厚煤層綜放工作面回撤期間防滅火技術(shù)研究

范寶同 李 敬 郭玉印

（山東濟(jì)礦魯能煤電股份有限公司陽(yáng)城煤礦，山東 汶上 272502）

由于厚煤層綜放工作面開(kāi)采強(qiáng)度大、工序復(fù)雜、回采速度相對(duì)較慢、采空區(qū)遺煤多、冒落高度大、漏風(fēng)嚴(yán)重等因素，使得采空區(qū)自然發(fā)火的危險(xiǎn)明顯增加。尤其在工作面末采及回撤期間，預(yù)防工作面及采空區(qū)自然發(fā)火愈加困難，使用單一的防滅火措施難以取得預(yù)期效果[1-2]。針對(duì)此難題，以陽(yáng)城煤礦3306 工作面1#切眼回撤為例，研究實(shí)施了上下隅角使用瑞爾斯高分子材料封堵、工作面壓注凝膠、采空區(qū)注低溫CO2、漏頂區(qū)域充填LFM 輕型充填材料的綜合防滅火措施，確保了工作面安全回撤。

1 工作面情況介紹

陽(yáng)城煤礦3306 工作面位于三采區(qū)下山以北，3304 工作面東部（下側(cè)），鄰近3304 工作面布設(shè)。工作面面長(zhǎng)（開(kāi)采）斜距平均209.8m。正常工作面回采推進(jìn)長(zhǎng)度1076m，煤厚平均為6.5m，煤層底板標(biāo)高位于-743～ -920m 之間。3306 工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜采放頂煤采煤方法，上行通風(fēng)方式，開(kāi)采煤層為Ⅱ類自燃煤層，最短發(fā)火期33d，配有完善的防滅火系統(tǒng)。

3306 工作面1#切眼回撤創(chuàng)條件過(guò)程中，在110#～135#支架區(qū)域內(nèi)多處出現(xiàn)CO 異常點(diǎn)，最高濃度為176ppm，溫度36.5℃，回風(fēng)流中CO 最高為22ppm。

2 CO 濃度升高報(bào)警原因分析

（1）綜放工作面回采率低、采空區(qū)遺煤多、煤體長(zhǎng)期處于干燥狀態(tài)等。工作面臨近回采結(jié)束創(chuàng)條件期間不再進(jìn)行放煤，采空區(qū)大量的浮煤堆積氧化。

（2）工作面創(chuàng)條件期間受斷層影響，31d 只推進(jìn)了10m，且在推采過(guò)程中，工作面部分區(qū)域漏頂、片幫嚴(yán)重，形成了頂部空洞及漏風(fēng)通道。

（3）隅角存在漏風(fēng)通道。因煤柱影響，使得上下隅角冒落不嚴(yán)，空隙大，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)量較大。

（4）工作面大型設(shè)備多，回撤周期長(zhǎng)，煤體長(zhǎng)期處于氧化生熱狀態(tài)。

（5）回采工作面埋藏較深，受地溫影響采空區(qū)溫度較高，遺煤氧化加速，也是導(dǎo)致CO 濃度升高的重要原因。

3 綜合防滅火技術(shù)應(yīng)用

3.1 加強(qiáng)自燃指標(biāo)氣體監(jiān)測(cè)監(jiān)控

（1）工作面創(chuàng)條件及回撤支架期間，每5 個(gè)支架設(shè)置一組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，重點(diǎn)異常區(qū)域每個(gè)支架都設(shè)置為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。瓦斯檢查員每班對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)架后遺煤的溫度以及支架架頂、架后等氣體易積聚地點(diǎn)的CO進(jìn)行檢查。

（2）瓦斯檢查員每天對(duì)工作面回風(fēng)流、回風(fēng)隅角及工作面異常點(diǎn)進(jìn)行人工采樣，升井后通過(guò)色譜分析儀進(jìn)行分析，并將同一地點(diǎn)分析的結(jié)果繪制成氣體變化曲線，根據(jù)氣體變化曲線及時(shí)調(diào)整防火措施。

（3）利用KJ95N 安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)回撤工作面的CO、溫度、CH4進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（4）通過(guò)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)工作面自然發(fā)火監(jiān)測(cè)點(diǎn)定時(shí)定點(diǎn)進(jìn)行抽樣分析，密切關(guān)注好工作面氣體變化。

3.2 綜合治理措施

針對(duì)3306 工作面布置及回采情況，在末采及回撤支架期間主要采取上下隅角使用瑞爾斯高分子材料封堵、工作面壓注凝膠、采空區(qū)注低溫CO2、漏頂區(qū)域充填LFM 輕型充填材料的綜合防滅火措施。由于工作面為俯采，且工作面煤層平均傾角為25°，為避免工作面底部出現(xiàn)大量潰漿，故不選擇采空區(qū)注漿方式。

3.2.1 上、下隅角封堵措施

工作面創(chuàng)條件期間，每隔5m 在上、下隅角砌筑一道擋風(fēng)密閉墻。工作面停采后，在上、下隅角各砌筑一道擋風(fēng)密閉墻，并對(duì)擋風(fēng)密閉墻的外側(cè)、端頭支架架后、前梁架頂外漏煤體使用瑞爾斯高分子封堵材料進(jìn)行噴涂封堵，并利用擋風(fēng)密閉墻上預(yù)留的注膠孔對(duì)上、下隅角的墻內(nèi)壓注凝膠，直到注滿為止，減少采空區(qū)漏風(fēng)。

