高瓦斯采空區(qū)煤自燃防治及抑爆技術(shù)體系及應(yīng)用

摘 要：針對(duì)采空區(qū)回風(fēng)巷、支架后方及瓦斯積聚區(qū)等煤自燃防治重點(diǎn)區(qū)域灌注凝膠泡沫覆蓋隔氧，井下上下隅角采用無機(jī)固化泡沫堵漏控風(fēng)，瓦斯異常區(qū)采用高位鉆孔抽放積聚瓦斯，解決了采空區(qū)煤自燃與瓦斯復(fù)合災(zāi)害防治的難題。

關(guān)鍵詞：煤自燃；瓦斯；抽采；注漿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.074

1 引言

付村煤業(yè)有限公司主采煤層為3上煤層，開采煤層為自燃煤層，在以往開采歷史中出現(xiàn)高溫點(diǎn)現(xiàn)象，東二輔助采區(qū)為瓦斯涌出異常區(qū)域，煤層回采階段絕對(duì)瓦斯涌出量最高達(dá)到了8m3/min左右，3上煤層采空區(qū)內(nèi)部存有大量高濃度且具有一定壓力的瓦斯。218綜放面東鄰219條帶工作面，隨著綜放面的推進(jìn)，由于采動(dòng)影響造成隔離小煤柱應(yīng)力集中，導(dǎo)致了218與217綜放面之間的隔離小煤柱被壓酥，采空區(qū)局部連為一體，產(chǎn)生了漏風(fēng)裂隙。2016年8月218工作面上隅角查出CO濃度為230ppm。由于218工作面采空區(qū)為瓦斯涌出異常區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)2.5%，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葹?～1.5%。為防止采空區(qū)煤自然發(fā)火而引爆瓦斯，需218綜放采空區(qū)進(jìn)行治理。

2 采空區(qū)“注—堵—抽”煤自燃防治及抑爆技術(shù)體系

2.1 井下煤自燃火區(qū)灌注凝膠泡沫

218工作面東臨219工作面采空區(qū)，受采動(dòng)影響隔離煤柱被壓酥，形成了漏風(fēng)裂隙。根據(jù)采空區(qū)光纖監(jiān)測(cè)結(jié)果，218支架后方及回風(fēng)巷存在CO濃度超標(biāo)的情況。通過以上分析，需要對(duì)218工作面采空區(qū)氧化自燃帶及工作面支架后方區(qū)域灌注凝膠泡沫進(jìn)行大面積覆蓋隔氧[1]。凝膠泡沫的制備參數(shù)主要如下：（1）所用發(fā)泡劑、交聯(lián)劑和稠化劑使用比例分別為3：4：3；（2） 制備的使用溫度為≥5℃；（3） 靜置狀態(tài)，凝膠時(shí)間20min；（4）耗漿量為20m3/h；（5） 凝膠泡沫產(chǎn)生量為400m3/h；（6）制氮機(jī)氣量不小于600m3/h，出口壓力0.3MPa。

泡沫材料為不燃性材料制成，具有優(yōu)良的防滅火性能，達(dá)到煤礦安全規(guī)程要求。通過在218工作面預(yù)埋注漿管路（直徑為108mm），將凝膠泡沫從地面灌入采空區(qū)。按照注漿管路大流量注凝膠泡沫的工藝流程，付村礦對(duì)井下重點(diǎn)易自燃區(qū)域灌注了大量的凝膠泡沫。

2.2 井下上下隅角漏風(fēng)裂隙封堵

218工作面回風(fēng)隅角充填堵漏[2]，屬于沿著煤柱裂隙壓注封堵，實(shí)際上是對(duì)采后煤柱壓酥后的裂隙及218采空區(qū)回風(fēng)隅角度處裂隙、空硐進(jìn)行封堵、充填，減少采空區(qū)的漏風(fēng)量，同時(shí)抑制有害氣體從采空區(qū)涌入工作面，每次噴注的用量根據(jù)煤柱壓酥情況及采后煤幫、頂板垮落情況。噴注固化泡沫：連接好混合器出口高壓軟管與預(yù)埋鋼管，開始注漿，注漿工作壓力保持在0.8-1MPa。待固化泡沫流體充滿隅角后停止注漿液，每次注入漿液約為15m3，注漿時(shí)間約為2個(gè)小時(shí)，結(jié)束后用清水清洗管路和設(shè)備。

