S2905綜采工作面自燃傾向處理實踐與分析

徐世波， 吳瓊瑛

(遼寧鐵法能源有限責(zé)任公司，遼寧 調(diào)兵山 112700)

1 問題的提出

大興煤礦S2905綜采工作面是2號礦區(qū)的主要采煤工作面，于2016年5月15日開采。5月31日，南方第二905綜采工作面運輸42 m，工作面框架，高角度上角，舊池梁管和5月22日(距切割眼10.5 m)和其他濃度CH4的現(xiàn)場檢查，CO，從58#支架到尾支架發(fā)現(xiàn)有CO，其中96#～97#最高CO濃度為312×10-6，頂角高CO濃度為225×10-6，舊池塘CO濃度為257×10-6，且5月22日梁CO濃度為387×10-6。回風(fēng)CO濃度為22×10-6，呈上升趨勢。

2 工作面概況及特點

S2905工作面位于南二采區(qū)東部。工作面大面長659 m，傾斜寬190 m；小面長290 m，傾斜寬140 m。工作面面積165 810 m2。工作面周圍為非采區(qū)，工作面與7-2煤層相鄰，北部不開采，南部為S5719上部采空區(qū)，7-2煤層厚度在1.36 m～4.93 m之間，一般為2.96 m。9煤層的距離在33.07 m和36.73 m之間，一般為34.99 m。工作面與10-1煤層相鄰。煤層的厚度在0.28 m和0.62 m之間，通常為0.45 m，這是不可拔除的。9煤層的距離介于9.69 m和28.07 m之間，一般為11.21 m。S2905工作面從2016年5月15日開始回采，至2017年7月28日回采完畢。工作面煤巖形態(tài)為舒緩向斜構(gòu)造，采用走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法?；夭善陂g，共實見九條斷層，斷層最短延伸長度為150 m，最長延伸長度為700 m；最小落差為0.4 m，最大落差為3.1 m。工作面共實見兩條火成巖巖墻，其中一條火成巖巖墻寬度為1.1 m左右，回采至400 m時開始出現(xiàn)，至850 m尖滅；另外一條火成巖巖墻寬度3.5 m左右，從564 m進(jìn)入到工作面，延伸長度為560 m，至回采結(jié)束?；夭芍? 093 m時，工作面實見一條火成巖巖床。工作面“陷落柱”構(gòu)造較發(fā)育，回采至804 m、814 m、868 m、1 010 m時，共實見四處“陷落柱”構(gòu)造。“陷落柱”主要為角礫巖、煤塊、火成巖塊組成，規(guī)模一般為3 m～20 m不規(guī)則的圓形，如圖1所示。

本工作面煤的工業(yè)牌號為長焰煤，南部有少量不黏煤，煤層厚度在3.39 m～4.55 m之間，一般為4.05 m。本工作面煤層呈黑色，塊狀構(gòu)造，質(zhì)較純，以亮煤為主。煤的自燃發(fā)火期為17 d，煤塵爆炸指數(shù)為33.81%。

圖1 巷道布置示意圖

3 自燃傾向處理過程

本次S2905綜采工作面自然發(fā)火處理過程可分為兩個階段。

3.1 2017年5月31日-6月27日自然發(fā)火防治階段

工作面風(fēng)量1 819 m3/min ，最大瓦斯涌出量27.90 m3/min，最大瓦斯抽采量14.81 m3/min。自燃發(fā)展過程如本文開頭所述。

3.1.1 煤炭自燃防治綜合技術(shù)及實施

3.1.1.1 封堵漏風(fēng)主要技術(shù)措施

用于堵塞和降低壓降和減少泵送的技術(shù)措施的主要目的是減少由于采空區(qū)內(nèi)外之間的壓力差引起的氧氣泄漏引起的高溫氧化。主要內(nèi)容是防止通風(fēng)系統(tǒng)影響采空區(qū)的漏風(fēng)。工作面風(fēng)量減小，工作面風(fēng)量從1 800 m3/min逐漸減小到1 100 m3/min。分別于5月31日，6月19日和6月21日，下角建有永久密封墻。運順，1#～2#框架，羅克秀1 t，4#～5#Rocco休息1 t。從6月21日到6月26日，工作面停止，前30套支架噴涂。

3.1.1.2 充填砂帶主要技術(shù)措施

充填砂帶措施不僅能抑制采空區(qū)漏風(fēng)、降低采空區(qū)溫度，更能在架后形成砂墻，減少工作面漏風(fēng)量,防止災(zāi)害擴(kuò)大。S2905工作面CO上升后，針對切眼10#支架及50#架后斷層處遺留浮煤氧化自燃，從6月1日起，對采空區(qū)進(jìn)行連續(xù)充填。5月31日～6月27日期間對兩順及切眼埋管等9處埋管點進(jìn)行充填，充填總量達(dá)7 085 m3。

