辛置煤礦10#煤綜采工作面防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用

孫海峰

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

霍州煤電集團辛置煤礦是一座老礦，井下巷道錯綜復(fù)雜，增加了采空區(qū)漏風(fēng)的危險。開采煤層10#煤主要為高硫煤，經(jīng)鑒定該煤層具有自燃傾向性，屬于Ⅱ類自燃煤層。礦井和煤層賦存地質(zhì)條件的特殊性增加了自燃危險性。應(yīng)用粉煤灰膠體和高分子膠體聯(lián)合注膠的方式有效降低了工作面各位置處的風(fēng)流溫度、煤層溫度以及CO、CH4濃度，從而降低了工作面煤層自然發(fā)火的可能。

1 工程概況

1.1 工作面特征

霍州煤電集團辛置煤礦10-428B綜采工作面位于礦井井田東四左翼采區(qū)北側(cè)540水平，地面標(biāo)高+763～ +828m，工作面標(biāo)高+403～ +431m，黃土覆蓋平均厚度247m，基巖平均厚度85m。工作面走向長度774m，傾向長度240m，南面為東四左翼軌道巷、皮帶巷，西面為10-428A工作面。工作面布置情況如下圖1所示。

10-428B工作面采用單一煤層一次采全高走向長壁后退式綜合機械化采煤法，采高1.43～2.67m，平均2.6m，采用全部垮落法處理采空區(qū)頂板。據(jù)以往經(jīng)驗與相鄰工作面回采分析10-428B工作面回采過程中煤體具有以下自然發(fā)火的特點：（1）采空區(qū)未被壓實導(dǎo)致工作面漏風(fēng)嚴(yán)重；（2）煤體本身破碎導(dǎo)致漏風(fēng)通道較多；（3）高溫點位置高，一旦發(fā)生自燃不易徹底撲滅。

1.2 煤層特征

10-428B工作面回采10#煤層，該煤層平均厚度2.6m，煤層傾角2°～9°，平均4°，煤層屬性為半亮型高硫肥煤，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含2～3層夾矸。煤層頂?shù)装鍘r性特征見下表1。根據(jù)煤層吸氧量測定法，對10#煤層自燃傾向性鑒定結(jié)果為：揮發(fā)份Vdaf=26.46%，吸氧量Vd=0.59cm3/g，煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類自燃。

圖1 10-428B工作面布置示意圖

表1 煤層頂?shù)装鍘r性特征

為此，需采取合理有效的方法對10-428B工作面煤層自燃火災(zāi)隱患進(jìn)行防治。

2 現(xiàn)場實測

2.1 漏風(fēng)通道檢測

在10-428B工作面開切眼未貫通之前，采用SF6示蹤氣體進(jìn)行檢測煤體漏風(fēng)通道情況。如下圖2，在10-428B工作面中間巷布置煤體漏風(fēng)通道檢測測點，總共布置13個SF6氣體跟蹤測點，測點與測點間距60m，每個測點每次釋放氣體量250ml，每30min進(jìn)行一次檢測，同時在工作面兩回采巷道進(jìn)行來回檢測。

以工作面停采線為零點，中間巷以上為正，以下為負(fù)，測試結(jié)果表明：+0～23m、+278～291m、+409～424m 、-83～94m、-141～251m、-172～180m、-213～245m、-346～427m幾處范圍內(nèi)煤體漏風(fēng)量較大，漏風(fēng)通道較多，其他地方漏風(fēng)不明顯。

圖2 10-428B漏風(fēng)通道檢測圖

2.2 日常監(jiān)測

為了及時準(zhǔn)確地了解10-428B工作面煤層自燃情況，下面將根據(jù)工作面實際情況，開展系列監(jiān)測工作。

2.2.1 人工監(jiān)測

人工監(jiān)測是在工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷及中間巷兩端和上隅角進(jìn)行溫度及氣體成分的主要監(jiān)測，每班監(jiān)測一次，測站布置如下圖3。

圖3 人工監(jiān)測測點布置示意圖

（1）在工作面3條巷道中線頂板上部2m位置每隔40m布置一個監(jiān)測點；

（2）在上順槽下幫、下順槽上幫頂板每隔40m布置一個監(jiān)測點，孔深3m；

（3）在停采線附近的3條巷道兩側(cè)布置監(jiān)測點，監(jiān)測人員對漏風(fēng)嚴(yán)重區(qū)域應(yīng)加強監(jiān)測，采樣異常時送至色譜儀分析。

2.2.2 束管監(jiān)測

束管監(jiān)測作業(yè)是把工作面所涉及的各回采巷道及本工作面上隅角中的氣體分別由取樣抽取至井上地面實驗室，通過色譜儀進(jìn)行分析的過程。其布置方式如下圖4。

（1）在工作面上順槽下幫、中間巷下幫、下順槽上幫分別設(shè)置1～3#監(jiān)測點，測點鉆孔孔深3 m，打孔位置在幫部正中，打孔角度斜向上60°，測點位置在幫煤內(nèi)1m左右位置，用于監(jiān)測工作面前方煤體自燃條件；