3.2.2 工作面壓注凝膠

工作面停采后，對(duì)采空區(qū)壓注凝膠，形成架后凝膠隔離墻，封堵采空區(qū)漏風(fēng)。

（1）對(duì)工作面上下端頭支架施工注膠孔，壓注凝膠，進(jìn)一步封堵端頭漏風(fēng)。如圖1 所示。

圖1 端頭支架注膠孔布置示意圖

（2）利用工作面支架的間隙施工注膠孔，每隔一個(gè)支架施工一個(gè)架中孔，然后交替施工支架前、架后孔，形成“W”注膠孔布置方式。架中孔孔深6～7m，仰角45°～60°；架前孔孔深8～9m，仰角30°～45°；架后孔深5～6m，仰角大于60°。如圖2 所示。

圖2 工作面注膠孔布置圖

注膠量計(jì)算：根據(jù)注膠孔設(shè)計(jì)，注膠防火控制單個(gè)支架傾向長(zhǎng)度約12m，支架寬度1.5m，控制高度約為5m，則需處理的浮煤體積12m×1.5m×5m=90m3。采空區(qū)浮煤孔隙率按40%計(jì)算，需注凝膠90m3×40%=36m3?？紤]1.5 的富余系數(shù)，計(jì)算結(jié)果單個(gè)支架需注膠36m3×1.5=54m3，可覆蓋煤體氧化通道。若發(fā)現(xiàn)漏膠嚴(yán)重，要及時(shí)停止注膠，重新打孔下注膠管補(bǔ)注到設(shè)計(jì)注膠量。

利用布置的注膠孔，對(duì)工作面架頂、架后遺煤進(jìn)行注膠封堵，形成膠體隔離墻，防止漏風(fēng)。

3.2.3 深部鉆孔壓注CO2

CO2比空氣的密度大，可快速沉入采空區(qū)底部而擠出O2，擴(kuò)散并充滿其空間，使采空區(qū)內(nèi)O2濃度急速下降。與此同時(shí)，大量的高濃度CO2的擴(kuò)散必然會(huì)提高采空區(qū)內(nèi)的氣體靜壓，進(jìn)而會(huì)降低采空區(qū)的漏風(fēng)量，可以使采空區(qū)長(zhǎng)期處于惰化狀態(tài)。

工作面創(chuàng)條件過(guò)程中，推采速度慢，采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，架后遺煤氧化升溫快，普通的注膠方式不能有效的處理采空區(qū)深部遺煤。為及時(shí)處理深部遺煤氧化自燃的隱患，在軌順距工作面煤壁往外5m 處，施工鉆探硐室，使用ZLJ537 煤礦用坑道鉆機(jī)在高位處向工作面架后施工鉆孔。終孔間距約15m，終孔設(shè)計(jì)位置位于支架上部巖層5m，深度距離支架后尾梁約20m。如圖3 所示。

使用鉆機(jī)依次施工1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#鉆孔，每次施工完鉆孔后，對(duì)鉆孔進(jìn)行壓注低溫CO2，流量調(diào)節(jié)至200m3/h，每個(gè)鉆孔設(shè)計(jì)總流量為1500m3。每孔壓注完CO2后，為防止CO2外溢，在拔鉆桿過(guò)程中，每拔4m，壓注凝膠15m3。使用該技術(shù)不僅惰化了采空區(qū)環(huán)境，而且在拔鉆桿過(guò)程中壓注凝膠，該區(qū)域得到了降溫封堵。

圖3 鉆孔施工示意圖

表1 鉆孔設(shè)計(jì)施工參數(shù)表

3.2.4 對(duì)漏頂區(qū)域的處理

向局部漏頂區(qū)域施工鉆孔充填LFM 輕型充填材料。LFM 輕型充填材料是一種不燃燒也不助燃的發(fā)泡充填加固材料，工藝簡(jiǎn)單，耐壓強(qiáng)度大。通過(guò)風(fēng)葫蘆向漏頂區(qū)域施工鉆孔，并通過(guò)鉆孔經(jīng)便攜式注漿泵將LFM 輕型材料充填至漏頂區(qū)域，不僅起到加固頂板作用，還有效地封堵了漏風(fēng)通道。

4 應(yīng)用效果

在3306 工作面1#切眼回撤過(guò)程中，采空區(qū)共壓注凝膠5100m3，注低溫CO2約115200m3，對(duì)漏頂區(qū)域充填LFM 輕型材料約380m3。在回撤支架過(guò)程中，經(jīng)過(guò)人工檢測(cè)及氣相色譜儀分析，工作面回風(fēng)流中CO 濃度穩(wěn)定在5ppm 以下，溫度最高為26℃。通過(guò)采取以上綜合防滅火技術(shù)措施，保證了工作面的安全回撤，杜絕了火災(zāi)事故的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）自燃厚煤層綜放工作面回撤創(chuàng)條件期間，由于設(shè)備多，創(chuàng)條件推采速度慢，且不再進(jìn)行放煤，采空區(qū)遺煤多。因此，為預(yù)防自然發(fā)火，應(yīng)對(duì)工作面上下隅角進(jìn)行注膠封堵，減少采空區(qū)漏風(fēng)[3]。

（2）加強(qiáng)工作面開(kāi)采末期各項(xiàng)自然發(fā)火指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，充分利用監(jiān)測(cè)監(jiān)控、色譜分析等手段，并及時(shí)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)總結(jié)，分析規(guī)律。

（3）采空區(qū)遺煤自然發(fā)火治理較為復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)工作面推采地質(zhì)情況，先對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行有效的控制。

（4）采取深部鉆孔壓注低溫CO2的防滅火措施，可以迅速惰化采空區(qū)壞境，有效杜絕采空區(qū)遺煤的氧化自燃。