自燃煤層沿空留巷防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用

查庭棚

（冀中能源股份公司 葛泉礦，河北 邢臺 054000）

1 概 況

冀中股份葛泉礦位于河北省邢臺市西南約18 km 處。礦井西北以F5 斷層為界，西南以F4、DF6斷層為界，東北以F12、F13 斷層為界，東南至9號煤層露頭線，井田面積11.330 6 km2，水文地質(zhì)類型復(fù)雜型礦井。

1.1 通風(fēng)情況

葛泉礦采用中央并列抽出式通風(fēng)，共有副立井和主立井2 個井筒，其中，副井進(jìn)風(fēng)，主井用于提升和回風(fēng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、通風(fēng)設(shè)施齊全。采用立井單水平開拓，分南北兩翼。各采區(qū)、工作面及主要硐室均實現(xiàn)了分區(qū)通風(fēng)和獨立通風(fēng)。葛泉礦實際測定礦井總進(jìn)風(fēng)量為6 443 m3/min，礦井總回風(fēng)量6 562 m3/min，礦井有效風(fēng)量為5 974 m3/min，有效風(fēng)量率為92.4%，礦井等積孔3.13 m2。

1.2 瓦斯情況

葛泉礦為低瓦斯礦井，根據(jù)2020 年礦井瓦斯等級鑒定報告，礦井瓦斯絕對涌出量為3.574 m3/min，相對涌出量為2.039 m3/t。礦井二氧化碳絕對涌出量為3.748 m3/min，相對涌出量為2.139 m3/t。

1.3 自燃發(fā)火情況

葛泉礦主采煤層為2 號、2下煤、5 號煤層，2020 年5 月經(jīng)中煤科工集團(tuán)重慶研究院鑒定，2 號煤為Ⅲ類不易自燃煤層，2下煤、5 號煤層均為Ⅱ類自燃煤層。2016 年經(jīng)中國礦業(yè)大學(xué)鑒定，2下煤層最短自然發(fā)火期為39 d，5 號煤層煤層最短自然發(fā)火期為41 d。2下煤層可作為煤層自然發(fā)火的指標(biāo)氣體有CO、C3H8、C2H4和C2H2。CO 的出現(xiàn)表明煤層已經(jīng)開始氧化；C3H8的出現(xiàn)表明煤層局部溫度達(dá)到90 ℃以上；C2H4的出現(xiàn)表明煤層局部溫度達(dá)到150 ℃以上，已進(jìn)入加速氧化階段；C2H2的出現(xiàn)標(biāo)志著煤層局部溫度已超過336.5 ℃。

5 號煤層可作為煤層自然發(fā)火的指標(biāo)氣體有CO、C3H8、C2H4和C2H2。CO 的出現(xiàn)表明煤層已經(jīng)開始氧化；C2H4和C3H8的出現(xiàn)表明煤層局部溫度達(dá)到140 ℃以上，已進(jìn)入加速氧化階段；C2H2的出現(xiàn)標(biāo)志著煤層局部溫度已超過336.3 ℃。

為確保礦井安全生產(chǎn)，防止發(fā)生煤層自然發(fā)火，礦井建有安全監(jiān)控、束管防滅火檢測、監(jiān)控系統(tǒng)、井下注漿站系統(tǒng)，礦井防滅火一般采取采后注漿措施，重點地區(qū)配合采取噴灑阻化劑、噴漿堵漏、均壓等綜合防滅火措施。

1.4 安全監(jiān)測監(jiān)控

葛泉礦在用的安全監(jiān)控系統(tǒng)型號為KJ83X（A），生產(chǎn)廠家為煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，井下按規(guī)定安設(shè)有CH4、CO、溫度、風(fēng)速、煙霧、風(fēng)機(jī)開停、風(fēng)筒、饋電等各類傳感器合計230 余臺。傳感器報警值等按規(guī)定設(shè)置，監(jiān)控數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，監(jiān)控系統(tǒng)運行正常。

