特厚煤層留小煤柱開采瓦斯與火災(zāi)防治實(shí)踐

龐葉青

（大同煤礦集團(tuán)有限公司通風(fēng)處，山西 大同 037003）

近年來，工作面留小煤柱開采方法在諸多煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。尤其是在特厚煤層開采條件下， 留小煤柱開采不僅能提高煤層開采的回收率，減少煤炭資源的浪費(fèi)，而且還可以延長(zhǎng)礦井的服務(wù)年限，從而增加煤礦的經(jīng)濟(jì)效益[4]。但受地應(yīng)力影響，留設(shè)的小煤柱容易擠壓變形，并產(chǎn)生大量的裂隙，為鄰近采空區(qū)內(nèi)大量的瓦斯及有毒有害氣體涌向工作面提供了通道， 導(dǎo)致工作面瓦斯?jié)舛瘸?；同時(shí)，受漏風(fēng)的影響采空區(qū)內(nèi)的遺煤容易自燃，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重威脅[5-7]。

1 研究背景

同忻煤礦有北一、北二兩個(gè)生產(chǎn)盤區(qū)。 目前主要開采3#～5#煤層，該煤層傾角平均為3°，為近水平煤層；煤層平均厚度17.52 m。礦井相對(duì)瓦斯涌出量為1.5 m3/t， 絕對(duì)瓦斯涌出量為50.53 m3/min，屬高瓦斯礦井；3#～5#煤層為自燃煤層，自然發(fā)火期為2～3個(gè)月。

同忻礦3#～5#煤層第一個(gè)留設(shè)小煤柱的工作面是二盤區(qū)西8205工作面，其設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度983 m，傾向長(zhǎng)度為200 m， 工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，綜合機(jī)械化放頂煤開采工藝，采高3.9 m，放煤厚度9.8 m，采用自然跨落法頂板管理。8205工作面北翼為西二盤區(qū)8207工作面，該工作面5205順槽與8207工作面采空區(qū)預(yù)留煤柱凈寬度為8 m， 巷道全長(zhǎng)900 m，巷道斷面為矩形斷面，規(guī)格為寬5.4 m、高3.7 m。 頂板采用錨桿、錨索和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，護(hù)幫采用錨桿配合金屬網(wǎng)支護(hù)。 為確保西8205工作面安全順利回采，對(duì)工作面采空區(qū)瓦斯及遺煤自燃采取綜合治理措施。 工作面位置關(guān)系見圖1。

圖1 8205工作面與8207工作面位置關(guān)系

2 8205面瓦斯和自然發(fā)火治理技術(shù)

2.1 8205面瓦斯防治技術(shù)

（1）回風(fēng)隅角埋管抽采技術(shù)

在5205巷側(cè)，使用粉煤灰在回風(fēng)隅角切頂線處構(gòu)筑一道封堵墻， 墻厚度為1.2 m， 并在墻內(nèi)敷設(shè)Φ500 mm管，在采空區(qū)內(nèi)露出0.5 m，在工作面前方30 m處改成Φ600 mm骨架伸縮風(fēng)筒，見圖2。隨著工作面的推進(jìn)，當(dāng)粉煤灰封堵墻進(jìn)入采空區(qū)10 m位置時(shí)，重新再構(gòu)筑一道粉煤灰封堵墻，同時(shí)將粉煤灰封堵墻前端的風(fēng)筒截?cái)啵?在管頭加一個(gè)防護(hù)網(wǎng)，包住管頭防止吸入煤矸等， 作為新的抽排瓦斯口，重復(fù)進(jìn)行。 每隔30 m拆除5205巷內(nèi)500 mm瓦斯抽采管路30 m，同時(shí)對(duì)接Φ600 mm負(fù)壓風(fēng)筒，依次類推。

圖2 回風(fēng)隅角埋管抽采瓦斯

（2）頂板高抽巷封閉抽采技術(shù)

西8205工作面采用三巷布置，沿煤層底板布置西5205回風(fēng)順槽和西2205皮帶順槽。 西8205頂部抽采巷道沿煤層頂板布置，并與西5205回風(fēng)順槽平行布置且內(nèi)錯(cuò)15 m，見圖1。 高抽巷與工作面導(dǎo)通后，將“一進(jìn)一回”的工作面通風(fēng)方式改為“一進(jìn)一回一抽”。

實(shí)施步驟如下：將在密閉墻內(nèi)敷設(shè)的2趟DN500抽采瓦斯管道和1趟DN900的瓦斯抽采管路與回風(fēng)大巷內(nèi)安裝的瓦斯抽采管網(wǎng)對(duì)接；在接通西8205頂板抽采巷與工作面后，立即組織在西8205頂板抽采巷三叉口往里3 m處構(gòu)筑密閉， 并開啟抽采泵進(jìn)行抽采，抽采流量為750 m3/min，甲烷濃度為2.5%。

（3）封堵漏風(fēng)通道

在西5205巷掘進(jìn)期間，進(jìn)行全斷面噴漿，噴漿厚度不小于100 mm，以此隔絕西8207面采空區(qū)瓦斯等有害氣體向西8205工作面滲入的通道。

