超長工作面綜放設(shè)備回撤期間防滅火技術(shù)研究

冀宏強

（山西晉汾新天綜合服務有限責任公司，山西 孝義 032300）

綜放具有產(chǎn)量大、效益好等優(yōu)點，是現(xiàn)階段厚煤層主要開采工藝[1-2]。綜放開采工作面設(shè)備回撤期間防滅火主要有注入惰性氣體、噴灑阻化劑、注入黃泥漿等方式，近些年來阻化汽霧、高分子膠體以及三相泡沫等在井下防滅火中應用也逐漸廣泛[3-5]。山西某礦S607 綜放工作面在回撤期間監(jiān)測到有CO 涌出，給綜放設(shè)備回撤安全帶來一定威脅。針對采面回撤現(xiàn)場實際情況以及采面煤層賦存情況，提出采用黃泥灌漿、局部正壓通風、灌注高分子膠體等方式進行綜合防滅火，有效抑制了采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃進程，實現(xiàn)了綜放工作面設(shè)備的安全回撤。

1 工程概況

1.1 采面概況

S607 綜放工作面回采2#煤層，煤層埋深309 m，傾角5°，結(jié)構(gòu)簡單，厚度7.2 m，自燃發(fā)火傾向性為Ⅱ類。2#煤層頂?shù)装鍨榉凵皫r、砂質(zhì)泥巖，裂隙不發(fā)育。工作面走向1 860 m、傾向295 m，采面現(xiàn)階段已進入末采階段，采高為2.8 m，放煤高度4.4 m，采放比1∶1.57。具體采面內(nèi)主要綜放設(shè)備見表1 所示。

表1 采面主要綜放設(shè)備

1.2 采空區(qū)遺煤自燃分析

礦井在回采2#煤層過程中其他工作面在回采以及綜放設(shè)備回撤期間呈現(xiàn)出采空區(qū)遺煤自燃問題，根據(jù)井下實際情況將遺煤自燃原因歸結(jié)為以下幾點[6-7]：

1）2#煤層自燃發(fā)火周期短。2#煤為自燃煤層，煤層自燃發(fā)火期介于35 d～106 d，但是其他工作面在回采過程中發(fā)現(xiàn)煤層自燃發(fā)火時間較短，最短為25 d。

2）采面推進速度慢。S607 綜放工作面在末采階段地質(zhì)構(gòu)造復雜，采面揭露有多條落差在1.5 m～3.6 m 斷層，在一定程度制約采面推進速度。采面正常回采期間推進速度為4.8 m/d，在末采過斷層期間速度降低至1.6 m/d，同時采空區(qū)內(nèi)遺煤量也有所增加。采面推進速度較慢，液壓支架反復對頂煤進行支撐，造成頂煤較為破碎，局部位置甚至出現(xiàn)聯(lián)通采空區(qū)裂隙，增加采空區(qū)漏風量。

3）采面長、設(shè)備回撤周期長。S607 綜放工作面斜長為295 m，使用的支架共計218 臺，由于液壓支架質(zhì)量大，設(shè)備回撤時間預計需要35 d，采空區(qū)遺煤存在較高的自燃發(fā)火風險。

2 綜放設(shè)備回撤期間防滅火技術(shù)

2.1 強化監(jiān)測

1）在S607 綜放設(shè)備回撤期間每天安排專人對回風流、上隅角、綜放支架間以及束管系統(tǒng)內(nèi)氣體成分進行檢測，并對氣體成分變化情況進行分析[8]。

2）采用紅外線測溫設(shè)備對液壓支架后方、支架頂梁以及施工的探測鉆孔內(nèi)溫度進行檢測，并繪制溫度變化曲線。

3）采用礦井已有的KJ95 安全監(jiān)控系統(tǒng)對采面回風流、采面內(nèi)以及回風上隅角等位置CH4、CO 以及溫度等進行監(jiān)測，確保綜放設(shè)備回撤期間監(jiān)控系統(tǒng)可平穩(wěn)運行。

2.2 綜合防治技術(shù)