3.1.2 防治效果

采取各種措施后，工作面的CO排放量有兩個波動。6月4日，工作面CO排放總量為170 m3/d(返回CO的平均濃度為23×10-6)。6月5日至6月17日，CO涌出總量逐漸減少并穩(wěn)定在80 m3/d。風(fēng)CO的平均濃度為13×10-6。從6月18日到6月22日，工作面的CO排放總量增加?；仫L(fēng)CO的平均濃度為8×10-6)。

3.2 2017年6月28日～7月9日自然發(fā)火防治階段 6月28日四點班工作面恢復(fù)生產(chǎn)，7月4日～9日工作面停產(chǎn)放假，運順已回采133 m、回順回采136.8 m。

3.2.1 自燃發(fā)展過程

6月28日工作面CO涌出總量47.5 m3/d(回風(fēng)CO平均濃度7.08×10-6)，7月1日工作面采取均壓通風(fēng)措施后，工作面CO涌出量186.9 m3/d(回風(fēng)CO平均濃度38.16×10-6)。7月3日工作面取消均壓通風(fēng)，恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)，當(dāng)日CO涌出量336 m3/d(回風(fēng)CO平均濃度128.38×10-6)。7月4日工作面CO涌出量上漲最高達(dá)348.1 m3/d(回風(fēng)CO平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)155.24×10-6)。

3.2.2 煤炭自燃防治綜合技術(shù)及實施

3.2.2.1 工作面均壓通風(fēng)措施

在S2九層軌道中巷設(shè)2組型號為2×55 kW和1組型號為2×45 kW的對旋式局部通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)額定供風(fēng)風(fēng)量為三臺運轉(zhuǎn)、三臺備用。在距S2905運順口70 m處、S2905回順防火門處建設(shè)3道反向臨時風(fēng)門。在S2905運、回順風(fēng)門里側(cè)10 m～15 m各設(shè)一個束管，引到最外側(cè)風(fēng)門外，連接壓差計及壓力傳感器。在S2905瓦斯道閉前15 m處建一道增阻框。

S2905工作面回采期間均壓風(fēng)筒末端風(fēng)量為1 500 m3/min左右，工作面風(fēng)量控制在1 100 m3/min左右，運順側(cè)風(fēng)門外觀測壓差控制在100 mm～120 mm H2O。CO涌出量及回風(fēng)CO濃度均大幅上漲，均壓措施失敗。

3.2.2.2 恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)、堵漏主要技術(shù)措施

7月3日工作面取消均壓通風(fēng)，工作面恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)?；謴?fù)運順風(fēng)量至865 m3/min。同時在停產(chǎn)期間對工作面前三角點和前50組支架進(jìn)行噴漿。在6月30日、7月1日、7月4日分別對前三角點大墻空隙注羅克休3.1 t。

3.2.2.3 兩順采空區(qū)埋管充填措施

6月28日～7月9日期間對運回順3處采空區(qū)埋管點進(jìn)行充填，總量達(dá)1 440 m3。

3.2.2.4 注氮措施

6月28日～7月3日繼續(xù)對5月29日埋管、6月10日埋管、6月16日埋管向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注氮，日注氮量在1 300 m3/h左右。本階段共計注氮39.3萬m3。

3.2.2.5 注液態(tài)CO2降氧降溫措施

為快速有效置換S2905綜采工作面采空區(qū)內(nèi)氣體，創(chuàng)造一個惰化采空區(qū)，對S2905綜采工作面采空區(qū)、南五719采空區(qū)注液態(tài)CO2。

7月5日～7月9日，對運順5月29日埋管連續(xù)注入液態(tài)CO2，共計55罐車、110 m3。7月7日，利用南井充填系統(tǒng)對南五719回順閉過堂管路連續(xù)注入液態(tài)CO2，共計2罐車、52 t。

4 結(jié)論

5月31日至7月9日，S2905工作面累計充填河沙8 525 m3、注氮總量144.9萬m3、注液態(tài)CO252 t、注水13.1萬m3、注羅克休5.1 t。

邊采邊加支架、初采推進(jìn)速度慢等因素給防火工作增加難度。

常規(guī)注氮氣防火措施在滅火過程中沒有發(fā)揮惰化和降溫作用。工作面正?；夭善陂g常規(guī)防火措施，必須堅持使用氮氣防火措施。如出現(xiàn)自然發(fā)火隱患，需要根據(jù)發(fā)火點位置和CO變化趨勢，及時調(diào)整注氮位置。必要時，聯(lián)合注液態(tài)CO2措施進(jìn)行防滅火工作。

針對切眼內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，實施的防火工程量較少。應(yīng)加強(qiáng)對切眼內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域的防火管理，在切眼貫通后回采前，采取噴漿、施工消火孔注泥、動態(tài)取樣觀測、預(yù)埋效果管路等措施，確保工作面出切眼階段不留隱患。

均壓通風(fēng)技術(shù)缺少經(jīng)驗，對于均壓通風(fēng)技術(shù)在本次防治自然發(fā)火的實際應(yīng)用中是失利的，但不代表不能在其他工程上投入使用。