蘇村煤礦綜采工作面 自燃原因分析及防治技術(shù)

文/程懇

山西中陽華潤聯(lián)盛蘇村煤業(yè)有限公司設(shè)計產(chǎn)能90 萬噸/年，全礦井劃分 6 個采區(qū)，可采 4、5、6、10 號煤層。其中4號、5號煤層位于山西組，6號、10號位于太原組。10313工作面位于三采區(qū)北部邊界，開采上下限：1010m~1045m，走向長480m，面長171m，煤層傾角16°，煤厚平均6.1m，綜采放頂煤回采工藝，支架采高2.5m（1.7～3.2m），走向長臂后退式回采方法。該面回采范圍內(nèi)有落差分別為2.5m、3.5m、3.5m和4.0m四條正斷層。

10313工作面進回風(fēng)巷高差為12.5m，進風(fēng)側(cè)高于回風(fēng)側(cè)。經(jīng)鑒定，10號煤層吸氧量0.78cm3/g，自燃傾向性等級為I類容易自燃煤層，自然發(fā)火期1~3個月。本文就蘇村煤礦綜采工作面自然發(fā)火原因分析及防治技術(shù)進行了闡述。

一、10313工作面CO氣體發(fā)生過程

10313工作面于2012年2月形成系統(tǒng)，同年10月開始回采。受各種因素影響，截至2013年12月工作面推進92米。在采煤生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)10313面回風(fēng)隅角最后一個支架（114架）后部尾梁處有水蒸氣，經(jīng)查有CO氣體。隨即采取進、回風(fēng)巷隅角打擋風(fēng)墻，進風(fēng)側(cè)掛35米擋風(fēng)簾，進風(fēng)量從760m3/min降到350m3/min，打鉆向隅角注阻化劑，向采空區(qū)注氮。

114架尾部CO氣體達到250ppm，回風(fēng)巷CO氣體為27ppm，經(jīng)全面檢查，CO氣體濃度最高處在114架處，為出風(fēng)點。當(dāng)CO氣體升到410ppm，回風(fēng)巷升為32ppm。經(jīng)分析認(rèn)為，工作面推進速度慢是煤層自然發(fā)火是主要原因，114架位置處于工作面最低處，底板存有積水，自燃可能性較小。自燃源應(yīng)在斷層影響段，即60～95架間，該段破底嚴(yán)重，達2.2m左右，遺煤量多。

二、10313工作面CO氣體超標(biāo)原因分析

1.由于煤層本身屬容易自燃煤層，自然發(fā)火期短，僅1～3個月。

2.工作面開采條件差，面內(nèi)有4個2.5～4.0m落差斷層，造成工作面有21m和65m長、破底厚1.2m～2.3m兩處矸石段，加之仰推10°～16°角度回采，工作面多處冒頂，冒頂高度達2～8m，導(dǎo)致回采困難，致使工作面推進度受到嚴(yán)重影響。月推進度不足6米，導(dǎo)致采空區(qū)浮煤長期受到氧化，給采空區(qū)遺煤自燃創(chuàng)造了浮煤、蓄熱、供氧條件，導(dǎo)致遺煤自燃。

3.未注意鄰近煤礦越界開采問題，以致對采空區(qū)后部漏風(fēng)沒能采取預(yù)防措施，導(dǎo)致采面后部長期漏風(fēng)氧化、自燃。

4.煤層出現(xiàn)CO氣體后設(shè)備維護檢修不夠重視，防滅火關(guān)鍵時刻注氮設(shè)備發(fā)生損壞，影響了注氮防滅火。

三、10313工作面自燃綜合防治技術(shù)

1.支架間打鉆注凝膠

凝膠由水、基料（水玻璃）和促凝劑（一般為碳酸氫銨）按90∶8∶2的比例混合而成。還可以向其中添加0～30%的增強劑（砂土或粉煤灰）。

利用專用的膠體壓注機把各種膠體材料按比例混合、攪拌，輸送到火災(zāi)隱患區(qū)域。使用時，把水、促凝劑、基料從各自的料箱加入，通過固料推送器把促凝劑定量送入混合器，利用配比泵通過自吸管路把基料吸入混合器中。水、促凝劑和基料在混合器中混合后，通過主泵加壓后輸出，經(jīng)注膠管路、分流器（如需要）、鉆孔注入隱患區(qū)域。基料、促凝劑添加量的控制由無級調(diào)速器來實現(xiàn)，若需要改變某種材料的配比時，只需調(diào)節(jié)無級變速器的轉(zhuǎn)速即可。注膠結(jié)束后，停止基料和促凝劑的添加，用清水沖洗設(shè)備及管路，以防堵塞設(shè)備和管路。

當(dāng)全部開啟工作面，并排除工作面瓦斯至《規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)時，人員進入工作面內(nèi)檢查無發(fā)火跡象后，就需要從支架架間向采空區(qū)打鉆孔壓注凝膠進行防滅火處理，達到堵漏風(fēng)和固氮作用，抑制采空區(qū)火區(qū)復(fù)燃。

注凝膠鉆孔布置在支架間，1#~114#每個架間均布置一個鉆孔。鉆孔開口位置距支架底板1.5m，終孔位置距支架頂梁向后5m以上。膠體隔離帶注凝膠鉆孔布置圖見圖1。

2.施工措施巷

在進風(fēng)巷密閉外10m位置施工平行于進風(fēng)巷的措施巷80m，從巷道內(nèi)朝采空區(qū)不同方向施工3個鉆孔。措施巷采用錨網(wǎng)支護，尺寸3m×2.4m，作為采空區(qū)充填和回采過程中采空區(qū)火區(qū)狀態(tài)監(jiān)測。

3.地面打鉆注CO2治理

根據(jù)以往資料，分析火源位置及發(fā)展趨勢，圈定治理區(qū)域，設(shè)計并施工地面鉆孔，通過鉆孔灌注干冰，監(jiān)測火區(qū)狀態(tài)，確定啟封時機。一般情況，采空區(qū)氧化升溫帶范圍在距離工作面5~20m以深，70m以淺。

從CO再次升高，注氮機損壞，架頂部有熱源出現(xiàn)，初步判斷因風(fēng)量調(diào)小，采空區(qū)自燃危險區(qū)域位置前移，熱源發(fā)展時間長，自燃區(qū)逐漸由回風(fēng)側(cè)向進風(fēng)側(cè)移動。在76架處有大量CO冒出的情況，說明自燃點繼續(xù)向進風(fēng)側(cè)移動。采空區(qū)自燃危險區(qū)域發(fā)展范圍預(yù)測圖見圖2。

圖2 采空區(qū)自燃危險區(qū)域發(fā)展范圍預(yù)測圖

目前，進回風(fēng)均密閉處理，采空區(qū)繼續(xù)注氮。采用以區(qū)域為重點的大范圍注CO2和注氮治理。

在實際施工中，每個鉆孔注CO2完畢后需及時封閉，并作為監(jiān)測鉆孔，以便及時了解采空區(qū)遺煤自然發(fā)火狀態(tài)。地表鉆孔注CO2時要和井下注氮配合使用，使火區(qū)熄滅，達到啟封條件。如外部有漏風(fēng)通道易跑氣、供氧，實施效果將受到影響。

4.火區(qū)監(jiān)測

地表鉆孔除作為注膠或者注干冰等使用外，同時可以作為監(jiān)測鉆孔，利用地面鉆孔測溫裝置監(jiān)測鉆孔溫度變化，利用鉆孔抽氣裝置抽取氣體，利用氣相色譜儀進行氣體分析。