2.2.1 局部正壓通風

在S607 采面停采后在進風隅角位置施工2 道密閉墻體，對采空區(qū)進行封堵，以便減少采空區(qū)漏風量。施工的2 道密閉墻體中，一道為永久密閉，并在墻體內(nèi)預留注氮、注漿等管路；另外一道為臨時密閉，采用石料砌筑、厚度為1.0 m，并在墻體上涂抹黃泥對漏風裂隙進行封堵。

在S607 采面回風巷外段布置局部通風機（功率為2×35 kW），配合Φ800 mm 風筒為采面進行供風；同時調(diào)節(jié)采面內(nèi)出風量，以便避免采空區(qū)內(nèi)瓦斯大量溢出。

2.2.2 采面隅角封堵

在S607 采面上、下隅角位置采用麻袋裝碎煤并配合FSA 材料快速構(gòu)建密閉墻體，墻體厚度在1m 以上，并在墻體之上及周邊均噴射艾格勞尼材料對裂隙進行封堵；在采面回風隅角處密閉墻體間使用高水材料進行充填，以便對采空區(qū)漏風通道進行封堵。

在S607 綜放工作面末采期間在回風巷內(nèi)預埋2 趟注漿管路，注漿管出口距離停采線20 m～25 m，且高于采空區(qū)底板1.5 m；在采面進風巷鋪設(shè)注氮管路，管路出口與停采線間距約30 m。在綜放設(shè)備回撤期間采用注漿管路向采空區(qū)內(nèi)間隙注入三相泡沫以及黃泥漿；通過注氮管路向采空區(qū)內(nèi)注入體積分數(shù)在98%以上的氮氣。

2.2.3 注高分子膠體以及注漿

1）在綜放支架前施工鉆孔向采空區(qū)內(nèi)注入高分子膠體。在綜放支架回撤期間從采面回風巷向進風巷方向間隔5 個支架布置一個鉆孔，通過鉆孔向采空區(qū)內(nèi)灌注高分子膠體，封堵液壓支架后方遺煤內(nèi)裂隙，減少采空區(qū)漏風量。對監(jiān)測到氣體含量、溫度等存在異常位置駐點進行高分子膠體注入，及時控制浮煤氧化。具體采面內(nèi)鉆孔布置見圖1 所示。

圖1 采面內(nèi)鉆孔布置

2）在采面進風巷內(nèi)向采空區(qū)施工高位注漿鉆孔，鉆孔距離近風巷10 m～25 m 范圍內(nèi)、深入到采空區(qū)內(nèi)15 m、高度位于2#煤層頂板上覆2 m 位置。具體布置見圖2 所示。

圖2 高位注漿鉆孔布置示意圖

2.3 防滅火效果分析

在S607 綜放工作面綜放設(shè)備回撤期間采取上文所示綜合防滅火技術(shù)措施后，工作面采空區(qū)內(nèi)異常情況得以有效控制，采面內(nèi)、回風流以及回風上隅角等位置內(nèi)CO 體積分數(shù)降低至正常范圍內(nèi)，具體監(jiān)測獲取到的回風隅角內(nèi)CO 體積分數(shù)變化曲線見圖3所示。

圖3 回風隅角內(nèi)CO 體積分數(shù)變化曲線（2022 年）

3 結(jié)語

1）S607 綜放工作面開采的2# 煤層具有自燃發(fā)火傾向性，同時采面末采期間地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、推進速度緩慢、采空區(qū)內(nèi)遺煤量較大，采空區(qū)內(nèi)遺煤有較高自燃風險；綜放工作面斜長為295 m，預計綜放設(shè)備回撤需要35 d，設(shè)備回撤耗時時間長，會進一步增加采空區(qū)遺煤自燃風險。

為此，提出采用降低采空區(qū)漏風量、密閉采空區(qū)以及向采空區(qū)內(nèi)注入惰性氣體以及高分子膠體、黃泥等方式進行綜合防滅火?，F(xiàn)場應用后，采面綜放設(shè)備回撤期間各個位置CO 體積分數(shù)均降至正常范圍內(nèi)，實現(xiàn)了綜放設(shè)備安全回撤。