固莊煤礦15#煤自燃防治研究

張新懷，周仲林

（山西省固莊煤礦，山西 陽泉 045060）

固莊煤礦井田位于沁水煤田的東北邊緣，主采煤層15#煤（俗稱丈八煤），煤層厚7 m，屬中硬煤層，有自然發(fā)火傾向，煤層自然發(fā)火期為一年。在已采的一、二、五采區(qū)工作面均發(fā)生過采空區(qū)煤炭自燃現(xiàn)象，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，并且曾使丈八平硐停產(chǎn)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在七采區(qū)設(shè)計(jì)時，從采區(qū)防火的角度進(jìn)行了分析研究。

1 采空區(qū)自燃原因

采空區(qū)煤炭自燃的主要原因是：厚煤層綜采放頂煤一次采全高的采煤法回采率低，采空區(qū)丟煤多，為煤炭自燃提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；工作面回采完畢，采空區(qū)封閉不嚴(yán)，為煤炭自燃創(chuàng)造了有利條件；采區(qū)采用前進(jìn)式工作面布置方法，更加擴(kuò)大了采空區(qū)煤炭自燃的影響范圍，加劇了采空區(qū)煤炭自燃的危害程度，使采區(qū)防火工作難度大大增加。

2 防治采空區(qū)自燃的設(shè)計(jì)方案

2.1 采區(qū)分南北兩翼盤區(qū)工作面接替順序后退式布置

二、三、五采區(qū)均采用單翼前進(jìn)式工作面布置方式，實(shí)現(xiàn)了初期開拓工程少、基建投資省、工期短、投產(chǎn)快、見效早，緩解了初期投資資金緊張的狀況。

前進(jìn)式布置的弊端為先期工作面采完后僅能封閉該工作面進(jìn)、回風(fēng)系統(tǒng)，而通向該工作面的采區(qū)進(jìn)回系統(tǒng)不能封閉，因而先期工作面無法切斷給風(fēng)途徑，為采空區(qū)煤炭自燃提供了有利條件。一旦發(fā)生火災(zāi)后，有害氣體會殃及整個采區(qū)，從而造成整個采區(qū)停產(chǎn)，并且火災(zāi)處理時不能采用封閉采區(qū)巷道的方式控制其影響范圍，使火災(zāi)處理難度加大，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。固莊煤礦15205工作面采空區(qū)著火后曾經(jīng)殃及三采區(qū)，造成三采區(qū)停產(chǎn)。因此，在七采區(qū)設(shè)計(jì)時，要克服前進(jìn)式布置的弊端，充分考慮防火因素，使采區(qū)具備完善的防災(zāi)應(yīng)變能力，采區(qū)內(nèi)工作面接替順序后退式布置。南、北兩翼盤區(qū)劃分，只要準(zhǔn)備出一翼即可進(jìn)行回采，就可使固莊煤礦礦采掘銜接緊張的矛盾得到有效的緩解，工作面又實(shí)現(xiàn)了后退式布置，在每個工作面回采完畢時，能及時封閉工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道，也能封閉采區(qū)進(jìn)、回巷道。這大大增加了封閉的效果，即使一翼盤區(qū)發(fā)生火災(zāi)時也可以封閉整個盤區(qū)而不影響另一翼盤區(qū)的正常生產(chǎn)。

2.2 對工作面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

厚煤層綜采放頂煤一次采全高的采煤法一直是固莊煤礦的主要采煤方法。這種采煤法回采率低，采區(qū)丟煤多，但采區(qū)巷道系統(tǒng)簡單，巷道掘進(jìn)率低，回采巷道易于維護(hù)，回采面頂板便于管理，生產(chǎn)安全、高效，因此綜采放頂煤一次采全高成為固莊煤礦主要的采煤方法。

2.2.1 工作面參數(shù)的優(yōu)化

建立高產(chǎn)高效大型綜采工作面。固莊煤礦二、三采區(qū)工作面長度為120～150 m，工作面推進(jìn)長度為750 m左右，工作面長度短，完成采煤正規(guī)循環(huán)效率低、循環(huán)產(chǎn)量少，工作面搬家次數(shù)較多，不利于發(fā)揮綜采高產(chǎn)高效的優(yōu)勢。由于二、三采區(qū)尺寸受九尺平硐和北大巷煤柱的限制，不能再作調(diào)整，故工作面推進(jìn)長度只能限制在750 m左右。為了能充分發(fā)揮綜采工作面高產(chǎn)高效的作用，把原四、七采區(qū)合并為一個采區(qū)進(jìn)行新的規(guī)劃，把工作面長度增加為180 m，工作面推進(jìn)長度加大到1 600 m左右，這樣可降低巷道掘進(jìn)率，使單進(jìn)度采煤能力加大，工作面搬家次數(shù)相對減少，大大提高了生產(chǎn)效率。這樣，整個采區(qū)工作面化分的個數(shù)減少，采區(qū)煤柱、工作面間保留煤柱也大大減少，整個采區(qū)的煤炭回收率提高，也有利于防火。

