超長綜采工作面設備回撤期間采空區遺煤自燃防控技術研究

衛志敏

（山西汾西礦業集團正新煤焦有限責任公司， 山西 沁源 046500）

煤層自燃是礦井煤炭回采面臨的主要災害類型之一，煤層自燃不會產生有毒有害氣體，嚴重時甚至伴隨瓦斯、煤塵爆炸等災害，威脅井下作業人員安全[1-2]。隨著礦井綜合機械化設備的應用推廣，采面推進速度不斷增加、采空區內遺煤量有所減少，因此采面正常回采時采空區內遺煤自燃風險相對較低。但是在綜采設備回撤期間，由于生產停滯，采空區內遺煤在漏風作用下會持續氧化，從而自燃風險較高[3-7]。因此，在綜采工作面設備回撤期間采取針對性措施對采空區遺煤自燃進行防治可在一定程度上提高綜采設備回撤安全保障能力。文中以山西某礦9605 超長綜采工作面為工程實例，對綜采設備回撤期間采取的采空區遺煤自燃防控技術進行探討，以期為其他礦井類似情況下的采空區遺煤防滅火工作開展提供經驗借鑒。

1 工程概況

9605 綜采工作面回采的9#煤層埋深平均530 m，煤層厚度平均為2.68 m，為自燃發火煤層（自燃發火期介于33～120 d），采面回采過程中揭露有24 條斷層，受地質構造影響，采空區內遺留一定的煤炭，現場統計得到9605 工作面煤炭綜合采收率為85%。工作面設計走向1 320 m、傾斜長度為328 m，采面屬于超長綜采工作面，采用傳統的U 型通風方式，推進速度平均4.8 m/d。正常情況下采面供風量為680 m3/min，采空區內漏風量平均38 m3/min。通過對采空區內氧氣濃度進行測定，初步判定采空區內散熱帶、氧化帶以及窒息帶寬度分別為采空區后方0～28 m、28～57 m、57 m 以內。

采面推進至停采線后，受到進風巷側漏風、工作面內液壓支架數量多、設備回撤周期長等因素綜合影響，采空區內遺煤自燃發火危險性顯著增加，給液壓支架回撤帶來顯著的安全威脅。

2 采空區遺煤自燃防控技術措施

截止到2020 年6 月21 日，9605 綜采工作面已停采接近20 d，期間共回撤10 臺液壓支架，其中還剩余217 架，為了確保液壓支架安全回撤，提出采用束管監測對采空區氣體成分進行探測，并通過堵漏、降溫等綜合措施進行采空區遺煤自燃發火治理。

2.1 采空區氣體成分監測

在9605 綜采工作面停采后即安排專業人員對工作面進風、回風隅角以及回風流中氣體成分進分析，當發現氣體成分存在異常時則及時采取治理措施。將束管監測系統引入到采空區氣體成分測定中，每天循環測定一次，并做好記錄，當發現異常及時上報并預計預案采取治理措施。

2.2 采空區封堵

在液壓支架頂梁后鋪設風筒布減少采空區內漏風量。在與停采線相距20 m 位置處，在液壓支架頂梁上鋪設風筒布、鋼絲網等減少漏風。在現場使用的風筒布規格為330 m×21 m，在末采期間通過風筒布將回撤空間與采空區間相隔離，可起到有效降低采空區漏風率目的。具體在液壓支架上風筒布鋪設情況見下頁圖1 所示。

圖1 液壓支架上風筒布鋪設示意圖

2.3 采空區惰化

1）使用液態二氧化碳降低采空區溫度。通過注入管路向采空區后方灌注液態二氧化碳，液態二氧化碳由液態向氣態變相過程中會吸收大量的熱量，從而迅速降低采空區內溫度，同時二氧化碳變相過程中體積會膨脹560 倍，顯著降低采空區內氧氣濃度，從而使得原本屬于氧化帶的空間過渡到窒息帶。具體在采空區內灌注液態二氧化碳裝置包括有CPW-20 型氣罐、罐體、平板車以及控制閥等構成，通過采面進風、回風巷頂板預留的措施孔、灌漿管路等向采空區內灌注液態二氧化碳。

2）采空區灌漿。向采空區內灌注的防滅火漿液包括主要為MEA 防火劑，具體MEA-1 防火滅劑、水、阻化劑等按照一定配比組成的膠體，具有保水性好、耐高溫以及密閉性強等優點，可提高采空區內阻燃效果。使用注漿泵通過預留的措施孔向采空區內灌注MEA 防火劑，并優先在采面133 號—168 號液壓支架頂板上灌注，終孔位置應在采空區遺煤較多位置。具體灌漿可依據現場實際情況確定，并調整灌漿孔施工參數、數量。

2.4 防滅火效果分析

在9605 綜采工作面設備回撤期間，通過漏風點封堵、采空區注液態二氧化碳、灌注MEA 防火劑等措施后，采空區內自燃發火標志性氣體濃度（質量分數）得以明顯降低，最終穩定到36×10-6；在回撤空間內未再監測到CO。表明，通過采取針對性的采空區遺煤自燃防控技術后，架后采空區迅速由氧化帶進入到窒息帶，遺煤自燃問題基本得以控制。具體在液壓支架后方布置的各個測點獲取到的CO 濃度（質量分數）變化情況見圖2 所示。

圖2 測點獲取到的CO 濃度（體積分數）變化情況

3 結論

9605 綜采工作面開采的9#煤層具有自燃發火危險性，由于斜長達到328m，液壓支架回撤耗時較長，加之開采過程中受地質構造影響采空區內遺煤量較大，從而使得綜采工作面在設備回撤期間采空區遺煤存在一定的自燃威脅。

依據工作面實際情況，從監測監控、減少漏風、降低采空區內溫度以及氧氣濃度等方式進行遺煤自燃防控，具體措施為：在工作面液壓支架后方鋪設風筒布，將液壓支架回撤空間與采空區間隔開，從而減少采空區漏風量；通過預留的措施孔向采空區內灌注液態二氧化碳，通過二氧化碳變相降低采空區內溫度以及氧氣濃度；在遺煤量較多區域灌注MEA 防火劑，避免遺煤自燃。

現場應用后，采空區內一氧化碳濃度最終控制在36×10-6以內，綜采設備回撤過程中基本作業空間內基本探測不到一氧化碳，現場取得較好的采空區遺煤自燃防控效果。