段王煤礦綜放工作面煤層自燃防治技術探討

張劉波

（山西潞安環(huán)能上莊煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

為了實現(xiàn)工作面高產高效，綜采放頂煤工藝在全國范圍內得到了推廣和應用。綜采放頂煤具有高產高效的優(yōu)點，但該采煤工藝在初采過程中、停采撤架前不放頂煤，工作面上下順槽頂煤不開采，這些方面導致采空區(qū)會遺留殘煤量，在合適的條件煤會發(fā)生氧化反應導致煤體內溫度升高，自燃可能性增大，嚴重時會導致礦井火災事故［1-2］。在工作面回采過程中對煤自然發(fā)火進行有效防治，有利于工作面的順利回采，實現(xiàn)安全高產高效。

1 工程概況

段王煤礦生產能力3 Mt/a，屬于高瓦斯礦井，主采（8+9）#煤層，煤塵具有爆炸性，煤層自燃傾向等級為Ⅱ級。090507工作面位于一水平0905采區(qū)東翼，以東20 m為井田邊界，（8+9）#煤層厚度4.20～4.52 m，平均厚度4.32 m，煤層傾角0°～16°，平均4°。采用走向長壁后退式采煤法，綜采放頂煤開采工藝，采用自然垮落法管理頂板。工作面采用“U”型通風方式布置。采高2.2 m，放煤高度2.05 m，采放比1∶0.93。設計規(guī)定工作面綜合回采率為85%（采煤機割煤采出率95%，頂部放煤回收率75%以上）。

090507工作面絕對瓦斯涌出量為32.26 m3/min，其中風排瓦斯量8.32 m3/min，抽采量23.94 m3/min，工作面風量取1248 m3/min滿足工作面風量需求。

2 工作面自燃特點分析

依據(jù)綜放工作面的地質情況，并進行現(xiàn)場走訪，結合綜采放頂煤工藝特點，得出了綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火的特點：

1）綜放工作面切眼處及停采線處易發(fā)生自燃

在工作面開切眼及其停采線附近采空區(qū)煤炭易發(fā)生自燃。綜放工作面的切眼屬于大斷面，受礦壓影響煤巖體易產生破碎。工作面投產前，安裝綜采設備的時間比較長，切眼處風量較小，煤體容易發(fā)生氧化且內部溫度較高；在回采初期推進速度比較緩慢，易發(fā)生自燃。在停采線處為了工作面的搬家倒面，停采前工作面會停止放頂煤，此時采空區(qū)會遺留較多的煤炭，停采后如果不及時搬家，封閉，會增加煤的自燃危險性。

2）高溫區(qū)域大

隨著工作面的回采，采空區(qū)范圍增大，采空區(qū)內殘留大量浮煤，煤炭發(fā)生氧化積聚的能量得不到有效釋放，大量的能量蓄存于采空區(qū)內，隨著工作面的逐漸開采，能量會繼續(xù)增加，造成采空區(qū)內高溫區(qū)域比較大。

3）自燃后滅火難度比較大

綜放工作面的采空區(qū)容易發(fā)生漏風且易燃范圍比較大，一旦煤炭自燃后火源比較隱蔽，受工作面作業(yè)空間狹小的影響，目前治理采空區(qū)火災的難度比較大。

3 綜合防治方案

通過對綜放工作面自燃特點分析，結合090507工作面地質條件決定對工作面采取以采空區(qū)注漿防滅火為主，噴灑阻化劑、采空區(qū)注氮防滅火為輔，并結合瓦檢員檢查、監(jiān)測監(jiān)控、束管監(jiān)測的方式，形成綜合防滅火措施，防止回采期間煤層發(fā)生自燃。

3.1 工作面回采期間采空區(qū)注漿

對采空區(qū)注漿的方式主要有三種：回采之前預注漿，隨采隨注漿，采后注漿。為了保證采空區(qū)進行及時、簡便處理自然隱患，設計采用預埋管隨采隨注方式向采空區(qū)內注漿。本次設計充分利用礦井已有的機械設備，采用礦井現(xiàn)有的地面集中注漿站，選用ZQX(Ⅱ)279型粘土破碎機2臺，NJ-50型粘土制漿機2臺。在回采過程中，每回采20～35 m通過采空區(qū)預埋管道進行預防性注漿，防止自燃。用回柱絞車逐漸牽引注漿管，要求工作面采空區(qū)能注到足夠的泥漿。

