小窯破壞區巷道掘進防滅火技術研究

景 峰

（山西汾西礦業集團正新煤焦有限責任公司和善煤礦， 山西 沁源 046500）

山西某礦井田開采范圍內受小煤窯侵蝕嚴重，從而使得井田上部煤層大面積遭受破壞。由于小煤窯開采方式不正規，從而使得煤層開采存在較為嚴重的小煤窯破壞區煤層自燃風險。在小煤窯開采破壞區內存在有眾多廢棄的巷道，巷道與采空區聯通，會給后續煤炭開采帶來較大威脅[1-2]。具體表現為[3-6]：

1）自燃發火火源隱蔽，難以有效掌握小煤窯破壞區位置以及自燃煤層發火點；

2）礦井采用負壓通風，在礦井正常通風時小煤窯破壞區內的有毒有害氣體會沿著裂隙向開采空間內涌出，從而給礦井作業人員安全帶來一定威脅；

3）現階段礦井生產位于小煤窯破壞區范圍內，采掘作業受小煤窯火區影響。因此，如何確保小煤窯破壞區采掘作業安全開采是制約礦井煤炭高效回采的不利因素。文中以3906 工作面運輸巷掘進為工程實例，針對小煤窯破壞區煤層容易自燃問題，提出綜合性防滅火技術措施，現場取得較好應用成果。

1 工程概況

山西某礦為設計生產能力240 萬t/a 的現代化礦井，井田面積約為15.6 km2。現階段主采的9 號煤層厚度平均6.2 m，采用綜放開采工藝。9 號煤層原始瓦斯含量介于3.5～4.6 m3/t，煤層具有自燃發火傾向性，發火周期為3～6 個月，煤塵具有爆炸危險性。

3906 工作面設計推進長度為960 m、斜長230 m，現階段正進行3906 運輸巷掘進工作。運輸巷設計斷面為矩形，采用EBZ-260 綜掘機截割破巖，錨網索支護工藝。由于巷道掘進區域位于上覆小煤窯開采破壞區，巷道掘進過程中存在較大的煤層自燃風險。為此，在巷道掘進時充分利用鉆探、巷探方式對前方掘進范圍內小煤窯破壞區內氣體成分進行分析，并采取及時封堵等措施降低巷道漏風量。

2 小煤窯破壞區巷道掘進綜合防滅火技術

2.1 超前探測技術

在3906 運輸巷掘進過程中將鉆探技術、巷探技術相結合，通過分析鉆孔內氣體成分、溫度等確定巷道掘進前面小煤窯破壞區內潛在的火區分布情況，并根據探測結果采取預防性灌漿等防滅火技術措施。對探測發現小煤窯破壞區有火區或者存在有自燃發火廢棄巷道時，可通過巷道向潛在火區內進行灌漿，通過隔絕氧氣實現防滅火；若探測到前方無火區時則使用噴漿、封堵采空區以及多點注漿等方式封堵漏風裂隙、隔絕氧氣與小煤窯破壞區內煤體接觸，從而實現防滅火。

在滯后掘進迎頭5～10 m 位置在巷幫布置寬、深、高分別為3.0 m、3.0 m、2.5 m 的鉆場，并在鉆場內施工超前探測鉆孔對小煤窯破壞區范圍內火區情況進行探測。探測鉆孔超前探測范圍為掘進迎頭前方60～100 m，并探測巷道掘進輪廓線外30～50 m 范圍，具體超前探測鉆布置情況見圖1 所示。在超前探測鉆孔施工過程中應隨時記錄鉆孔探測情況并對空內氣體成分、溫度等進行監測，通過綜合分析判定小煤窯破壞區范圍以及老空巷道分布、遺煤自燃發火情況。

圖1 超前探測鉆孔布置示意圖

2.2 綜合防滅火技術

通過鉆探、巷探等方式對小煤窯破壞區內煤層自燃發火情況進行分析，并依據獲取探測情況以及影響程度，具體采取下述多種防滅火技術措施。

1）當探測到掘進巷道前方存在有高溫或者自燃發火點后，通過施工鉆孔進行超前灌漿，從而對高溫點或者自燃發火點進行綜合防滅火。通過注漿降低高溫或者自燃發火點溫度并將煤層與空氣隔絕，不僅可實現綜合防滅火而且可防止有害氣體入侵到巷道掘進空間。在巷道掘進面與小煤窯破壞區高溫點或者自燃發火點位置間應至少保留有20 m 保護煤柱，同時灌漿量應為小煤窯破壞區內廢棄老巷或者采空區面積的20%～30%。

2）對小煤窯破壞區潛在的煤層自燃發火點進行灌漿防滅火后，施工探測水鉆孔對灌漿水進行疏排，從而避免3906 運輸巷掘進至灌漿位置時存在突然涌水問題；同時采用束管監測系統對灌漿區域內氣體成分、溫度等進行測定，確保高溫或者自燃發火點火災隱患得以有效控制后方可繼續掘進巷道。

3）當3906 運輸巷掘進面與小煤窯破壞區內廢棄巷道貫通時，應首先對廢棄巷道進行密閉處理，從而減少掘進巷道漏風量。同時向密閉空間內進行灌漿充填，避免小煤窯破壞區內煤層自燃。現場施工的密閉墻體厚度一般為0.75～1.0 m，在小煤窯密閉墻體上插入灌漿管，并使用多點交替注漿方式進行灌漿，一般情況下每班灌漿2～3 h。具體小煤窯廢棄巷道上施共的密閉墻以及灌漿孔見圖2 所示。

圖2 密閉墻以及灌漿孔示意圖

4）當3906 運輸巷掘進工作面與小煤窯采空區貫通時，首先使用密閉支護方式通過采空區，并對巷道頂板布置的架棚進行噴漿密閉，通過施工鉆孔向巷道頂板采空區內進行灌漿。為確保巷道掘進安全，在巷道掘進過程中應向采空區內噴灑阻化劑。巷道掘進后通過全斷面噴漿（噴漿層厚度控制在150～250 mm）來實現全斷面密閉，從而減少巷道通風系統漏風量。

2.3 現場應用效果分析

在3906 運輸巷掘進過程中通過鉆探、巷探方式實現對小煤窯破壞區內潛在的高溫點或者自燃發火點等進行探測，并通過灌漿等方式對潛在的自燃發火點進行綜合防滅火。在掘進巷道揭露小煤窯破壞區時，通過灌漿、密閉等方式進行防滅火并隔絕小煤窯破壞區內漏風量，從而杜絕遺煤自燃風險。現場應用后，3906 運輸巷掘進期間未探測到CO 等自燃發火標志性氣體，巷道得以安全通過小煤窯破壞區。

3 結論

1）3906 運輸巷沿著9 號煤層頂板掘進，9 號煤層上覆受小煤窯開采破壞嚴重，破壞區內存在有多個廢棄巷道以及分布范圍不詳的采空區，小煤窯破壞區會給運輸巷掘進安全帶來一定威脅，主要為遺煤自燃威脅。

2）提出采用超前探測方式對小煤窯破壞區內潛在的自燃發火點進行探測，并依據探測結果采用灌漿、封堵等方式進行綜合防滅火。現場應用后，3906運輸巷得以安全通過小煤窯開采破壞區，同時巷道在小煤窯破壞區內掘進期間未探測到CO 等自燃發火標志性其他，表明掘進過程中采取的綜合防滅火技術取得較好應用成果。