（2）在距工作面100m處上順槽頂板位置和距工作面50m處的下順槽頂板位置分別設(shè)立4#、5#監(jiān)測點，測點鉆孔孔深3m，打孔位置在頂板正中處，垂直打孔，測點位置在頂板內(nèi)1～2m位置，用于監(jiān)測工作面頂板煤層自燃條件；

（3）在本回采工作面上隅角位置設(shè)立6#監(jiān)測點，監(jiān)測工作面采空區(qū)自燃條件。

圖4 束管監(jiān)測測點布置示意圖

3 防滅火技術(shù)

結(jié)合以上現(xiàn)場實測結(jié)果，在10-428B工作面巷道漏風(fēng)嚴(yán)重處及高溫區(qū)域進(jìn)行綜合防治措施運用。

3.1 均壓控制技術(shù)

均壓控制技術(shù)指減少巷道兩側(cè)的風(fēng)壓差，從而減少漏風(fēng)，達(dá)到預(yù)防和消滅火災(zāi)的措施。根據(jù)10-428B工作面實際情況，在中間巷入口處設(shè)立調(diào)節(jié)風(fēng)門，將巷道與巷道間的風(fēng)壓調(diào)整至均勻一致狀態(tài)，這樣能夠降低風(fēng)流流向工作面煤體的概率。

3.2 膠體填充技術(shù)

根據(jù)10-428B工作面實際情況，結(jié)合上文日常監(jiān)測結(jié)果，在漏風(fēng)量較大或漏風(fēng)通道明顯的位置利用粉煤灰高水組合凝膠材料進(jìn)煤體填充注膠，在工作面溫度較高的地方則利用高分子高水組合凝膠材料進(jìn)行煤體充填注膠。高水膠體將通過煤體裂隙進(jìn)入深部，水分以較快速度汽化，能夠迅速降低煤體表面溫度，且其殘余固體能夠形成隔離層，限制煤與氧氣接觸后發(fā)生氧化自燃。防滅火注膠系統(tǒng)如圖5、圖6所示。

圖5 粉煤灰高水凝膠材料應(yīng)用系統(tǒng)

上圖中，粉煤灰漿液灰與水的比例為1:2.5，并在漿液中添加0.1%的凝膠劑形成粉煤灰復(fù)合膠體，通過鉆孔壓入發(fā)火地點。

由圖6知，按水與高分子膠體0.01:1～0.015:1混合制成復(fù)合高分子膠體，通過礦用注漿機壓入注漿地點，壓入速度為5m3/h。

圖6 高分子膠體應(yīng)用系統(tǒng)

3.3 鉆孔布置及注膠量

巷道兩幫注膠孔在頂板上部1～2m處布置注膠孔，孔深5～6m，孔間距2m；巷道頂板注膠孔在頂板上部1～2m，孔深3～4m，孔間距1～2m；聯(lián)絡(luò)巷道注膠孔終孔位置在停采線煤層頂板上部大概3m處，孔深10m，孔間距10m。鉆孔數(shù)量及累積注膠量如下表2。

表1 鉆孔數(shù)量及注膠量統(tǒng)計表

4 防滅火效果分析

在10-428B工作面應(yīng)用以上綜合防滅火技術(shù)后，對工作面運用人工監(jiān)測和束管監(jiān)測得知，進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、中間巷風(fēng)流溫度分別為12.22～13.80℃、23.01～23.70℃、15.72～17.40℃，且回風(fēng)順槽中的CH4濃度由0.11%下降至0.03%，降低了72.7%；上隅角CO與CH4濃度也都控制在了較小的合理范圍之內(nèi)，未超標(biāo)。

圖7所示為距停采線50m處的各位置煤層溫度監(jiān)測結(jié)果，由圖可見，在注膠一周時間左右，各監(jiān)測位置煤層溫度均有明顯下降，之后未有起伏，且仍有溫度下降趨勢，總體來看，可持續(xù)穩(wěn)定地保持較低溫度，有效預(yù)防了高溫區(qū)域及漏風(fēng)嚴(yán)重區(qū)域煤層自燃的情況。

圖7 煤層溫度監(jiān)測結(jié)果

5 結(jié)論

（1）實測結(jié)果表明：下順槽與中間巷距停采線 80～90m、140～250m、170～180m、220～250m、340～420m處，上順槽與中間巷之間距停采線0～20m、280～290m、410～420m處煤體漏風(fēng)比較嚴(yán)重；

（2）結(jié)合工作面實測結(jié)果，確定在10-428B工作面采用一次成孔、綜合注膠防滅火技術(shù)預(yù)防治理煤層自燃；

（3）經(jīng)現(xiàn)場試驗應(yīng)用注膠防滅火技術(shù)后，工作面各巷風(fēng)流溫度及CO、CH4濃度均控制在合理范圍之內(nèi)，且高溫區(qū)域煤層溫度降低明顯。