綜放工作面停采期間防滅火技術(shù)研究

李 偉

（汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)公司，山西 靈石 031302）

引言

綜放工作面具有煤炭產(chǎn)量高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，但是工作面在末期停采撤架期間不放煤，采空區(qū)內(nèi)遺煤量大且采面頂部煤體裂隙發(fā)育，在停采期間極其容易導(dǎo)致采空區(qū)或者其他位置遺煤自燃[1-3]?，F(xiàn)階段國內(nèi)礦井采用的防滅火技術(shù)措施包括有注惰性氣體、注水、噴灑阻化劑、灌注黃泥漿等，在工程應(yīng)用中取得一定效果[4-6]。但是不同礦井回采煤層賦存條件存在差異，根據(jù)采面開采工藝、生產(chǎn)特點(diǎn)以及煤層自燃發(fā)火特征等制定針對性防滅火技術(shù)措施，可起到較好的防滅火效果[7-9]。本文以21106 綜放工作面停采期間防滅火為工程背景，針對容易出現(xiàn)自燃發(fā)火區(qū)域采取調(diào)整采面配風(fēng)、灌注凝膠封堵、自燃發(fā)火氣體監(jiān)測等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了煤層自燃發(fā)火，防治并確保了綜放設(shè)備安全回撤。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

21106 綜放工作面東側(cè)為已回采的21105 采空區(qū)，西側(cè)為圈定的21107 工作面（未采），北側(cè)為大巷保護(hù)煤柱，南側(cè)為采區(qū)邊界。21106 綜放工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長度1123.8 m，采面斜長290.5 m，回采11#煤層。11#煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，中間夾雜2 層～5 層泥巖、炭質(zhì)泥巖矸石，回采區(qū)域內(nèi)煤層厚度5.9 m～12.3 m，均值9.5 m，采面采用U 型通風(fēng)方式，正常生產(chǎn)期間配風(fēng)量為2 350 m3/min。11#煤層自燃發(fā)火傾向性為Ⅱ類，自燃發(fā)火周期最短44 d。

1.2 防滅火難點(diǎn)分析

21106 綜放工作面回采的11# 煤層自燃發(fā)火周期較短（最短44 d），煤層厚度大，采用綜放開采時(shí)受開采工藝制約采空區(qū)內(nèi)有大量遺煤；采面采高大導(dǎo)致礦壓顯現(xiàn)顯著，在采動壓力作用下頂部煤體破碎程度增加，容易形成漏風(fēng)通道。

21106 綜放工作面回采期間，采面回風(fēng)巷道頂部不放煤，回采巷道上覆頂板巖層垮落不充分，因此采面上下端頭位置漏風(fēng)較大；在綜放支架后方區(qū)域，采面在末采期間開始掛網(wǎng)且不放煤，采空區(qū)內(nèi)丟煤厚度介于3.8 m～5.6 m；采面回采通道三岔口處頂煤厚度約為3.5 m，在礦壓作用下頂煤裂隙發(fā)育。采空區(qū)內(nèi)遺煤以及頂煤裂隙發(fā)育等，均為采面煤體自燃發(fā)火創(chuàng)造良好條件，從而制約綜放設(shè)備回撤工作安全開展。

2 停采防滅火技術(shù)

在21106 綜放工作面在停采期間綜合使用通風(fēng)管理、噴灑阻化劑、注射凝膠封堵、注入惰性氣體等措施進(jìn)行防滅火。

2.1 強(qiáng)化通風(fēng)管理

停采后對21106 綜放工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，通過布置在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)的風(fēng)門將采面供風(fēng)降低至1 290 m3/min，通過降低采面兩端頭位置風(fēng)壓差，達(dá)到降低采空區(qū)漏風(fēng)量目的。在采面運(yùn)輸巷以及聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)分別布置局部通風(fēng)機(jī)，確保局部通風(fēng)機(jī)隨時(shí)使用。在采面綜放設(shè)備回撤期間，在采面回風(fēng)巷及回撤通道停采線位置通過布置木垛預(yù)留通風(fēng)通道，采面綜放設(shè)備回撤時(shí)采用負(fù)壓通風(fēng)，確保了采面供風(fēng)量并為設(shè)備回撤創(chuàng)造良好條件。具體通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。

圖1 21106 綜放工作面回撤期間通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

2.2 噴灑阻化劑

在21106 綜放工作面停采后，向采面上下端頭煤體、綜放支架架間以及架后等位置噴灑阻化劑，用以預(yù)防遺煤自燃發(fā)火。

2.3 注膠封堵

2.3.1 采面兩端頭注膠封堵

在21106 綜放工作面停采后即在采面上下端頭位置分別布置6 個(gè)注膠鉆孔，鉆孔孔深約為10 m～15 m。注漿鉆孔預(yù)留至密閉墻體外。在上下端頭位置注入膠體量約為70 m3。端頭注膠膠體以水玻璃作為基料、促凝劑選擇小蘇打，在凝膠材料中基質(zhì)、促凝劑占比分別為8%～10%、3%～5%。

