綜放工作面收尾期間自然發(fā)火防治技術探討

陳建飛

（山西焦煤有限責任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

煤炭作為我國主要能源賦存廣泛，由于煤炭形成時期、環(huán)境等不同，部分煤炭有自然發(fā)火[1-2]的特性，嚴重影響煤炭資源的安全高效開采。 廣大技術人員結合不同開采地質條件，對煤炭開采防滅火技術進行了研究[3-4]。 本次結合官地煤礦生產實際，探討如何防治綜放工作面收尾拆架期間采空區(qū)自然發(fā)火的難題。

1 工程概況

官地煤礦現(xiàn)開采8 號煤層和9 號煤層，煤層傾角為10°。 8 號煤層厚3.5 m，8 號上煤層厚0.65，兩層間距為1.7 m；9 號煤層厚3.21 m，距上部8 號煤層0.93 m；8 號煤層屬Ⅱ類易自燃煤層；9 號煤層為Ⅲ類不易自燃煤層；8 號和9 號煤層間距較小，采用綜放聯(lián)合開采8 號和9 號煤層，一次全高采9 號煤層，放8 號煤層。28417 工作面，切眼長200 m，可采長度617 m，其上部為16405、16407、23414、23416、23418 工作面采空區(qū)，東部和西部分別為28412 和28416 采空區(qū)。

2 自然發(fā)火分析

2.1 發(fā)火地點

（1）架后網上煤炭自燃。 為維護工作面頂板安全，在工作面末采期間需停止放頂煤，并鋪網維護頂板，鋪網寬度為15 m，工作面回采過后，該區(qū)域頂煤冒落與采空區(qū)，長時間熱量積聚，含氧量上升，極易氧化自燃。

（2）架頂煤炭自燃。 工作面末采鋪網及停采拆架時，支架上部和由于后溜上部煤炭遺留未放出，拆架后頂煤冒落，風流擴散對冒落煤炭供氧，若拆架時間過長，則會導致冒落煤炭自燃的可能性增加。

2.2 發(fā)火原因

（1）通風斷面變小局部阻力增大。 停采后準備拆架時，工作面通風斷面較大，拆除部分支架后，支架上部頂煤冒落，導致已經拆架區(qū)域通風斷面變窄，通風阻力增大，風壓升高，工作面風流會向采空區(qū)深部擴散，使得工作面采空區(qū)大范圍漏風，氧氣含量身高，遺煤出現(xiàn)氧化自燃的概率大幅升高。

（2）拆架時間長。 根據(jù)以往經驗，工作面停采拆架用時長，一般超過30 天，采空區(qū)遺煤內部熱量不斷積聚，加之通風阻力大，新鮮風流不能將熱量帶走，導致遺煤自燃可能性增大。

（3）采空區(qū)漏風嚴重。 工作面支架可以阻擋工作面風流使其漏入采空區(qū)，支架拆除后無法起到擋風作用，工作面風流漏入采空區(qū)；工作面進風、回風隅角由于有煤柱的支撐，頂煤冒落不嚴實，會形成一個漏風帶，特別是進風側風壓大，漏風深度更深，造成采空區(qū)“三帶”中的氧化帶區(qū)域加寬，增加了遺煤自燃著火的危險性。

3 防治技術

3.1 強化預測預報

在工作面回風隅角、工作面、回風流以及支架間設置自然發(fā)火觀測點，每班安排專人對回風隅角、工作面、回風流以及支架前、后部間隙的CH4、CO2、CO、O2、溫度等情況進行綜合檢查，制定專項檢查表，對數(shù)據(jù)進行跟蹤、整理、分析，實時掌握工作面的自然發(fā)火情況，防患于未然。

3.2 實施頂煤注漿

針對頂煤冒落空隙大，具備大量漏風通道[5-6]，形成氧氣積聚，采用預注漿減小漏風通道。 工作面拆架通道形成后，在鄰近支架之間施工注漿鉆孔，進行頂煤注漿，加固頂煤，增大頂煤冒落的完整性，減少漏風通道和漏風量，同時通過注漿使氧化帶提前進入窒息帶，從而降低采空區(qū)遺煤自燃風險。 注漿鉆孔布置參數(shù)如下：①開孔位置位于相鄰兩個支架前端，終孔位置位于支架尾梁后端采空區(qū)氧化帶內，總計施工129 個鉆孔；②鉆孔孔深為11.4～15 m，傾角為27°，鉆孔封孔長度為6 m；③注漿材料采用速凝固化劑，注漿料與水的比例為1:1.5。注漿過程中一旦支架后部或頂部的煤炭裂隙漏出漿液，立即停止注漿，總計使用注漿材料28 t。 鉆孔布置如圖1 所示。