2.2.2 設(shè)備的優(yōu)化

固莊煤礦在五采區(qū)開始使用中位開天窗放頂煤液壓支架，一直延用到二采區(qū)，收到了一定的成效，但是中位放頂煤液壓支架煤炭回收率低，采空區(qū)丟煤多，極易著火，五采區(qū)15506、二采區(qū)15205采空區(qū)著火與其有極大的關(guān)系。設(shè)備更新時，開始用低位開天窗放頂煤液壓支架。低位開天窗放頂煤液壓支架提高了煤炭回收率，采空區(qū)丟煤少，減少了丟棄在采空區(qū)內(nèi)的煤炭的自燃。

2.2.3 采空區(qū)防火優(yōu)化

采空區(qū)著火已成為影響固莊煤礦安全生產(chǎn)的突出問題，減少采空區(qū)丟煤，防止丟棄在采空區(qū)內(nèi)的浮煤的自燃已成為放頂煤開采的主要要求。為此可以采取以下5種防滅火措施：防止采空區(qū)漏風(fēng)，減少供氧量；黃泥灌漿；阻止劑防火；均壓通風(fēng)防火；加快工作面推進(jìn)速度，減少采空區(qū)空氣流動，防止采空區(qū)內(nèi)浮煤氧化。

2.2.4 采空區(qū)封閉方案

針對采空區(qū)防滅火措施，設(shè)計(jì)時主要從工作面回采完畢采空區(qū)封閉分析以下兩種方案。

方案一：封閉段巷道沿煤層底板布置。進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽均從七采皮帶巷開口沿煤層底板布置，尾巷從七采回風(fēng)巷開口沿煤層頂板布置，進(jìn)、回順槽巷道頂、幫均為煤，頂、幫易容破碎，產(chǎn)生裂隙，巷道極封閉后，極易漏風(fēng)。

方案二：封閉段巷道沿煤層頂板布置。進(jìn)、回順槽均從七采皮帶巷開口后，由煤層底板爬到煤層頂板預(yù)留封閉段位置后，再下坡找到煤層底板沿煤層底板正常掘進(jìn)，尾巷仍從七采回風(fēng)巷開口沿煤層頂板布置。這樣布置優(yōu)點(diǎn)：封閉段巷道頂板為巖石頂板，封閉效果相對較好。缺點(diǎn)：為了滿足回風(fēng)支架運(yùn)輸及進(jìn)風(fēng)皮帶鋪設(shè)和運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，封閉段預(yù)留煤柱多，回采率低；巷道忽上忽下，施工難度大；運(yùn)輸設(shè)備投入多，需要投入的絞車溜子多；運(yùn)輸環(huán)節(jié)復(fù)雜，不利于運(yùn)輸，影響安全生產(chǎn)。

隨著全煤巷道錨網(wǎng)支護(hù)新技術(shù)的推廣應(yīng)用，煤巷支護(hù)效果得到了很大的改觀：工作面巷道由原礦工鋼棚改為錨桿、錨索、W鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)；巷道由過去的被動支護(hù)改為主動支護(hù)，保持了巷道頂板與兩幫的完整性，裂隙減少，防止了漏風(fēng)，為封閉采空區(qū)創(chuàng)造了有利條件；封閉段巷道沿煤層底板布置，封閉效果明顯改善。鑒于封閉段巷道沿煤層頂板布置的弊端大不再考慮這種方案，所以提出了封閉段巷道仍沿煤層底板布置，如果巷道頂幫完整，直接封閉巷道；如果巷道頂、幫破碎，裂隙發(fā)育時，挑頂找到煤層頂板后再封閉巷道。

2.2.5 工作面間煤柱加固

工作面間煤柱的合理選擇對采空區(qū)防火、防水起到至關(guān)重要的作用。實(shí)踐證明，采空區(qū)著火與工作面間煤柱漏風(fēng)有一定的關(guān)系，固莊煤礦在五采區(qū)、二采區(qū)工作面間煤柱為30 m，工作面順槽采用礦工鋼棚支護(hù)，支護(hù)效果差，上一個工作面采完時，相鄰工作面在回采期間壓力大，煤柱破碎，造成采空區(qū)漏風(fēng)。因此，在七采區(qū)設(shè)計(jì)時，工作面間煤柱尺寸在不變的情況下，巷道采用錨網(wǎng)支護(hù)，在煤柱兩幫加打幫錨桿，必要時加打幫錨索，起到加固煤柱的作用，保持了煤柱的完整性，從而有效地防止了采空區(qū)漏風(fēng)。

3 結(jié)束語

固莊煤礦15#煤存在著很多自燃因素，針對工作面的發(fā)火特點(diǎn)采區(qū)工作布置采取了后退式布置，對工作面從參數(shù)、設(shè)備、防火等方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)實(shí)施后，固莊煤礦15#煤已經(jīng)杜絕了自燃現(xiàn)象，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分顯著。

[1]王省身.礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991.

[2]杜計(jì)平，孟憲銳.采礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.