松散煤體下掘進期間防滅火技術應用

蔣志龍

（山東兗州大統礦業有限公司，山東 濟寧 272100）

1 礦井概況

楊莊煤礦位于兗州煤田西北邊緣，分別與東部的興隆莊井田和南部的楊村井田相鄰，現開采二疊紀3 煤層，復采九采區。受當時開采條件的限制，九采區3 煤層近8 m 厚的煤層只沿煤層底板采出了約2 m 厚煤炭，剩余約6 m 厚的煤炭全部遺留在采空區，存在自然發火隱患。九采區煤塵爆炸指數36.92%，屬自燃煤層，自然發火期3～6 個月，低瓦斯礦井，地溫23 ℃，采深260～350 m。

2 掘進工作面情況

F9305掘進工作面整體位于9311采空區下方（如圖1），兩順槽及切眼均沿底布置，其中：F9305軌道順槽全長709.92 m，松散煤體下掘進長度約為660 m，其余為實體煤中掘進。F9305 運輸順槽全長723.7 m，為實體煤中掘進。F9305 切眼全長90.64 m，為實體煤中掘進。

圖1 F9305 工作面兩順槽位置關系示意圖

3 自然發火隱患分析

（1）F9305 軌道順槽在9311 采空區松散煤體中掘進，9311 工作面回采期受斷層影響分兩個塊段進行回采，兩個塊段之間留有約22 m的未采動區域。由于原9311 工作面采用懸移支架，回采設備落后，煤炭回收量較小，造成采空區遺留的破碎煤體較多。后期掘進期間受圍巖應力變化及礦山壓力影響，遺留煤體進一步破碎且存在漏風通道，管理不善，極易造成施工巷道及相鄰采空區遺煤自然發火。

（2）F9305 運輸順槽在實體煤中掘進，巷道前進右幫與9311 采空區之間留有約6 m 的煤柱，受礦山壓力影響，煤柱產生裂隙，存在漏風通道，不利于巷道掘進期間的防滅火安全。

4 防滅火監測管理

（1）F9305 軌道順槽共布置11 個監測探孔（如圖2），探孔與水平呈20°～30°的夾角，深度不小于6 m。

（2）F9305 運輸順槽共布置四個監測探孔（如圖2），以上探孔均在巷道右幫約中間位置垂直打設，深度以進入9311 采空區為宜。

圖2 F9305 工作面兩順槽監測探孔布置示意圖

（3）防滅火監測措施

① 探孔打設完畢后及時安設套管，套管采用6分、4 分或2 分鋼管加工，長度根據孔深決定，套管采用管箍接力安設，套管最前端做成尖狀且花管長度不低于0.5 m。套管安設完畢后安排人員在套管內安設一根束管，束管與管壁和套管與煤壁的接觸部位必須用黃泥或水泥封嚴，引出的束管固定于巷幫，末端折彎防止漏氣。

② F9305 兩順槽及切眼在掘進期間如巷道頂幫出現片冒嚴重（深度超過1 m）或其他特殊地質構造時，應對以上區域的CH4、CO2、CO、溫度等情況進行檢測，異常及時增加探孔數量或采取其他有效的防滅火措施。

③ F9305 工作面掘進期間打設的防滅火監測探孔根據CO 數值調整檢查周期，具體為：CO＜1×10-4，每周檢查一次；1×10-4≤CO ＜2×10-4，每天檢查一次；CO ≥2×10-4，每班檢查兩次并及時采樣分析，檢查內容包括一氧化碳、氧氣、瓦斯、二氧化碳。

④ F9305 軌道及運輸順槽自然發火觀測點設在施工巷道內，距掘進巷道全風壓回風口10～15 m 處。每周檢查一次CH4、CO2、CO、溫度等情況。

5 掘進期間防漏風管理

5.1 噴漿或噴涂LFM 防滅火材料堵漏

（1）F9305 軌道順槽頂幫全部進行噴漿或噴涂LFM防滅火材料（噴涂型），噴厚以覆蓋金屬網為宜，以提高封閉效果，噴漿或噴涂LFM 防滅火材料（噴涂型）工作滯后迎頭不得大于50 m。

（2）F9305 運輸順槽及切眼掘進期間如頂幫破碎片冒嚴重（深度超過1 m），對片冒區域進行充填LFM 防滅火材料（充填型），充填完畢后表面噴漿或噴涂LFM 防滅火材料（噴涂型），噴厚以覆蓋金屬網為宜。

（3）F9305 工作面掘進期間必須做好相鄰采空區密閉墻防漏風管理，每周巡查密閉墻完好情況并利用壓差計監測密閉內外壓差狀況，發現密閉損壞或漏風加劇時必須匯報通防部門，及時修補密閉墻或重新抹皮，墻體受壓力破壞嚴重時必須對墻體周圍煤體進行注膠或噴漿、噴涂LFM防滅火材料堵漏，必要時重新選擇位置增補一道密閉，進一步增加密閉墻的氣密性。

5.2 膠體堵漏

（1）特殊地點膠體堵漏

在F9305 軌道順槽四處特殊地點（9311 外面開采線、停采線及9311 里面開采線、停采線，如圖3）前后約1 m 范圍內分別打設一排注膠鉆孔，每排注膠鉆孔布置六個，具體為：

