高瓦斯采煤工作面底分層開采綜合防火技術(shù)研究

郭厚洋， 肖峻峰

（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

采煤工作面底分層開采，采空區(qū)遺煤多，煤體松散漏風(fēng)供氧條件易形成，使自燃條件更為有利［1］。同時，高瓦斯煤層為排放瓦斯增大風(fēng)量，將擴(kuò)大向采空區(qū)的漏風(fēng)量和煤氧化自燃范圍，增大采空區(qū)遺煤的氧化自燃危險性［2］。采煤工作面存在提高瓦斯安全性的同時也必將使自燃發(fā)火安全性降低；反之，降低自燃發(fā)火危險性同時又不能滿足安全排放瓦斯的要求，容易兩種安全隱患的顧此失彼的平衡，因此，研究高瓦斯煤層底分層開采防火技術(shù)十分必要［3－7］。

1 工作面概況

5111B11b工作面標(biāo)高－660m～－720m，B11b煤層瓦斯壓力1．4Mpa，自燃發(fā)火期為3個月，自燃等級為II級。煤層傾角22～24°，煤層厚度為3．0～5．6m，平均為4．3m。工作面為保護(hù)層工作面，分層開采。底分層走向長851米，傾斜長182米，采高3．5米，采用綜合機(jī)械化走向長壁后退式回采，全部垮落法管理頂板。2010年9月10日開始回采，2011年4月收作。

5111B11b底分層工作面機(jī)巷內(nèi)錯7．0m，風(fēng)巷內(nèi)錯3．0m，切眼內(nèi)錯底分層收作線14．0m。工作面走向長845m，傾向長140m，采高2．4m，采用綜合機(jī)械化走向長壁后退式回采，全部垮落法管理頂板。2012年6月開始回采，2013年2月收作。圖1為工作面底區(qū)回采期間平面圖。

工作面火災(zāi)隱患為:因底分層回采工藝及運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷多，造成遺煤較多，采空區(qū)漏風(fēng)復(fù)雜，易引起煤層自燃發(fā)火。

圖1 5111B11b工作面底區(qū)回采期間平面圖

2 綜合防火技術(shù)

2．1 工作面控風(fēng)堵漏

針對5111B11b底分層通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，封閉墻多，底區(qū)掘進(jìn)時頂區(qū)尚未完全壓實(shí)，存在漏風(fēng)通道，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)能位測定，結(jié)果表明底區(qū)機(jī)巷入口能位比風(fēng)巷出口能位高270～290Pa，形成底區(qū)機(jī)巷透過采空區(qū)向風(fēng)巷漏風(fēng)趨勢。采取風(fēng)巷回風(fēng)側(cè)建立調(diào)節(jié)風(fēng)門提高風(fēng)巷能位，減少漏風(fēng)。

由于回采期間晝夜溫差變化，大氣壓波動大，產(chǎn)生“呼吸效應(yīng)”，存在自燃隱患，采取重新加固密閉墻，加強(qiáng)堵漏。同時，優(yōu)化采面外圍通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)一步減小井下風(fēng)門開閉對采空區(qū)影響，確?；夭善陂g工作面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

回采期間工作面初次來壓后10m，工作面上下端頭堆砌2m碎煤袋墻，如圖2所示。隨工作面回采，每間隔5～10m，工作面上下端頭堆砌0．8m碎煤袋墻，減少工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)。

圖2 采空區(qū)兩道沙袋充填示意圖

2．2 頂部采空區(qū)注膠分段隔離

底分層工作面煤火災(zāi)害防治的重點(diǎn)區(qū)域:底分層收作線、切眼、采空區(qū)周邊、風(fēng)巷和機(jī)巷遇到的斷層和老巷及高冒區(qū)。采取頂部采空區(qū)注膠分段隔離防治自燃發(fā)火，具體措施如下:

（1）向底分層面收作線、切眼施工鉆孔，灌注高分子膠體2000m3。

（2）向底分層工作面機(jī)巷和風(fēng)巷遇到的斷層對前后20m范圍內(nèi)加強(qiáng)噴漿厚度不得小于100mm，并在前后20m每隔10m施工共三組鉆孔（全孔下1吋管），壓注高分子膠體100m3／組。過老巷處前后20m噴漿厚度不得小于100mm，向老巷處施工（全孔下1吋管）鉆孔壓注高分子膠體100m3／處。

（3）每間隔不大于200m在底分層機(jī)巷和風(fēng)巷內(nèi)，向底分層機(jī)巷和風(fēng)巷施工鉆孔，一組兩個鉆孔（全孔下1吋管）壓注高分子材料100m3，如圖3所示。

