近距離采空區(qū)下煤層開采瓦斯、火災(zāi)綜合防治

摘 要：瓦斯事故和自然發(fā)火事故是煤礦在生產(chǎn)過程中存在的主要自然災(zāi)害，嚴重威脅礦井安全生產(chǎn)，并且在很多礦井的同一工作面兩種災(zāi)害共存，合理的統(tǒng)籌好瓦斯防治和防滅火工作就顯得尤為重要。中煤新集二礦210107工作面為近距離采空區(qū)下回采工作面，存在回采期間瓦斯、火災(zāi)綜合防治的難題，通過對工作面回采期間瓦斯、火災(zāi)防治和現(xiàn)場管理工作進行闡述，分析總結(jié)近距離采空區(qū)下煤層開采的瓦斯和防滅火綜合治理經(jīng)驗，為類似條件下回采工作面災(zāi)害治理提供技術(shù)和實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)下；瓦斯防治；防滅火

1 礦井概況

中煤新集二礦位于淮南市鳳臺縣城西約12km，井田面積約22km2，核定生產(chǎn)能力為2.9Mt/a。礦井采用立井、主石門、多水平、集中運輸大巷開拓方式，礦井開采方式為采區(qū)前進式，采面為走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。礦井為煤與瓦斯突出礦井，絕對瓦斯涌出量87.05m3/min，相對瓦斯涌出量12.91m3/t；礦井主采煤層均為自燃煤層，自然發(fā)火期為3-6個月；礦井為地質(zhì)類型極復(fù)雜，水文地質(zhì)類型復(fù)雜。

2 工作面概況

2.1 工作面基本情況

210107工作面位于新集二礦二水平1煤東翼2101采區(qū)，為該采區(qū)1煤層首采工作面，上覆1上煤層210108工作面于2014年1月采畢，工作面內(nèi)1煤層上距1上煤（已基本采畢）0.8～1.6m，平均1.0m。

210108工作面回采后工作面下伏1煤已充分卸壓，且210108工作面采用底抽巷施工穿層鉆孔抽采工作面瓦斯，工作面所屬1煤組均通過鉆孔進行抽采，預(yù)計工作面最大絕對瓦斯涌出量為 4.61m3/min。

2.2 工作面地質(zhì)情況

1煤：黑色，粉末狀為主，塊狀次之，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，局部裂隙充填黃鐵礦膜，弱玻璃光澤，以亮煤為主，暗煤次之，少量鏡煤，屬半亮型煤；煤層結(jié)構(gòu)簡單，工作面內(nèi)1煤平均3.6m，屬較穩(wěn)定煤層。

直接頂：原始狀態(tài)下1煤層直接頂為泥巖，厚0.8～1.6m ，平均1.0m。受上覆1上煤層采掘影響，工作面回采范圍內(nèi)1上煤基本被回采完畢，局部地段1煤也被回采，造成現(xiàn)1煤直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖及回采1上煤頂板冒落形成的再生頂板，其中再生頂板巖性包括砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖及部分未能回采的1上煤。

3 工作面綜合瓦斯治理措施

工作面瓦斯治理措施主要采用合理的配風(fēng)量及抽采方式的調(diào)整治理工作面正常瓦斯涌出以及可能出現(xiàn)的采空區(qū)瓦斯異常涌出的問題。

3.1 工作面通風(fēng)系統(tǒng)

210107工作面通風(fēng)采用上行通風(fēng)方式。綜合工作面氣象、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人數(shù)等條件計算，工作面配風(fēng)量為1096m3/min時，能夠滿足工作面措施要求并符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。

3.2 工作面瓦斯抽采措施

210107工作面采用上隅角埋管及頂板孔超前抽采相結(jié)合的抽采方法。工作面各抽采分支均安設(shè)有高低負壓切換裝置，工作面回采期間可根據(jù)工作面實際瓦斯抽采情況適時調(diào)整抽采系統(tǒng)。

3.2.1 工作面上隅角埋管抽采

在210107風(fēng)巷上隅角閉墻預(yù)埋瓦斯抽采集流裝置，對閉墻內(nèi)瓦斯積聚點進行針對性抽采，即將瓦斯抽采集流裝置根據(jù)封閉墻施工的寬度，均勻地布置在上隅角擋墻內(nèi)，根據(jù)集流裝置內(nèi)的瓦斯情況進行抽采量的調(diào)整。