圖1 注漿鉆孔布置

3.3 優(yōu)化拆架工藝

以往工作面支架拆除時，采用副巷拆架運輸，正巷回風的方式，為保證回風通道暢通，必須在工作面支架拆除后在掩護支架后部及時加打 “#”型木垛；此種拆架工藝，拆架效率低，拆架時間過長，采空區(qū)遺煤自然發(fā)火風險大。 本次工作面收尾采用優(yōu)化拆架工藝，即采用正、副巷同時出架的回撤方案，縮短拆架時間。 其具體工藝如下：①通過施工回風聯(lián)絡巷，使工作面形成兩個拆架通道，回風聯(lián)絡巷位于工作面上部40 號支架處，距正巷60 m。②形成通風系統(tǒng)后，分上下兩部，通過正、副巷同時拆架。 工作面先拆除40 號支架，之后按照鄰近原則，1#～38#支架按照倒序逐步經工作面正巷拆出，39#～135#支架按照正序依次經工作面副巷拆出。③采用兩端雙通道拆架，需調整工作面通風系統(tǒng)，除正常供風外，為保證拆架期間通風穩(wěn)定，需在正巷皮帶機頭安裝局部通風機，對工作面上部1#～38#支架拆架處進行供風；同時為防止39#～135#拆架期間因頂板垮落堵塞通風通道，在副巷安裝局部通風機作為備用，通風系統(tǒng)如圖2 所示。④局部采空區(qū)及時密閉。 由于工作面上部拆架數(shù)量少，在其完成拆架后，需及時進行永久密閉，降低工作面自然發(fā)火危險性。 同時利用局部通風系統(tǒng)，對下部區(qū)域39#～135#架拆架處進行供風，工作面1#～38#架區(qū)域封閉后通風系統(tǒng)如圖3 所示。⑤工作面采空區(qū)整體密閉。 工作面拆架完畢后，在正、副巷口及時構筑永久密閉，徹底封閉采空區(qū)。

圖2 拆架期間通風系統(tǒng)

圖3 工作面1#-38#架區(qū)域封閉后通風系統(tǒng)

3.4 控制風量

根據(jù)工作面瓦斯涌出來量，拆架作業(yè)人數(shù)，綜合確定工作面回撤期間的供風量；通過降低配風量使后部采空區(qū)氧化帶的含氧量降低，使氧化帶提前進入窒息帶。 供風量由正常回采時的1 200 m3/min 降低至400～500 m3/min。

3.5 持續(xù)注氮

工作面拆架期間，使用回采期間的注氮系統(tǒng)[5-6]，持續(xù)保持對采空區(qū)注氮，以降低采空區(qū)含氧量，防止遺煤自燃。 在工作面停采前將注氮口埋入采空區(qū)，距離不少于30 m，注氮口距底板不少于300 mm，氮氣濃度大于97%。

3.6 快速封閉

為提高采空區(qū)密閉速度，采用新材料進行永久密閉施工。 在封閉通往采空區(qū)的巷道時，先用料石在巷道內構筑密閉前后墻，之后中間充填材料改為速凝固化劑，該材料與水混合可以通過泥漿泵直接注入墻體內，提高了封閉速度和封閉效果，比傳統(tǒng)封閉工藝節(jié)省5 天時間。

4 效果分析

官地煤礦綜放工作面，以往拆架耗時40～50 d；采用正、 副巷同時出架工藝后，支架拆除僅用時25～30 d，拆架時間大幅縮短，拆架效率提升約40%。 針對自然發(fā)火威脅，采用綜合防治技術后，工作面在回撤后期回風流內CO 濃度由以往的60～80 ppm 降低至18 ppm，大大降低煤層自然發(fā)火危險，取得了良好的效果。

5 結論

1）分析28417 工作面收尾拆架期間自然發(fā)火原因，決定采用正、副巷同時出架工藝，支架拆除僅用時25～30 d，拆架時間較以往大幅縮短，拆架效率提升約40%。

2）加強自然發(fā)火預測預報，采用預注漿封堵裂隙、 調整拆架期間供風量和采空區(qū)注氮等綜合防滅火技術措施，工作面在回撤后期回風流內CO濃度由以往的60～80 ppm 降低至18 ppm，有效降低了采空區(qū)煤炭自然發(fā)火危險。

3）工作面支架、設備回撤后采用新材料對采空區(qū)進行永久密閉施工。 在對采空區(qū)封閉時，在巷道內構筑密閉前后墻中間充填材料改用速凝固化劑，提高了封閉速度和封閉效果，比原封閉工藝可提前5 天完成采空區(qū)封閉。