高瓦斯、易發(fā)火煤層耦合災(zāi)害治理技術(shù)研究

摘 要：振興煤礦三水平南部區(qū)18號層，自然發(fā)火期3-6個月，該塊段煤層原始瓦斯含量為4.571m3/t，最大瓦斯壓力為0.02Mpa；掘進(jìn)期間，瓦斯最大絕對涌出量為2.9m3/min。受采動、地質(zhì)等因素影響，開采初期瓦斯絕對涌出量為15.6m3/min；本文就如何在火與瓦斯災(zāi)害并存的采煤工作面實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)、防火等內(nèi)容進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽采；消火灌漿；充沙封堵； 取樣觀測；綜合分析

1.采煤工作面概況

三水平南部區(qū)18號層采煤工作面位于三水平南部區(qū)F18斷層上盤，f 20斷層下盤。北到f 21斷層、南到f 19斷層、西到F18斷層、東到f 20斷層。工作面上部至F18斷層，下部為原新一礦舊區(qū)，左部至停采線，右部至切眼。該回采區(qū)域無鉆孔控制，受F13及F18斷層影響，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，次生斷層發(fā)育。該區(qū)受斷層影響煤厚18.19m-6.79m，一般12m，煤層傾角平均22°，走向近南北，煤質(zhì)較好，以亮煤為主，屬中等硬度煤，工作面設(shè)計(jì)開采儲量為17.0萬噸，選擇滑移支架放頂煤開采，頂板管理為全部垮落法。

2.掘進(jìn)期間災(zāi)害類別及預(yù)防治理措施

2.1災(zāi)害類別

1）自然發(fā)火：三水平南部區(qū)18號層，自然發(fā)火期3-6個月，屬易發(fā)火煤層，受地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，掘進(jìn)期間抽冒點(diǎn)、巷道拐點(diǎn)及三岔口較多，同時(shí)由于巷道布置和斷面帶影響，頂板壓力顯現(xiàn)明顯，巷道碹體受壓力影響開裂脫落嚴(yán)重，上述因素對預(yù)防工作面防火極為不利。

2）本區(qū)及臨區(qū)舊巷：三水平南部區(qū)18號層塊段開采范圍內(nèi)存在8條本區(qū)及臨區(qū)舊巷，工作面形成后，隨工作面推進(jìn)受采動影響，舊巷內(nèi)有害氣體不同程度滲入工作面及兩巷，將對安全生產(chǎn)造成威脅，與上部益新15號層探煤下山舊巷交叉點(diǎn)最小法線高差僅為0.8m，工作面舊巷揭漏點(diǎn)與15號層探煤下山聯(lián)通關(guān)系，造成15號層舊巷內(nèi)瓦斯、CO等有害氣體大量涌入掘進(jìn)工作面，嚴(yán)重制約掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)的同時(shí)，18號層開采的可行性論證也帶來了難題；其余舊巷與工作面也存在不同程度的空間交叉關(guān)系，存在重大安全隱患。

2.2預(yù)防治理措施

自然發(fā)火方面：

1）掘進(jìn)期間，主要以預(yù)防自然發(fā)火為主，嚴(yán)格落實(shí)防火噴碹技術(shù)規(guī)定，重點(diǎn)圍繞在抽冒點(diǎn)、巷道拐點(diǎn)及三岔口等易發(fā)火地點(diǎn)，同時(shí)考慮到機(jī)道開門位置布置在三水平南部區(qū)運(yùn)輸大巷（南部區(qū)主要入風(fēng)巷道），由于風(fēng)壓大、開門點(diǎn)抽冒等因素影響，極易造成發(fā)火，以機(jī)道開門位置為中心，對前后30m運(yùn)輸大巷幫頂重新進(jìn)行噴碹處理，有效預(yù)防供氧發(fā)火；2）隨機(jī)軌兩巷掘進(jìn)施工，每隔5m施工一組頂板防火注灰鉆孔，迎風(fēng)施工傾角在35°-45°之間，孔深規(guī)定打到煤層頂板巖石0.5m為宜，掘進(jìn)期間，利用頂板鉆孔對煤層頂板進(jìn)行預(yù)防性注灰，封堵頂板裂隙及抽冒空間，防止供氧、蓄熱、自燃；3）采掘期間，指派專職防火觀測員，每天對工作面各處CO隱患點(diǎn)及易發(fā)火地點(diǎn)進(jìn)行取樣化驗(yàn)和現(xiàn)場觀測，發(fā)現(xiàn)煤體氧化、高溫等明顯發(fā)火征兆，做好記錄并進(jìn)行連續(xù)觀測，消防火技術(shù)人員針對隱患點(diǎn)取樣化驗(yàn)結(jié)果，及時(shí)制定或調(diào)整預(yù)防治理措施進(jìn)行處理；4）隨工作面掘進(jìn)，逐步完善該區(qū)防火配套設(shè)施，防火灌漿管路距工作面不超過20m，機(jī)軌兩巷開門位置以里20m處，各施工一道防火門套，同時(shí)在防火門套附近儲備充足的板方材等封閉材料，作為應(yīng)急封閉或開采結(jié)束封閉使用。