上隅角預(yù)埋瓦斯集流裝置具有以下特點：一是改變采空區(qū)氣體流場，減少采空區(qū)瓦斯沿工作面涌出的情況；二是抽采管路安裝變徑控制閘閥，對采空區(qū)內(nèi)抽采氣流進行有效控制、調(diào)整，減少采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化速率；三是集流裝置在閉墻施工時，采用人工向外拖動，進行反復(fù)利用，降低了投入成本。

3.2.2 工作面風(fēng)巷頂板孔

工作面回采期間210107風(fēng)巷自開切眼至停采線范圍內(nèi)每10m布置一個垂直于頂板方向施工的鉆孔，鉆孔孔深已打透上部210108采空區(qū)為基準，工作面超前50m對頂板鉆孔進行連管抽采，通過超前預(yù)抽改變采空區(qū)流場，防止210108采空區(qū)瓦斯向工作面異常涌出。頂板鉆孔施工必須超前工作面進度不小于50m，不大于60m。

3.3 工作面綜合瓦斯治理措施效果分析

通過合理的配風(fēng)量及抽采方式的不斷調(diào)整優(yōu)化，工作面自開采以來，工作面瓦斯始終保持較為穩(wěn)定，保證了工作面回采期間的瓦斯安全。尤其采用的上隅角預(yù)埋集流裝置對采空區(qū)閉墻進行抽采，不僅成功處理了上隅角閉墻內(nèi)瓦斯容易積聚的難題，而且抽采量的控制減少了帶動采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化問題，取得了較好地效果。

4 綜合防滅火技術(shù)

4.1 減少采空區(qū)漏風(fēng)措施

一是工作面上下隅角封堵措施。工作面回采期間，上、下隅角用“雙抗”編織袋裝煤（矸）各施工一道編織袋擋墻，并用黃泥抹實。最大限度減少工作面漏風(fēng)。

二是工作面全程鋪網(wǎng)措施。工作面做到全程鋪設(shè)柔性網(wǎng)，利于工作面支架端頭頂板管理防止超前垮冒，同時利于對上覆老空區(qū)再生頂板的控制。工作面移架后，在柔性網(wǎng)的作用下上覆再生頂板由傳統(tǒng)垮落變?yōu)檎w下沉，最大限度的保證了采后再生頂板的完整性。

三是實施工作面煤超前注水措施。在采煤工作面內(nèi)打垂直于煤壁的短鉆孔進行注水。同時從工作面風(fēng)巷施工鉆孔進入前方采空區(qū)，對超前工作面10m范圍內(nèi)老空區(qū)進行注水。通過工作面及老空區(qū)超前注水潤濕煤體，提高煤體塑形防止煤壁片落造成工作面超前冒頂。同時通過老空區(qū)注水降低老空區(qū)的溫度。

4.2防滅火灌漿措施

黃泥灌漿是煤礦最主要的防滅火手段之一，其原理是泥漿中的水分吸收大量熱，起到滅火降溫的作用，黃泥覆蓋浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。工作面回采過程中在工作面上隅角預(yù)埋的灌漿管路，隨著工作面的回采，灌漿管路交替埋設(shè)，管路出漿口保持進入采空區(qū)的長度在20m-40m范圍。為了提高灌漿效果，在漿液中摻入三相發(fā)泡劑，利用三相發(fā)泡劑發(fā)泡后體積大、易堆積、易流動、粘著力強的防滅火特性，對采空區(qū)遺煤起到很好的包裹作用，達到阻止煤體氧化、降低煤體溫度和充填采空區(qū)的目的。

4.3 注氮防滅火措施

工作面下隅角擋墻后方預(yù)埋管路，管口高度在距離巷道底板向上1m，埋深在15-30m。工作面回采期間，通過下隅角預(yù)埋的注氮管路對采空區(qū)實施持續(xù)性注氮措施。

