大埋深綜放工作面自然發(fā)火防治技術(shù)與實踐

祝傳軍 王繼勝 牛思云

（山東省滕東生建煤礦，山東 滕州 277510）

長期以來，煤炭自然發(fā)火一直是威脅礦井生產(chǎn)安全的主要災(zāi)害之一，也同礦井生產(chǎn)經(jīng)驗效益的高低有著密切關(guān)聯(lián)。自然發(fā)火是指有自燃傾向性的煤層被開采破碎后在常溫下與空氣接觸，發(fā)生氧化，產(chǎn)生熱量使其溫度升高，出現(xiàn)發(fā)火和冒煙的現(xiàn)象。煤層自燃會破壞煤炭資源，影響礦井正常生產(chǎn)，產(chǎn)生有毒有害氣體，污染大氣環(huán)境，破壞生態(tài)環(huán)境，威脅礦井工人的生命安全[1-2]。滕東煤礦自然發(fā)火期短，開采深度深，處于二級熱害區(qū)，煤層底板溫度局部高達40.4℃，自然發(fā)火防治難度大[3-4]。

3下109工作面在設(shè)計、開采過程中對防火形勢認識不足，造成工作面封閉，該礦舉全礦之力，在棗礦集團公司大力指導(dǎo)和幫助下，工作面經(jīng)過防、治、封、治反復(fù)治理過程，最終取得滅火的勝利，教訓(xùn)深刻。

1 礦井及工作面概況

滕東煤礦為低瓦斯礦井，煤層自燃傾向性為Ⅱ類，自然發(fā)火期55d。開采深度-800～ -1000m，為魯南第一深井，煤層底板溫度局部高達40.4℃，處于二級熱害區(qū)。

該工作面原布置為旋轉(zhuǎn)開采，后根據(jù)防沖規(guī)定明確要求嚴禁切眼旋轉(zhuǎn)開采，重新施工切眼。3下109新切眼在原切眼機尾向南留5m凈煤柱布置，于2013年12月初貫通，2013年12月26日開始組織安裝，2014年2月25日安裝工程結(jié)束。2014年3月3日工作面調(diào)試生產(chǎn)2m，3月5日因3下109工作面無專項防沖設(shè)計，由北科大編制3下109防沖專項設(shè)計。根據(jù)防沖設(shè)計要求，需在軌道巷防沖高危區(qū)和煤巖交接區(qū)補打錨桿、錨索，4號探巷注漿和3號探巷補打木垛等工作，該工作共計施工25d時間。2014年4月1日工作面開始恢復(fù)生產(chǎn)。工作面開采85m后，機尾段需縮面撤除11個支架，縮面撤架期間工作面架后發(fā)生煤層自燃。

表1 注漿所需材料表

圖1 壓注系統(tǒng)示意圖

圖2 壓注鉆孔布置示意圖

2 自燃防治綜合技術(shù)運用

隨著3下109工作面煤自燃情況的發(fā)展，靈活運用各項綜合防火技術(shù)，取得預(yù)期效果。在工作面開采期間采用穩(wěn)定通風(fēng)系統(tǒng)；對軌道巷外側(cè)巷道及頂板噴涂高分子材料SPA-4；兩隅角噴灑防滅火劑；注氮；注CO2；每10m在兩巷隅角構(gòu)筑防火墻；對檢測到的異常點打鉆注水降溫、注羅克休；在軌聯(lián)安設(shè)局部通風(fēng)機向回風(fēng)隅角供風(fēng)調(diào)壓；對機尾頂板嚴重破碎帶注馬麗散、羅克休充填加固等常規(guī)防滅火手段[5]。

在進行羅克休充填時，為取得最佳注漿密閉效果，設(shè)計2注漿孔，開孔位置在密閉墻上部，巷道中心線左右1m處開孔，孔間距2m，孔徑為Φ42mm，孔深以穿透砌磚墻體即可。每孔結(jié)構(gòu)為1根注射管+封孔器。為取得理論上最佳密閉效果，操作時高壓進行灌注保證泡沫的均勻擴散，充填封閉住漏風(fēng)區(qū)域。注漿結(jié)束后及時進行觀測，對未充滿區(qū)域補注漿。