① 在巷道兩肩窩向巷中1～1.2 m 范圍內垂直于頂板各布置一個注膠鉆孔，鉆孔深度不小于2 m。在巷道兩肩窩與水平呈30°～45°夾角各布置一個注膠鉆孔，鉆孔深度不小于6 m。在巷道兩幫距頂板向下不大于1.2 m 垂直各布置一個注膠鉆孔，深度不小于6 m。

② 鉆孔打設完畢后根據孔深安設注膠管，注膠管采用6 分或4 分鋼管，管口加工螺紋，長度較長的注膠管采用管箍接力安設，注膠管外漏距網面約15 cm，注膠管與煤壁之間的縫隙用黃泥或水泥封堵嚴實，注膠管口未注膠前用舊風筒布或編織袋包裹?？咨? m 的注膠管花管長度不小于1 m，孔深6 m 的注膠管花管長度不小于4 m。注膠管安設完成后，由巷道施工單位先壓注LFM 防滅火材料（充填型），隨后再壓注水玻璃凝膠，原則上每孔LFM防滅火材料（充填型）及水玻璃凝膠的壓注量以管路起壓或跑漏嚴重為準，特殊情況壓注量根據實際進行調整。

（2）其他地點膠體堵漏

除以上特殊地點外，松散煤體段的其他區域也要進行注膠堵漏（圖3），以便增加巷道頂幫氣密性，降低漏風強度，具體為：

圖3 F9305 工作面軌道順槽膠體堵漏范圍示意圖

① 從F9305 軌道順槽開門口向里（15±1）m布置第一排注膠鉆孔，每排注膠鉆孔布置四個。

② 在巷道兩肩窩向巷中1～1.2 m 范圍內垂直于頂板各布置一個注膠鉆孔；在巷道兩幫距頂板向下不大于1.2 m 垂直各布置一個注膠鉆孔，以上四個鉆孔深度均不小于2 m。

③ 后續每隔不大于3 m 按上述要求依次布置下一排注膠鉆孔，直至9311 里面開采線處停止。

④ 鉆孔打設完畢后安設2 m 的注膠管（注膠管采用6 分或4 分鋼管，管口加工螺紋），花管長度不小于1 m，注膠管外漏距網面約15 cm。注膠管與煤壁之間的縫隙用黃泥或水泥封堵嚴實，注膠管管口未注膠前用舊風筒布或編織袋包裹。注膠管安設完成后，由巷道施工單位壓注水玻璃凝膠，原則上每孔水玻璃凝膠的壓注量以管路起壓為準，跑漏嚴重時應先壓注LFM 防滅火材料（充填型）再壓注水玻璃凝膠，特殊情況壓注量根據實際進行調整。

（3）其他地點注膠鉆孔與特殊地點注膠鉆孔每排的間距不得大于3 m。

（4）以上防滅火注膠孔后續注膠期間可能堵塞監測探孔，堵塞后應及時將監測探孔沖開或根據實際重新補打。

（5）注膠鉆孔的打設和套管安設應在巷道支護期間完成，注膠工作在巷道頂幫噴漿或噴涂LFM防滅火材料（噴涂型）工作完成后進行，注膠工作滯后迎頭不得大于100 m。

6 應急防滅火安全管理措施

6.1 自然發火指標性氣體的確定

（1）一氧化碳。根據鑒定報告確定以CO 作為指標性氣體，CO 出現表明測試煤已經開始氧化，其出現臨界溫度為66.1 ℃，檢出濃度為1.8×10-7；煤溫超過60～70 ℃后一氧化碳產生率、耗氧速度和升溫速度均加快。如果發現CO 濃度超過0.002 4%且其含量繼續呈上升趨勢時，要及時匯報礦有關部門并查找原因進行防滅火處理。

（2）乙烯。根據鑒定報告C2H4出現且變化速率明顯加快是煤進入加速氧化階段的標志，其出現臨界溫度為115.0～142.5 ℃，檢出濃度為3×10-8，此時應該采取積極的防滅火措施。

（3）C2H4/C2H6比值峰值的出現是煤進入激烈氧化階段的標志，其峰值出現的溫度為287.0 ℃左右，對應C2H4濃度為1.71×10-5，C2H6濃度為3.98×10-6，C2H4/C2H6可作為判別煤反應程度的輔助指標。

（4）巷道施工期間自然發火指標性氣體預測預報見表1、表2。通防部門管理人員要及時查看對比氣體監測及分析數據，發現問題，及時查明原因，進行處理。

表1 巷道回風流自然發火指標性氣體預測預報表

表2 巷道煤體鉆孔內自然發火指標性氣體預測預報表

6.2 加強檢測處理

（1）如施工期間經檢測探孔內CO 濃度達到2.4×10-5～2×10-4時，說明附近存在自然發火隱患，必須立即查找隱患進行處理。

（2）經檢測探孔內CO 濃度達2×10-4～5×10-4時，或經分析發現C2H6、C2H4、C3H8、 C2H2等自然發火標志性氣體時，說明自然發火隱患升級，隨時有出現明火的可能，此時必須立即停止生產，進行防滅火處理。

7 結語

通過以上各項防滅火技術方案和措施的落實，F9305 兩順槽掘進期間溫度、氣體正常，未出現自然發火隱患，保證了礦井的正常生產和接續，并為今后工作面巷道沿松散煤體中掘進提供了可靠的技術支撐和經驗借鑒。