2.3.2 架間注膠

在采面停采前即對綜放支架間距進(jìn)行調(diào)整，確保支架間距在100 mm～150 mm 以上，便于停采后架間注膠。在21106 綜放工作面內(nèi)共計(jì)施工143 個(gè)綜放之間，架間布置3 個(gè)注膠鉆孔，具體架間鉆孔布置，如圖2 所示。架間1′鉆孔開孔位于支架前立柱與支架頂梁交匯位置，鉆孔終孔位于支架掩后梁與支架頂梁交匯位置上方，鉆孔孔深控制在3 000 mm～8 000 mm、仰角51°～60°；架間1 鉆孔開孔點(diǎn)位于液壓支架掩后梁與頂梁交匯處，終于位于尾梁上方，鉆孔傾角45°，孔深3 000 m～6 000 m；架間2 鉆孔開孔位于支架尾梁處，終孔點(diǎn)位于支架尾梁靠向采空區(qū)位置，鉆孔孔深3 000 mm、仰角36°。

圖2 架間注膠鉆孔布置示意圖（單位：m）

注膠鉆孔施工采用MQT-120 錨桿鉆機(jī)、麻花鉆桿以及Φ42 mm 鉆頭；注膠采用2ZBQ24/10 注漿泵。注膠材料為MEA-1，架間注膠鉆孔單孔注膠量控制在1.5 m3左右，架間累積注膠量約為598 m3。在注膠完成后可依據(jù)現(xiàn)場情況對部分重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)注膠。

2.4 注入惰性氣體

在21106 綜放工作面停采期間，通過進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)預(yù)先埋設(shè)的注氮管路向采空區(qū)內(nèi)持續(xù)灌注氮?dú)?。注氮量控制?00 m3/h?，F(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)采面內(nèi)未有低氧區(qū)。

2.5 氣體成分監(jiān)測

在采面停采后即在回風(fēng)巷、采面以及回風(fēng)隅角等位置布置一氧化碳、甲烷等安全監(jiān)測傳感器，對采面氣體成分實(shí)時(shí)監(jiān)測；在綜放支架間以及架后位置施工檢測孔，檢測孔深度控制在4 000 mm～5 000 mm，檢測孔內(nèi)插入25 mm 鋼管并與束管檢測線路連接，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)成分監(jiān)測；安排瓦檢員對采面、回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角、架間以及架后等位置瓦斯?jié)舛?、溫度以及CO濃度等進(jìn)行人工檢測；在綜放設(shè)備回撤期間按照設(shè)計(jì)要求對供風(fēng)量量變化進(jìn)行測定。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

21106 綜放工作面在2020 年11 月2 日到12 月2 日停采并回撤綜放設(shè)備，對期間液壓支架間以及上下端頭位置CO 濃度進(jìn)行監(jiān)測，見圖3。

圖3 設(shè)備回撤期間CO 濃度監(jiān)測曲線

從圖中看出，采面上下端頭以及架間監(jiān)測到的CO 濃度時(shí)間增加呈降低趨勢。隨著采面停采回撤期間壓膠量增加以及壓膠范圍增大，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量呈明顯降低趨勢，采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性有所降低。表明在采面停采回撤期間采用的綜合防滅火技術(shù)取得較好效果。

4 結(jié)論

21106 綜放工作面頂部煤體在動壓作用下裂隙發(fā)育且采空區(qū)遺煤量較大，給停采設(shè)備回撤期間防滅火工作開展帶來較大威脅。為確保綜放設(shè)備回撤安全，提出強(qiáng)化通風(fēng)管理，將采面供風(fēng)量由2 350 m3/min調(diào)低至1 290 m3/min，降低采面上下端頭風(fēng)壓，以便降低采空區(qū)漏風(fēng)量；向上下端頭位置以及綜放支架間注膠，封堵頂煤裂隙以及采空區(qū)漏風(fēng)通道；噴灑阻化劑預(yù)防防滅火；向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注氮并提出綜合使用安全監(jiān)控、束管檢測以及人工檢測對采面、巷道內(nèi)、架間、架后及采空區(qū)內(nèi)氣體成分進(jìn)行監(jiān)測。

現(xiàn)場應(yīng)用后，21106 綜放工作面在停采回撤期間，各位置CO 濃度整體較低且隨著時(shí)間推移濃度呈降低趨勢，表明現(xiàn)場使用的防滅火技術(shù)應(yīng)用效果較好，可為綜放設(shè)備回撤提供相對良好條件。