易自燃煤層綜放工作面綜合安全保障技術(shù)研究

喬 偉

（汾西礦業(yè)集團公司安監(jiān)局， 山西 介休 032000）

煤層自燃發(fā)火是制約礦井煤炭回采安全的不利因素，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料顯示，我國現(xiàn)綜放開采礦井中約有60%回采的煤層具有自燃發(fā)火傾向[1-2]。為此，對自燃煤層開展針對性安全防治具有重要意義。眾多的研究學(xué)者對煤層自燃防治工作開展研究，其中張樹立等提出注氮方式對綜放開采工作面進行防滅火，并針對硯北煤礦綜放工作面回采具體特點，指出采面煤層最易自燃點，從而為針對性注氮提供指導(dǎo)；胡獻民等以常村礦回采的厚煤層為研究背景，對綜掘巷道、采面回采、安裝以及回撤期間防滅火技術(shù)進行歸納總結(jié)，從而為后續(xù)綜放工作面防滅火技術(shù)開展提供指導(dǎo)[3-5]。文中就對現(xiàn)階易燃煤層綜放開采工作面防滅火技術(shù)進行歸納總結(jié)，并以山西某礦5306綜放工作面回采為工程實例，對采面采用的綜合安全保障技術(shù)進行探討，以期能為其他礦井易燃煤層開采安全工作開展提供一定指導(dǎo)。

1 綜放開采易自燃煤層安全保障技術(shù)概述

1.1 火區(qū)惰化技術(shù)

該技術(shù)是采用管道將高濃度惰性氣體（如N2、CO2）等注入到火區(qū)內(nèi)，通過降低火區(qū)內(nèi)氧氣濃度來達到自燃點窒息滅火目的?；饏^(qū)惰化技術(shù)主要與厚煤層分層開采或者一次采全高開采結(jié)合使用，但是使用該技術(shù)時會存在井下環(huán)境造成一定污染，因此需要根據(jù)井下生產(chǎn)情況進行綜合評定后使用[6-7]。

如河南義馬礦區(qū)千秋礦在回采易自燃厚煤層時，對自燃發(fā)火點先進行密閉處理后采用注氮方式將密閉區(qū)整體惰化，從而實現(xiàn)有效滅火。具體采取的注氮技術(shù)措施為：在密閉墻體內(nèi)插入2 根鋼管（Φ40mm）、深入到密閉墻體內(nèi)4 000 mm 以上，注氮量控制在400～600 m3/h，現(xiàn)場取得較好的滅火效果。

1.2 降低漏風(fēng)

在回采易自燃煤層時最為關(guān)鍵的防治措施即為封堵可能存在的漏風(fēng)點[8-9]。井工開采礦井井下空間狹小，易燃煤層與氧氣常時間接觸后容易出現(xiàn)氧化自燃問題。因此，應(yīng)采取適當?shù)姆缆╋L(fēng)措施降低外界空氣向采空區(qū)漏風(fēng)量[10]。井下開采時最為常見的漏風(fēng)點集中在采空區(qū)、聯(lián)絡(luò)巷、停采線、巷道高冒區(qū)以及溜煤眼等位置，近些年來各種封堵防漏風(fēng)材料在應(yīng)用逐漸普遍，具體各類材料適用范圍見表1。

表1 封堵材料類型及適用范圍

1.3 阻化技術(shù)

阻化劑本身不會與氧氣出現(xiàn)氧化反應(yīng)，通過采用阻化劑降低易自燃煤層表面煤體氧化活性，從而達到抑制煤層自燃目的?，F(xiàn)階段礦井常用的阻化劑類型包括有粉末、堿類、氯鹽類以及銨鹽類惰化劑。阻化劑具有制造簡單、成本低以及噴灑便捷等優(yōu)點，在國內(nèi)自燃煤層開采中應(yīng)用較為廣泛。

1.4 綜合防滅火技術(shù)

綜合防滅火技術(shù)是針對礦井生產(chǎn)特點綜合采用多種防滅火及，從而達到高效防滅火目的?，F(xiàn)階段礦井生產(chǎn)過程中主要以抑制煤層自燃為主，并逐漸形成自燃發(fā)火危險性預(yù)測、監(jiān)測為主，防滅火治理為輔的綜合防滅火體系。通過在自燃煤層回采時采取綜合防滅火措施來達到抑制煤層自燃目的，從而降低煤層自燃給礦井煤炭回采帶來的威脅及影響。