工作面生產采用三班制，兩班生產一班檢修，檢修班注漿，注漿時間為6～8小時，設計水漿比為3∶1，每次注漿量為489 m3。

泥漿液輸送路線：地面集中注漿站→鉆孔→西軌道巷→一水平集中軌道巷→090507工作面軌道巷→采空區(qū)受注點。主管為DN100鋼管，支管為DN80鋼管。

3.2 工作面回采期間阻化劑噴灑

在090507工作面回采期間由通風區(qū)設立專職巡檢人員對工作面初采前期的開切眼，回風隅角局部區(qū)域、采空區(qū)、工作面上下出口及其它可能會發(fā)生氧化導致煤體溫度升高的地方每天進行巡檢，并定期對這些區(qū)域進行噴灑阻化劑。設計采用移動式噴霧泵，阻化劑采用MEA新型防滅火材料，并對工作面噴灑量進行計算，結合礦井煤層特點，初步確定選用15%的濃度，并初步計算得出090507工作面一次噴灑量為7.74 m3/d。

3.3 工作面回采期間采空區(qū)注氮

利用氮氣進行采空區(qū)防滅火，不但可以降低采空區(qū)氧氣濃度，阻止煤體產生氧化反應，還能夠制造氮氣隔離帶，減少漏入采空區(qū)的風量，起到隔絕空氣的作用。利用已有的制氮系統(tǒng)，選用沈陽煤炭研究院研制的PSA-500型制氮系統(tǒng)，氮氣產量500 m3/h，氮氣純度≥97%，出口壓力≥0.6 MPa，經過計算090507工作面防火注氮量為423.6 m3/h。

氮氣輸送路線：制氮機房→鉆孔→0205總回風巷→二水平集中回風巷Ⅰ→一水平與二水平瓦斯管道巷→一水平集中總回風巷Ⅰ→090507工作面皮帶巷→采空區(qū)受注點。

3.4 現(xiàn)場監(jiān)測

為了充分監(jiān)測采空區(qū)的情況，在090507工作面上下順槽按一定間距布置束管采樣器，測定采空區(qū)范圍大約距工作面150 m左右，約50 m設一組測點，保持采空區(qū)內部進、回風側各三組測點（束管）。回采工作面每推進50 m后切斷距離工作面采線最遠的一組測點（束管），再重新布置一組測點（束管），使測點始終保持三組。測點布置見圖1。

圖1 工作面測點布置

束管采樣儀采樣并抽送至地面北風井束管監(jiān)測機房利用束管專用色譜儀分析，分析參數(shù)主要有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、H2。每 日 瓦 斯檢測員必須在工作面規(guī)定地點進行檢測，正常情況下，每天早班檢測一次，工作面異常時，每班檢測二次。當090507工作面采空區(qū)內乙烯、烷烯的濃度比小于0.05%，CO濃度超過100 PPm，或者工作面內CO濃度超過24 PPm，或工作面出現(xiàn)高溫異味等自燃征兆時，采取連續(xù)注漿，加大阻化劑噴灑頻次，加大注氮強度。如果情況正常，按正常設計量施工。

4 結語

通過對090507工作面采取以采空區(qū)注漿防滅火為主，噴灑阻化劑、采空區(qū)注氮防滅火為輔綜合防治措施，并利用束管采樣器及其人工對采空區(qū)及回風隅角的一氧化碳、烷烴和烯烴類氣體進行監(jiān)測，采空區(qū)內出現(xiàn)乙烯、烷烯的濃度比小于0.05%，采空區(qū)內CO濃度未超過100 PPm，工作面內CO濃度未超過24 PPm，工作面回采開始到密閉以后整個生產周期內未出現(xiàn)火情，巷道未出現(xiàn)局部高溫點，090507工作面得到了順利安全的回采。