炮采放頂煤工作面自燃火災的防治技術(shù)研究

王 捷

（霍州煤電集團團柏煤礦通風科，山西 霍州 031400）

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，防治煤炭自然發(fā)火、防治瓦斯災害的方法日益增多，技術(shù)水平日益提高。然而就具體煤礦而言，并非每一種方法都能同時達到礦井防火、防瓦斯的目的。霍州煤電集團團柏煤礦10-117炮采放頂煤工作面開采過程中有煤炭自然發(fā)火隱患，防滅火難度大，同時瓦斯含量高，涌出量大，必須進行瓦斯災害治理。高分子水溶膠防治技術(shù)的應用能達到防瓦斯、防滅火的治理效果。

1 團柏煤礦10-117工作面概況

10-117工作面位于團柏煤礦-770m水平，煤層頂板松軟破碎，隨采隨冒落，自然發(fā)火期為3～6個月，煤塵爆炸性指數(shù)為37.23%，煤層厚為1.3～4.5m，煤層傾角20°～46°，工作面傾斜長度128m，采用炮采放頂煤回采工藝，回采高度2m，全部垮落法管理頂板，采用錨網(wǎng)、錨索支護技術(shù)支護。該工作面屬于高瓦斯地區(qū)，正常情況下的瓦斯絕對涌出量為3.4m3/min，爆破后的瓦斯絕對涌出量為6.0m3/min。通風系統(tǒng)為“U”型上行通風，運輸平巷進風，回風平巷回風，工作面配風為680m3/min。由于多種原因，該面從2012年5月6日開始采煤，至2012年8月30日，工作面上隅角里200 mm處CH4達10%以上、CO達60ppm、CO2達6.6%。

2 高分子水溶膠防治技術(shù)的機理分析

高分子水溶膠防治采空區(qū)煤炭自燃的機理是將高分子水溶膠壓注到漏風區(qū)進、回風側(cè)的松散破碎煤（巖）體后，高分子水溶膠以其良好的流動性和粘附性滲透到煤和巖石裂隙，充填包裹松散破碎煤（巖）體，與煤及矸石一起形成隔離帶。在工作面進、回風隅角的一定范圍內(nèi)壓注高分子水溶膠時，將起到以下幾個作用：（1）在工作面進風隅角的一定范圍內(nèi)，高分子水溶膠與煤及矸石一起形成嚴密的隔離帶，大大減少主風流對采空區(qū)的擴散漏風，顯著縮小采空區(qū)的自燃帶寬度；（2）工作面進、回風隅角的一定范圍內(nèi)高分子水溶膠與煤及矸石一起形成嚴密的隔離帶，降低工作面及上隅角的瓦斯?jié)舛龋唬?）高分子水溶膠滲透到煤和巖石裂隙后，使煤體形成隔氧阻化層，從而起到防瓦斯、防滅火作用。

3 高分子水溶膠防治技術(shù)的實踐應用

3.1 高分子水溶膠材料配置

配置高分子水溶膠時，應考慮以下幾個原則：

（1）充分利用高分子材料的特殊性能，如溶液粘度比同等濃度的低分子溶液要高得多，固水性強等，配制時以高分子聚合物為載體。

（2）配制的材料與水是溶脹關(guān)系，而非完全溶解關(guān)系，有較強的失水再生能力、耐高溫性能。

（3）將高分子聚合物和多種相容的具有阻燃、促焦、成模作用的無機鹽類優(yōu)化復合，使得高分子水溶膠同時具有高聚物與無機物的優(yōu)點。

因此，配制防治煤炭自燃的高分子水溶膠材料由主料和輔料組成，主料包括聚乙烯醇添加致密劑、成膜劑、消煙劑、促焦劑等，輔料包括有機溶劑、活性增稠劑及憎水劑等。

3.2 灌注高分子水溶膠防治采空區(qū)自燃技術(shù)工藝

首先，在10-117回風平巷通過TBW50/15型泥漿泵和注漿管路向工作面回風隅角灌注高分子水溶膠。第1～3d，在10-117回風平巷用Φ12mm鋼管插管子注高分子水溶膠，插管子深度為2.5m，每天注高分子水溶膠材料3kg，并預埋一趟Φ50mm鐵管。待工作面向外推8m后，采用Φ50mm鐵管向采空區(qū)注高分子水溶膠，同時仍采用Φ12 mm鋼管插管子向工作面上隅角注高分子水溶膠，達到工作面上隅角堵漏、阻化自然發(fā)火的目的。從第4d起，每天注高分子水溶膠材料20kg，一直持續(xù)到第37d，注入高分子水溶膠時安排專人進行觀察，待工作面上有高分子水溶膠流入時，停止注高分子水溶膠工作。

其次，為了防止10-117進風隅角向采空區(qū)竄入風流，同時在10-117運輸平巷采用Φ12mm鋼管插管灌注高分子水溶膠，10-117運輸平巷采用XRB2B型乳化液泵向10-117進風隅角的碎煤巖灌注高分子水溶膠。灌注高分子水溶膠時，安排專人進行觀察，如高分子水溶膠向工作面運輸平巷流入，則必須向溜子尾上部改插管子，繼續(xù)注高分子水溶膠。將運輸平老下幫至工作面雙抗網(wǎng)下端向上3m之間的距離充填高分子水溶膠，每天注入的高分子水溶膠防火劑材料不低于5kg。高分子水溶膠材料與水的配比，嚴格按6kg高分子水溶膠材料配1000kg水。

高分子水溶膠材料在料箱中同水配比是否均勻是該工藝的關(guān)鍵，具體操作方案為：邊加水邊加料，在加料劑時，要充分利用交匯接觸面往上翻起的水浪（花）把料劑帶走、混合，以達到均勻混合、致密成膠的目的，即水加滿，料加完。因10-117防塵水壓為1.9MPa，10-117回風平巷水壓達1.3MPa。

4 實踐效果分析

4.1 減漏風效果

采用單元法測定的灌注高分子水溶膠前后工作面有效風量變化見表1和圖1，根據(jù)圖表可以看到灌注高分子水溶膠后的工作面有效風量增加了41.6～61.9m3/min，也就是減少了向采空區(qū)漏風的數(shù)量。

表1 灌注高分子水溶膠前后工作面有效風量變化表

圖l 灌注高分子水溶膠前后工作面有效風量變化曲線

4.2 防治自燃效果

高分子水溶膠材料使用前后CH4、CO2、CO及溫度變化情況見圖2和圖3。高分子水溶膠材料使用后，隨著工作面的推進，上隅角里200mm處的CH4由10%以下降到1.4%，CO2由6.6%降到0.3%，CO由60×10-6降到0，溫度由30℃降到24℃；回風流的CH4由0.8%降到0.54%，CO2由0.2%降到0.1%。說明高分子水溶膠和碎煤、矸石一起形成有效的隔離帶，消除了原先出現(xiàn)的CO氣體，有效地防止了工作面采空區(qū)煤炭自燃隱患，減少了采空區(qū)的瓦斯涌出。

圖2 上隅角里200mm處CH4、CO2及CO變化曲線

5 結(jié)語

通過對霍州煤電集團團柏煤礦10-117高瓦斯炮采放頂煤面實例研究表明，高分子水溶膠可有效地控制炮采放頂煤傾斜工作面煤炭自燃，可有效地抑制采空區(qū)有害氣體涌出，解決了現(xiàn)行防滅火技術(shù)對炮采放頂煤工作面防滅火效果不好的問題，為控制工作面煤炭自燃、抑制采空區(qū)有害氣體涌出開辟了一條新路。

圖3 回風流CH4、CO2變化曲線