2.3 瓦斯異常區(qū)高位鉆孔抽放

高位鉆孔可以實(shí)現(xiàn)超前預(yù)抽[3]，即當(dāng)采煤工作面的位置距離抽放鉆孔孔口一段距離時(shí)，煤層頂板受煤壁支撐的區(qū)域已經(jīng)有了裂隙通道，此區(qū)域內(nèi)能夠抽采出高濃度的瓦斯。采空區(qū)瓦斯積聚區(qū)主要存在于回風(fēng)側(cè)深部。因此，高位鉆孔需在回風(fēng)側(cè)施工。高位鉆孔在回風(fēng)巷內(nèi)向煤層頂板施工的鉆孔，它主要以回采工作面采動(dòng)壓力形成的頂板裂隙作為通道，能抽放工作面煤壁、上部采空區(qū)以及中部拐角涌出的瓦斯，截?cái)嘤咳牍ぷ髅娴耐咚箒碓础．?dāng)工作推進(jìn)到達(dá)后期時(shí)，即當(dāng)鉆孔接近或進(jìn)入冒落帶時(shí)，只要工作面所建立的鉆場(chǎng)還能夠保留，還能夠繼續(xù)發(fā)揮作用，抽放裂隙中的低濃度瓦斯。

2.4 應(yīng)用效果分析

凝膠泡沫從9月6日早班開始灌注，到9月18日停止，共連續(xù)灌注13d，消耗水2500t，發(fā)泡劑100kg，稠化劑和交聯(lián)劑各75kg。無機(jī)固化泡沫從10日早班開始灌注，連續(xù)灌注5天。采用凝膠泡沫和無機(jī)固化泡沫對(duì)218采空區(qū)進(jìn)行煤自燃防治后，218回風(fēng)隅角氣體的變化情況如圖1所示。從圖1可以看出，采空區(qū)CO濃度顯著下降，由未治理前的230ppm逐漸降低，最后穩(wěn)定在16ppm，說明采空區(qū)高溫煤體被凝膠泡沫有效的覆蓋，同時(shí)與氧氣隔絕，采空區(qū)上下隅角漏風(fēng)裂隙被封堵，達(dá)到了良好的防治煤自燃的作用。

由圖2測(cè)量結(jié)果可以看出，進(jìn)行鉆孔抽采瓦斯后，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛妊杆傧陆担罱K穩(wěn)定在0.1%，達(dá)到了高效抽放采空區(qū)積聚瓦斯的目的，防止了煤自燃引發(fā)瓦斯爆炸事故的發(fā)生。

218工作面于9月30恢復(fù)安全回采，218工作面恢復(fù)生產(chǎn)后各種氣體指標(biāo)一直保持正常。

3 結(jié)論

（1）針對(duì)綜放采空區(qū)煤自然發(fā)火與瓦斯耦合災(zāi)害防治困難的現(xiàn)狀，構(gòu)建了空區(qū)“注—堵—抽”煤自燃防治及抑爆技術(shù)體系。

（2）付村煤礦應(yīng)用“注—堵—抽” 煤自燃防治及抑爆技術(shù)，通過對(duì)煤自燃那重點(diǎn)防治區(qū)域灌注凝膠泡沫，井下上下隅角無機(jī)固化泡沫堵漏控風(fēng)，瓦斯異常區(qū)高位鉆孔抽放，達(dá)到了采空區(qū)煤自燃防治及抑爆的目的，確保了218工作面的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張祎，徐超航，王德明.增韌劑改性礦用有機(jī)固化泡沫性能的研究[J].煤炭技術(shù)，2015，34（01）：255-257.

[3]李霄尖，姚精明，何富連等.高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)理論與實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2007，35（04）：20-22.

作者簡(jiǎn)介：周新義（1979-），男，山東滕州人，本科，中級(jí)，現(xiàn)任通防科技術(shù)主管，研究方向：礦井通風(fēng)防滅火。