2 132下04 工作面沿空留巷

葛泉礦北翼2下煤三采區(qū)位于礦井北翼，布置有2 條上山，2下煤三采區(qū)軌道上山作為采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷，2下煤三采區(qū)運輸上山作為采區(qū)回風(fēng)巷，采區(qū)現(xiàn)布置有1 個回采工作面、2 個掘進(jìn)工作面，采區(qū)進(jìn)風(fēng)量為1 378 m3/min，回采工作面設(shè)計配風(fēng)量340 m3/min，掘進(jìn)工作面采用FBDNO.6.0(2×15 kW)局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，需要配風(fēng)量170 m3/min，實際配風(fēng)量190 m3/min，能夠滿足生產(chǎn)需要。

葛泉礦132下04 綜采工作面位于2下煤三采區(qū)，所采煤層為2下煤，132下04 工作面走向長910 m，平均傾斜長120 m，最大面長161 m，平均煤厚1.77 m，工作面實際可采儲量32 萬t。按月產(chǎn)3.5 萬t，132下04 工作面服務(wù)年限為9.1 個月。工作面采用走向長壁區(qū)域后退式綜合機(jī)械化采煤法，全部跨落法處理采空區(qū)?；夭善陂g最高瓦斯絕對涌出量為0.24 m3/min，平均瓦斯涌出量為0.20 m3/min。

132下04 工作面進(jìn)風(fēng)巷自F404 斷層探巷開始采用沿空留巷技術(shù)，該巷道總長400 m，巷道采用4.0 m×2.6 m 錨網(wǎng)支護(hù)。132下04 工作面自留巷開始，增大運料巷供風(fēng)量，一路風(fēng)過工作面進(jìn)入工作面回風(fēng)巷，另一路風(fēng)經(jīng)沿空留巷進(jìn)入全風(fēng)壓通風(fēng)段巷道132下03 運料巷。沿空留巷段按照160 m3/min進(jìn)行配風(fēng)，實際達(dá)到180 m3/min。沿空留巷實際供風(fēng)量以滿足瓦斯、CO、人員、最低風(fēng)速等需要。該工作面沿空留巷采用全風(fēng)壓通風(fēng)方式。

3 沿空留巷防滅火技術(shù)方案及措施

3.1 采空區(qū)堵漏風(fēng)

留巷巷道采用復(fù)合漿體材料對沿空幫及巷道頂部進(jìn)行噴涂封閉，噴漿覆蓋整個采空幫，并向巷道頂板延伸1 m 范圍。噴涂前，對隅角及沿空幫落巖空隙用不燃性材料充填，使噴層表面盡量平整。噴層厚度不少于20 mm，沿空幫及巷道頂部噴涂封閉滯后工作面不超過30 m。在第一次掛漿變硬后，進(jìn)行復(fù)噴。噴涂封閉要嚴(yán)密不漏風(fēng)，發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象，及時補噴。復(fù)合漿體材料水泥∶粘土∶水∶水玻璃∶玻璃纖維=1∶1.5∶2∶0.02∶0.003（重量比）。

3.2 注漿系統(tǒng)

132下04 運料巷注漿管路接至工作面，覆蓋整個沿空留巷巷道，并保證完好暢通，在132下04 沿空留巷采空區(qū)內(nèi)預(yù)埋注漿管路，根據(jù)采空區(qū)氣體檢測情況，適時采取采空區(qū)注漿措施。

3.3 預(yù)裂切頂措施

在巷道面幫側(cè)頂板施工壓裂孔，采用頂板進(jìn)行預(yù)裂，減小巷道頂板懸臂長度，阻隔工作面回采后向留巷的應(yīng)力傳遞，減少留巷維護(hù)量。在采空幫噴漿封閉，杜絕采空區(qū)漏風(fēng)，在施工中觀測、總結(jié)留巷壓力顯現(xiàn)規(guī)律，最佳時機(jī)整修巷道，減少留巷變形量及防止二次變形。

3.4 阻化防滅火

根據(jù)132下04 沿空留巷氣體觀測情況，遇地質(zhì)構(gòu)造留設(shè)頂?shù)酌簳r，在132下04 工作面進(jìn)風(fēng)隅角安裝氣動阻化劑霧化裝置實施霧化阻化和工作面噴灑阻化劑雙重措施，霧化時采用BH-40/2.5 型氣動阻化泵配合20%濃度氯化鎂溶液進(jìn)行噴霧，每天不少于600 L，防止采空區(qū)自然發(fā)火。