4.4 凝膠霧化防滅火措施

凝膠防滅火技術(shù)在礦井生產(chǎn)中已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，并取得很好的成效。傳統(tǒng)凝膠工藝為將MEA-1粉末同水均勻混合（或其他材料混合）逐步反應(yīng)形成膠體，使用注漿泵注入煤體空隙形成凝膠的狀態(tài)，充填空隙包裹煤體起到降溫隔氧作用。新集二礦改變了傳統(tǒng)凝膠使用工藝，在工作面實施了凝膠霧化技術(shù)。將MEA-1粉末通過霧化器霧化，由工作面下隅角（或工作面支架間縫隙處）向采空區(qū)噴灑，霧化粉末隨采空區(qū)漏風(fēng)帶風(fēng)流在采空區(qū)裂縫內(nèi)呈下而上漂動，霧化粉末吸附粘黏到采空區(qū)暴露煤巖體表面。吸收采空區(qū)水份后形成凝膠膜，凝膠膜起到包裹煤巖體作用隔絕采空區(qū)氧氣，同時凝膠過程吸收熱量降低了采空區(qū)溫度，達到了防止采空區(qū)煤炭自燃的效果。

凝膠霧化工藝同傳統(tǒng)防滅火凝膠使用上具有以下特點：

一是改變了凝膠的使用方式。由傳統(tǒng)凝膠壓注充填變成凝膠膜覆蓋，霧化工藝沒有材料混合攪拌過程，操作簡單。二是改變了凝膠形成順序。傳統(tǒng)工藝是在兩種凝膠材料充分攪拌混合后，在形成凝膠的過程中壓注到目標位置凝固形成固態(tài)膠體。凝膠霧化工藝則是將凝膠材料霧化后，以采空區(qū)漏風(fēng)流為載體吸附粘黏到采空區(qū)煤巖體上，通過吸收采空區(qū)水份逐步膠化形成凝膠膜。三是擴大了凝膠影響范圍。傳統(tǒng)凝膠工藝壓注點擴散能力有限，影響范圍小。霧化工藝則是以采空區(qū)漏風(fēng)為載體，凝膠可進入漏風(fēng)流經(jīng)的所有地點，影響范圍廣。

4.5 綜合防滅火措施分析

通過綜合防滅火措施的實施，210107工作面作為特殊再生頂板條件下近距離采空區(qū)下煤層開采的首個工作面，自開采以來采空區(qū)及回風(fēng)流均未檢測到一氧化碳，有效杜絕了煤炭自燃事故的發(fā)生，保證了工作面的安全回采。灌漿措施限于采空區(qū)和水流特點只能浸入采空區(qū)底部遺煤體不能做到采空區(qū)全覆蓋，對于采空區(qū)上部遺煤無法起到作用。采空區(qū)注氮措施，受采空區(qū)漏風(fēng)影響造成氣體惰化很難達到預(yù)想目標。凝膠霧化措施很好彌補了上述問題，通過持續(xù)實施實現(xiàn)了采空區(qū)凝膠全覆蓋，達到了防止采空區(qū)煤炭自燃的效果。

5 結(jié)論

通過利用裂隙帶鉆孔引流采空區(qū)瓦斯流場、采空區(qū)上隅角輔助埋管抽采的方法防范工作面瓦斯異常涌出，避免了回采工作面上隅角瓦斯積聚、降低了瓦斯抽采工程成本；通過對采空區(qū)進行風(fēng)巷灌黃泥漿、機巷注氮氣、采空區(qū)煤體側(cè)凝膠霧化措施，構(gòu)成了工作面防治自然發(fā)火管控體系。通過上述措施的制定和落實，210107工作面實現(xiàn)安全順利回采，標志著中煤新集二礦在近距離采空區(qū)下煤層開采瓦斯、火災(zāi)綜合防治取得了良好的效果，也積累了一定的經(jīng)驗，同時也為類似條件下回采工作面災(zāi)害治理提供技術(shù)和實踐經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.7.

[2]王德明.礦井火災(zāi)學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[3]于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.2005.

作者簡介：

吳明（1987- ），男，本科學(xué)歷，安全工程師，現(xiàn)擔(dān)任中煤新集公司安全監(jiān)察局駐新集二礦安監(jiān)處主任工程師，主要從事煤礦一通三防及安全技術(shù)工作。