 工作面月推進度明細表

2 深孔注雙液漿防滅火技術應用

口孜東礦111307 工作面回采期間，受地質條件影響工作面采空區有遺煤，采空區局部氧化，結合本工作面實際情況，采用架間埋管注雙液漿，抑制采空區遺煤氧化，消除隱患點。

2.1 注雙液漿原理及優點

采用水泥漿與玻璃水混合，可在采空區遺煤表面形成膠狀包裹狀態，將采空區遺煤膠結成為一個整體，堵塞煤體之間的裂隙，隔絕氧氣。同時可根據水泥漿和玻璃水比例的調整，控制漿液凝固時間從而進一步控制雙液漿覆蓋范圍。

注雙液漿防滅火主要有以下優點：（1）使用水泥漿與玻璃水材料，成本較低，操作簡單；（2）可實現定點注漿，精準處理氧化區域；（3）注漿使用管路輕便，埋設、挪移便利，可根據工作面遺煤區域隨時調整；（4）可長期連續注漿，形成局部采空區隔離帶，減少采空區漏風。

2.2 注漿管預埋位置

2.2.1 回風隅角埋管

111307 工作面回風隅角交替埋設2 路4 分（Φ15 mm）鍍鋅焊管，控制回風隅角至采空區30 m 范圍，覆蓋常規性灌漿三角盲區，每天預防性注雙液漿，在煤體表面形成覆蓋層，煤體形成膠結體，隔絕氧氣，抑制遺煤氧化。

2.2.2 工作面支架架間埋管

工作面過斷層期間，受地質條件及工作面調整影響，工作面130#～160#架后遺煤厚度0.1～2.0 m，平均0.9 m。結合工作面實際情況在170#架、150#架沿工作面布置方向交替預埋2 路4 分（Φ15 mm）鍍鋅焊管，控制工作面架后采空區20～80 m范圍，進入采空區20 m 后開始注漿，循環壓注，對工作面隱患點精準處理，消除隱患。111307 工作面注漿管布置示意圖如圖2。

圖2 111307 工作面注漿管布置示意圖

2.3 工作面注雙液漿方式

工作面回采期間，在工作面超前支護段外20 m安設ZBY3/7.0-11 氣動注漿泵兩臺（一用一備），通過高壓膠管輸送至工作面回風隅角、工作面架間，平均日注漿量約1.8 t。2020 年5 月—2021 年4月回采及過斷層期間累計注水泥709 t，使用玻璃水412 t。

2.4 深孔注漿技術應用效果分析

2.4.1 工作面回風隅角CO 變化情況

圖3 為111307 工作面過斷層期間回風隅角閉內CO 濃度變化趨勢圖。工作面自2020 年2 月底開始采，遇構造持續過斷層，通過采取常規性灌漿、注氮等防滅火措施，同時回風隅角埋管注雙液漿防滅火措施，回風隅角密閉墻內CO 相對較穩定，整體變化幅度不大。

圖3 111307 工作面回風隅角閉墻CO 濃度變化曲線圖

2.4.2 過斷層期間架后局部氧化點CO 濃度變化情況

111307 工作面170#架后采空區自2020 年5 月（過斷層期間）開始持續出現CO，其中最大值出現在5 月22 日，為0.34‰。工作面150#架后采空區自2020 年8 月（地質條件影響丟煤）開始檢測出CO，其中最大值出現在8 月11 日，為0.28‰。隨即對工作面架間采取埋管注雙液漿等措施，圖4、圖5為工作面170#、150#架后采空區CO變化曲線圖。從圖中可以看出，通過采取深孔循環注漿措施后工作面CO 濃度逐步降低至0 或趨于穩定狀態，注漿防滅火效果較好。

圖4 111307 工作面170#架后采空區CO 濃度變化曲線圖

圖5 111307 工作面150#架后采空區CO 濃度變化曲線圖

3 結論

111307 工作面回采歷時13 個月（受斷層影響推進度較慢），在工作面回采期間通過架間、回風隅角埋管注雙液漿，有效解決了常規性灌漿覆蓋盲區（回風隅角區域）的自然發火防治，尤其是控制了111307 超長工作面中上部架后采空區遺煤的氧化，消除了局部隱患點，形成了一套超長工作面定點防滅火的成熟技術和工藝，為類似件下的采煤工作面煤層自然發火防治積累了經驗。