3.5 防滅火監(jiān)測

（1）在沿空留巷內(nèi)機(jī)電設(shè)備使用地點上風(fēng)側(cè)設(shè)置檢查點，檢查瓦斯、二氧化碳等氣體情況。

（2）在132下04 沿空留巷回風(fēng)口10～15 m、132下04 回風(fēng)隅角以及132下04 工作面回風(fēng)10～15 m 設(shè)立自然發(fā)火觀測點，瓦斯員每班檢查CO、溫度不少于2 次。

（3）132下04 沿空留巷每隔200 在留巷的采空區(qū)側(cè)，預(yù)埋溫度和氣體防滅火觀測管，每周一次防滅火普查，并進(jìn)行取樣化驗。

（4）在132下04 沿空留巷回風(fēng)口10～15 m、132下04 工作面回風(fēng)隅角、132下04 工作面回風(fēng)巷距回風(fēng)口10～15 m 設(shè)置一氧化碳傳感器，報警濃度≥24 ppm。

（5）在132下04 沿空留巷回風(fēng)口10～15 m、132下04 工作面回風(fēng)巷距回風(fēng)口10～15 m 設(shè)置溫度傳感器，報警值≥26 ℃。

（6）在132下04 沿空留巷內(nèi)回風(fēng)口10～15 m設(shè)置甲烷傳感器，報警值≥0.8%，斷電值≥0.8%，復(fù)電值＜0.8%，斷電范圍為132下04 工作面、132下04 沿空留巷及其回風(fēng)巷內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。

（7）在132下04 工作面距離煤壁10 m 范圍內(nèi)設(shè)置甲烷傳感器、傳感器設(shè)置報警值≥0.8%，斷電值≥0.8%，復(fù)電值＜0.8%，斷電范圍為132下04工作面及其回風(fēng)巷內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備；在132下04 工作面回風(fēng)距離回風(fēng)口10～15 m 設(shè)置甲烷傳感器，報警值≥0.8%，斷電值≥0.8%，復(fù)電值＜0.8%，斷電范圍為132下04 工作面及其回風(fēng)巷內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。

（8）停采或臨時停采。為避免采空區(qū)浮煤發(fā)生氧化自燃，132下04 工作面應(yīng)加快推進(jìn)速度，期間不應(yīng)出現(xiàn)臨時停采，如無法避免，每次臨時停采3 d 及以上時，采取強(qiáng)化防滅火措施，停采7 d 及以上時，制定專項防滅火措施。

4 結(jié) 論

（1）葛泉礦沿空留巷防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用，保證了132下04 工作面的正常采掘生產(chǎn)，避免了采空區(qū)自然發(fā)火，確保了全年產(chǎn)煤任務(wù)指標(biāo)的順利完成，沿空留巷節(jié)省了390 m 煤巷進(jìn)尺，多回收煤柱5 000 t。

（2）由于葛泉礦可采資源緊張，開采成本高，沿空留巷技術(shù)推廣應(yīng)用后降低了巷道掘進(jìn)量，緩解了采掘接替緊張局面。采用噴涂、注漿、隅角監(jiān)測和人工取樣檢測等綜合防滅火措施，確保工作面安全回采，沿空留巷技術(shù)為礦井工作面布置和巷道成本預(yù)算等方面帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為在2下煤采區(qū)全面推廣沿空留巷提供了經(jīng)驗。

（3）沿空留巷防噴涂漏風(fēng)措施，雖然解決了采空區(qū)煤炭自燃情況，但采空區(qū)瓦斯向風(fēng)流中的逸散問題沒有得到根本治理，在實際生產(chǎn)過程中，要采取可靠措施，確保沿空留巷區(qū)域穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)和足夠的風(fēng)量，防止出現(xiàn)瓦斯積聚、超限。

（4）工作面過地質(zhì)構(gòu)造是采空區(qū)防滅火的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實際生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格生產(chǎn)管理，減少過地質(zhì)構(gòu)造帶采空區(qū)遺煤量，同時超前采用注惰、阻化等措施，做好預(yù)防采空區(qū)煤炭自燃工作。