圖3 底分層掘進(jìn)巷道打鉆示意圖

（4）巷道冒頂區(qū)及時打鉆灌注高分子膠體充填堵漏（200m3／處），并進(jìn)行噴漿處理，噴漿厚度不小于100mm。

2．3 工作面灌漿注氮

工作面回采期間機(jī)巷預(yù)留埋管注氮、風(fēng)巷預(yù)留埋管灌漿。以灌漿為主，注氮為輔防治采空區(qū)自燃發(fā)火。具體的措施如下:1）采空區(qū)灌漿和架后灑漿添加復(fù)合膠體添加劑FCJ12提高漿液固水效果和質(zhì)量，為采空區(qū)浮煤提供較好的散熱環(huán)境；2）工作面推進(jìn)速度減慢或過斷層時，需對進(jìn)、回風(fēng)端頭進(jìn)行加密封堵沙袋墻，降低采空區(qū)漏風(fēng)，并加大灌漿和架后灑漿量；3）工作面初次來壓后，需對進(jìn)、回風(fēng)端頭加密碼砌煤粉袋進(jìn)行封堵，并通過切眼處預(yù)留的灌漿管路大量灌注FCJ12復(fù)合膠體；4）工作面停采時，及時撤除工作面并封閉，同時，向停采線附近灌漿注氮或灌注二氧化碳。

圖4 工作面日灌漿量隨時間變化

圖4、5上可以看出，5111（1）底分層工作面日灌漿量最大達(dá)64m3，平均55．1m3；日注氮量最大達(dá)9119m3，平均6821．9m3。通過向工作面灌漿和注氮，隨采隨灌，上、下隅角用阻燃抗靜電編織袋裝煤矸填實(shí)等綜合措施有效抑制了采空區(qū)煤自燃。

3 防火效果

為保證工作面的正常安全生產(chǎn)，加快推進(jìn)速度，自2012年6月份至2013年3月，月最大進(jìn)尺為132．7m，最小進(jìn)尺為70m，平均達(dá)到95m。同時加強(qiáng)回風(fēng)流和回風(fēng)隅角氣體和溫度監(jiān)測，回風(fēng)隅角布設(shè)“煤層火災(zāi)監(jiān)測管”人工檢測和采樣分析（每天一次），并增加架間監(jiān)測。其中氣體監(jiān)測CO、CH4、CO2、O2以及C2H4、C2H2等指標(biāo)氣體。

圖6、7分別顯示了自2012年6月5111（1）底分層工作面正?；夭傻绞兆鹘Y(jié)束期間工作面上隅角CO濃度（便攜儀檢測，便攜儀檢測結(jié)果大于比長管結(jié)果）和溫度變化情況。5111（1）底分層工作面回采到收作結(jié)束期間，工作面上隅角可以檢測出CO濃度在0 ～24ppm間變化，溫度穩(wěn)定在21～24C0間。由此可見，5111（1）底分層工作面上隅角CO不是來自采空區(qū)遺煤的自燃氧化，可能是上區(qū)段受采動影響順裂隙漂移的CO。此外，5111（1）工作面、5111（1）風(fēng)巷、5111（1）工作面上隅角埋管、5111B11b下架石門封閉墻、5111B11b下架石門束管等地點(diǎn)無論是比長管還是便攜儀均未檢測到CO，實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)。

圖6 工作面上隅角CO變化

圖7 工作面上隅角溫度變化

4 結(jié) 論

針對5111B11b底分層工作面頂區(qū)遺煤多，煤層易自燃，從高瓦斯采煤工作面自然發(fā)火隱患的角度出發(fā)，采取工作面上下端頭控風(fēng)堵漏，重點(diǎn)區(qū)域注膠隔離以及注氮、灌漿和架后灑漿等措施，實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為淮南礦區(qū)類似條件工作面回采提供借鑒。

1 韓必武．潘一煤礦底分層縮小防水煤柱綜采可行性分析，2007，（11）:65－67．

2 袁亮．低透高瓦斯煤層群安全開采關(guān)鍵技術(shù)研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，（07）:1370－1379．

3 袁亮．高瓦斯礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)［J］．煤炭學(xué)報，2006，31（2）:174－178．

4 袁亮，劉澤功．淮南礦區(qū)開采煤層頂板抽放瓦斯技術(shù)的研究［J］．煤炭學(xué)報，2003，28（2）:149－152．

5 盧平．采動覆巖卸壓采空區(qū)瓦斯抽放的試驗(yàn)研究［J］．天然氣工業(yè)，2003，（1）:118－120．

6 戴廣龍．多漏風(fēng)匯高瓦斯綜采工作面采空區(qū)防火技術(shù)實(shí)踐［J］．煤礦安全，2004（7）:18－20．

7 馬海明．馬志飛，煤層自燃規(guī)律及火區(qū)探測技術(shù)研究［J］．陜西煤炭，2009（1）:59－60．