過舊巷方面：1）掘進(jìn)期間，針對舊巷與本區(qū)巷道層位關(guān)系，在掘進(jìn)巷道內(nèi)向舊巷施工探鉆，探明掌握舊巷內(nèi)有害氣體、冒落程度、有無積水等基本情況，針對所掌握的資料提報(bào)專項(xiàng)處理方案，舊巷處理一般采取打鉆、逐段充沙填充手段為主，有效隔絕舊巷本煤層巷道，隔絕距離一般控制在垂高5-8m，水平距離20-30m；2）舊巷充沙填充處理同時(shí)，為防止開采過舊巷期間，個別舊巷與工作面層間距較小，隔絕填充保護(hù)層受動壓影響，隔絕效果減弱，造成有害氣體滲入或工作面瓦斯異常，對個別舊巷施工抽采泄壓鉆孔，開采期間，視舊巷對工作面影響程度，適時(shí)進(jìn)行泄壓抽排，利用負(fù)壓作用，減小舊巷內(nèi)氣壓，可有效抑制有害氣體滲出。

3.開采期間災(zāi)害治理措施

（1）針對瓦斯超限實(shí)際問題，首先采用上隅角設(shè)風(fēng)機(jī)稀釋瓦斯最直接的手段處理，其目的通過增大上隅角風(fēng)壓和增加回風(fēng)風(fēng)量稀釋瓦斯?jié)舛?，風(fēng)機(jī)開啟后，上隅角瓦斯?jié)舛?.8-1.2%，局部點(diǎn)2.5%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.4-0.8%，工作面瓦斯?jié)舛葻o明顯變化。

（2）針對實(shí)際情況，首先修改完善瓦斯抽采治理措施，結(jié)合地質(zhì)部門提供的工作面F4、F5、F21斷層構(gòu)造帶分布情況，在回風(fēng)道向斷層帶布置施工高位鉆孔，抽采斷層帶及冒落帶瓦斯源，有效地遏制動壓區(qū)瓦斯大量涌出工作面，通過向斷層帶補(bǔ)打高位鉆孔進(jìn)行抽采，上隅角取消風(fēng)機(jī)供風(fēng)的同時(shí)，瓦斯涌出趨于穩(wěn)定，上隅角瓦斯?jié)舛?.5-0.8%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.3-0.4%，工作面瓦斯?jié)舛仍?.2-0.4%。

（3）與此同時(shí)，考慮該采煤工作面瓦斯抽采系統(tǒng)過于單一，未實(shí)現(xiàn)高低濃度分源抽采，造成仰角鉆孔抽采負(fù)壓在2-4KPa，上隅角埋管抽采負(fù)壓在0.8-1.5KPa，抽采率在33-42%；無法達(dá)到抽采能力需要。針對分析提出的問題，自工作面上隅角重新鋪設(shè)一趟抽采管路，啟動井下移動抽采系統(tǒng)抽采上隅角瓦斯，利用地面抽采系統(tǒng)抽采回風(fēng)道仰角鉆孔，抽采系統(tǒng)完善后，仰角鉆孔單孔抽采負(fù)壓在7-9KPa，上隅角埋管抽采負(fù)壓在3-15KPa，單孔抽采濃度提高10-15%，抽采率提高到65-72%，上隅角瓦斯?jié)舛?.3-0.5%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.2-0.3%，工作面瓦斯?jié)舛仍?.2-0.3%，有力地保障了安全生產(chǎn)。

（4）加大區(qū)內(nèi)CO隱患排查力度，針對上隅角、軟幫、抽采鉆孔、舊區(qū)舊巷及兩巷頂板防火小鉆孔進(jìn)行逐一觀測，針對存在CO隱患地點(diǎn)必須進(jìn)行連續(xù)取樣化驗(yàn)，并針對化驗(yàn)和觀測數(shù)值繪制CO變化曲線，及時(shí)分析CO隱患變化情況和來源，便于采取有效措施進(jìn)行處理。

（5）及時(shí)對照工作面開采進(jìn)度，利用回風(fēng)道仰角鉆孔對工作面上方煤體和采空區(qū)進(jìn)行注水和阻化劑，抑制煤體氧化的同時(shí)，防止采空區(qū)殘留浮煤氧化產(chǎn)生CO隱患；同時(shí)為防止上隅角及自上隅角向下20m范圍內(nèi)軟幫發(fā)生CO隱患，利用軟幫插花管，對軟幫進(jìn)行噴灑阻化劑。在上隅角埋設(shè)灌漿管路，工作面每推進(jìn)20m，利用地面灌漿系統(tǒng)對后部采空區(qū)進(jìn)行一次預(yù)防性灌漿。

（6）對照工作面斷層帶及冒落不充分、易氧化發(fā)火部位，在回風(fēng)道施工灌漿消火鉆孔，鉆孔終孔標(biāo)高布置控制在距工作面頂板垂高10-15m，增大灌漿鉆孔覆蓋范圍，灌漿波及范圍。

（7）利用掘進(jìn)期間機(jī)道施工的順層鉆孔對硬幫煤體進(jìn)行高壓注水，同時(shí)針對兩巷頂板防火小鉆孔隱患情況，針對性地進(jìn)行注水、注灰，工作面推進(jìn)至隱患點(diǎn)前，必須消除，防止CO隱患留至采空區(qū)。

（8）在工作面下隅角碼放袋子，碼放范圍不得小于5m，必須做到碼嚴(yán)碼實(shí)，防止向采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)，不利于防滅火工作。

綜上所述，高瓦斯易發(fā)火煤層采掘工作面火與瓦斯等災(zāi)害問題，通過科學(xué)的分析和論證，因地制宜采取合理有效的預(yù)防和治理手段是可防可控的，本文所述的三水平南部區(qū)18號層采煤工作面計(jì)劃可采儲量18.5萬噸，實(shí)際采出原煤27.3萬噸；因此，通過在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)和摸索，生產(chǎn)過程中存在的諸多難題也一定能夠得到解決。

作者簡介：

陳仁海（1970.7-），男，1995年6月畢業(yè)于黑龍江礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)任黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司益新煤礦副礦長。