2 應(yīng)用實例分析

2.1 工程概況

山西某礦5306 工作面回采的3 號煤層厚度為6.9 m，采用綜放開采工藝，采放比為1:1.5。采面設(shè)計推進距離960 m、斜長180 m，開采范圍內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，回采巷道掘進揭露以及物探探測顯示，在回采范圍內(nèi)發(fā)育有多條落差介于1.5～3.3 m 斷層，以正斷層為主。3 號煤層為易自燃煤層，自燃發(fā)火期為29～56 d，煤塵具有爆炸危險性，煤層較為松軟、硬度介于0.2～0.45。

在5306 綜放工作面回采期間面臨的主要主要問題為如何避免采空區(qū)遺煤自燃。為此，礦井提出采用綜合安全保障技術(shù)確保采面生產(chǎn)安全，具體采取的技術(shù)措施包括有采空區(qū)注氮、注凝膠、注三相泡沫以及封堵漏風(fēng)通道等。

2.2 綜合安全保障技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 注漿

隨著采面推進，在采空區(qū)內(nèi)預(yù)先埋設(shè)2 條注漿管路（編號為a、b），并將注漿管路延伸至采面回風(fēng)巷前段位置。在注漿時為了確保注漿效果以及注漿質(zhì)量，可適當增加注漿漿液密度以及注漿量，具體注漿布置見圖1 所示。

圖1 注漿管路布置示意圖

隨著采面推進，當注漿管路a 埋入到采空區(qū)內(nèi)15 m 時在開啟A 閥門同時關(guān)閉B 閥門，通過a 管路向采空區(qū)注漿；當b 管路埋入到采空內(nèi)15 m 時開啟B 閥門并關(guān)閉A 閥門，通過管路b 向采空區(qū)注漿。通過管路a、b 循環(huán)從而達到不間斷向采空區(qū)注漿，從而達到抑制采空區(qū)遺煤自燃目的。

2.2.2 注凝膠

采用氣動泵將凝膠從回風(fēng)巷（運輸巷）運輸至采面回風(fēng)隅角（進風(fēng)隅角）位置，從而起到封閉采空區(qū)目的。

2.2.3 注三相泡沫

將三相發(fā)泡劑、泥漿、氮氣混合形成三相泡沫，并通過回風(fēng)巷內(nèi)預(yù)埋的注漿管路箱采空區(qū)內(nèi)灌注。具體灌注的三相泡沫技術(shù)參數(shù)見表2 所示。

表2 三相泡沫技術(shù)參數(shù)

2.2.4 封堵漏風(fēng)通道

用氣動泵將樹脂催化劑（4∶1） 通過鋼管（Φ19.05 mm）注入到采面進風(fēng)、回風(fēng)隅角位置，并注入羅克休對漏風(fēng)裂隙通道進行封堵，待凝固對采面隅角進行封填。

2.3 應(yīng)用效果分析

通過在5306 綜放工作面采取上述綜合安全保障措施后，采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火得到有效控制，降低了采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度，為采面安全回采創(chuàng)造了良好條件。具體回采期間監(jiān)測到的采空區(qū)內(nèi)CO 濃度（質(zhì)量分數(shù)）始終控制在12×10-6以內(nèi)。

3 結(jié)語

隨著礦井采掘深度增加，煤炭回采地質(zhì)條件更趨復(fù)雜，采用單一的防滅火技術(shù)措施難以達到較好的應(yīng)用效果。將多種防滅火技術(shù)綜合應(yīng)用，可較好的應(yīng)對井下各類災(zāi)害，提高礦井安全生產(chǎn)保障能力。

文中就對現(xiàn)階段礦井常用的防滅火技術(shù)展開探討，并以山西某礦5306 綜放工作面開采為具體實例，對采面采用的綜合安全保障技術(shù)進行分析?，F(xiàn)場應(yīng)用后，采空區(qū)遺煤自燃問題得到有效控制，采空區(qū)內(nèi)CO 濃度（質(zhì)量分數(shù)）始終控制在12×10-6以內(nèi)。