在進行馬麗散充填加固時，密閉墻為半圓拱結(jié)構(gòu)，巷道寬4m，巷道最高點3.5m，設(shè)計為單排注漿固化孔，開孔位置距離墻體0.5m，每孔呈45°推進，孔深2m（保證每注漿終孔垂直距離墻體外邊緣1.4m，理論狀態(tài)下擴散），孔間距1.0m。為有效保證注漿效果，共設(shè)計12個注漿孔，以巷道中心線的頂、底板和密閉墻腰線左右?guī)蜑榛c各一個注漿孔，左右或上下間距1m分設(shè)其余注漿孔。因巷道周邊為巖石，預(yù)計注漿量不大，平均暫按每孔3組（6桶）量，預(yù)計總量2t。每孔結(jié)構(gòu)為1根注射管+1件封孔器+1件花管。采取間隔布孔間隔注漿，間隔注漿即防止注漿孔之間竄漿又可對相鄰孔破碎裂隙進行復(fù)注補充。注漿完畢后進行監(jiān)測是否漏風(fēng)，對通過注漿檢測到的極其破碎區(qū)域再次補孔注漿封閉。如圖3所示。

圖3 鉆孔注漿封閉圖

工作面停產(chǎn)縮面撤架前，對工作面架前頂板及架后全部噴涂SPA-4材料，全面封堵。在回撤支架出現(xiàn)煙霧后，主要采取降低工作面總風(fēng)流、風(fēng)機均壓、注CO2、81#～82#架施工鉆機窩、用大鉆打深孔、鉆孔注水、注高分子滅火凝膠等措施。在打鉆注膠短期內(nèi)無法完成治理工作后，采取主動封閉兩巷端頭強注二氧化碳的積極防滅火措施。

3 自燃防治效果

由于工作面設(shè)計考慮不充分，補打新切眼，且切眼長度設(shè)計為150m，日推采1.2m，推采速度慢；工作面調(diào)試生產(chǎn)2m后，因治理防沖問題，擱置25d沒有生產(chǎn)；縮面撤架撇開機尾全巖近20m，工作面機尾段受斷層影響，仍然有30多米全巖，影響推進速度。同時，由于停產(chǎn)撤架準備不充分，巷道臥底耽誤了8d時間，造成工作面自然發(fā)火形勢惡化。但經(jīng)過各種自燃防治綜合技術(shù)運用之后，自燃防治效果較好。用CO濃度表征自燃防治效果，在回風(fēng)巷道內(nèi)5m、回風(fēng)巷道與工作面交界處、工作面回風(fēng)上隅角、回風(fēng)側(cè)采空區(qū)內(nèi)5m、回風(fēng)側(cè)采空區(qū)內(nèi)10m位置分別布置一個測點，共布置5個測點，各測點處CO濃度變化如圖4所示。

圖4 自燃防治前后各密閉測點CO濃度變化圖

由圖4可知，在自燃防治綜合技術(shù)運用之前，CO濃度普遍較高，最高接近150ppm。在實施防治措施之后，各測點CO得到有效遏制，其濃度均在安全范圍內(nèi)波動，有效遏制了CO的產(chǎn)生。因此，工作面經(jīng)過防、治、封、治反復(fù)治理過程，取得3下109大埋深綜放工作面自然發(fā)火治理的勝利。該工作面已安全開采并封閉。

4 結(jié)論

（1）火區(qū)封閉不宜采用板閉，否則封堵區(qū)內(nèi)壓力無法升高，影響滅火效果，今后火區(qū)封閉要掏深槽，建永久閉。

（2）沖擊地壓高溫礦井封閉區(qū)內(nèi)溫度無法降低，啟封時不能完全按照啟封條件啟封，要根據(jù)實際靈活運用。

（3）封注CO2啟封時，不宜采用鎖風(fēng)一側(cè)啟封。因CO2有刺激性氣味，啟封時間長，封注CO2啟封前改注氮氣，沖淡封閉區(qū)內(nèi)CO2濃度，能極大縮短啟封時間。且注CO2濃度必須確保使用食品級，否則容易出現(xiàn)誤判。

（4）在工作面設(shè)計中特別是高溫礦井，要充分考慮防滅火需要，并勇于舍棄不易開采的局部地段。且高溫礦井不完全符合“三帶”理論，在實際處理防滅火時，必須多措并舉，方能取得較好效果。