2.2 8205工作面自然發(fā)火防治技術(shù)

（1）氣霧阻化防滅火技術(shù)

初采期間，在注氮措施無法實(shí)施時(shí)，在西2205巷串車處安裝氣霧阻化噴霧裝置，利用高壓噴霧裝置將氯化鎂阻化劑溶液對(duì)工作面采空區(qū)浮煤進(jìn)行噴灑，降低遺煤氧化速度，阻化劑（氯化鎂）和水的配比為1:30。

許多高校已經(jīng)建立了完善的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，老師也可以利用不同的現(xiàn)代教育技術(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)合理的引導(dǎo)，給予學(xué)生更多的幫助，學(xué)生在課外學(xué)習(xí)時(shí)可以通過電腦手機(jī)的應(yīng)用直接與同學(xué)和老師進(jìn)行互動(dòng)。與其他階段的學(xué)生相比，大學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較為豐富，個(gè)人的自主學(xué)習(xí)能力有了一定的提升，接受能力相對(duì)較強(qiáng)。如果能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)展課堂與翻譯課程之間的緊密結(jié)合，那么就能夠?yàn)閷W(xué)生提供更多自主的實(shí)踐和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，保障課堂教學(xué)的有效性，真正地實(shí)現(xiàn)師生之間的緊密互動(dòng)，更好地滿足學(xué)生個(gè)性化成長(zhǎng)和發(fā)展的實(shí)質(zhì)需求。

開啟液泵，實(shí)施汽霧阻化噴氯化鎂。 阻化噴頭設(shè)置在端頭支架后部，噴頭需斜向上45°，以確保汽霧能隨風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)；同時(shí)，每日二班組織人工對(duì)工作面頭尾巷及支架后方浮煤進(jìn)行阻化劑的噴灑工作，確保浮煤均被阻化劑覆蓋。

（2）注氮防滅火技術(shù)

①注氮工藝

工作面采用進(jìn)風(fēng)順槽埋管注氮工藝。具體作法是：在工作面的進(jìn)風(fēng)隅角埋設(shè)1趟DN100鋼絲纏繞管路。當(dāng)管路進(jìn)入采空區(qū)25 m后開始注氮，同時(shí)埋入第二趟注氮管路； 當(dāng)?shù)诙俗⒌芸谶M(jìn)入采空區(qū)25 m后，使用第二趟管路進(jìn)行注氮，斷開第一趟管路，并埋設(shè)第三趟注氮管路。

工作面氮?dú)庵饕抢帽倍L(fēng)井地面制氮車間安設(shè)的制氮機(jī)制取。注氮量不低于2 000 m3/h，氮?dú)鉂舛炔坏陀?8%， 正常生產(chǎn)期間工作面實(shí)施24小時(shí)連續(xù)注氮。

封堵漏風(fēng)通道主要采取以下兩個(gè)措施：

①對(duì)西8207、西8205工作面采空區(qū)對(duì)應(yīng)地表裂隙進(jìn)行勘測(cè)和充填。

②在西5205巷貼近小煤柱側(cè)灌注一道高強(qiáng)度鋼筋混凝土墻， 一方面為了降低小煤柱頂板承壓，防止小煤柱“崩塌”，產(chǎn)生裂隙；另一方面混凝土墻進(jìn)一步隔絕回采期間西8207采空區(qū)氣體涌向西8205工作面。 在5205巷8 m煤柱側(cè)構(gòu)筑鋼筋混凝土墻（寬×高為0.6 m×3.7 m），施工前沿煤柱幫地板開挖地槽（寬×深為0.6 m×0.5 m），配筋作業(yè)要求將鋼筋、 頂?shù)族^桿用鐵絲綁牢， 使用混凝土強(qiáng)度C50，施工設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 5205巷煤柱側(cè)鋼筋混凝土墻剖面

3 西8207采空區(qū)自然發(fā)火防治技術(shù)

8207面采空區(qū)注漿孔布置在西5205巷靠采空區(qū)一側(cè)， 從西8205工作面切眼開始間隔50 m施工1組鉆孔，共布置22組注漿鉆孔，每組鉆孔由兩個(gè)鉆孔（1個(gè)高位孔和1個(gè)低位孔）組成：高位鉆孔開孔高度為2 m、仰角為30°；低位鉆孔開孔高度為1.5 m、仰角為15°， 見圖4。 考慮各鉆孔處西5205巷和西2207巷巷道底板高差的影響，確保鉆孔準(zhǔn)確、到位。每個(gè)鉆孔施工完畢立即進(jìn)行封孔， 并由通風(fēng)區(qū)、地測(cè)科組織進(jìn)行驗(yàn)收。 要求封孔嚴(yán)密不漏風(fēng)，驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行注漿工作。 采用水泥砂漿封孔，封孔前鉆孔內(nèi)下套管，具體鉆孔封孔情況見圖5。

圖4 注漿鉆孔

圖5 鉆孔封孔

鉆孔注漿順序?yàn)閺睦锏酵狻?先低位后高位，即從工作面切眼往外逐個(gè)進(jìn)行注漿作業(yè)，鉆孔內(nèi)漿液注不進(jìn)或者注漿泵壓力達(dá)到5 MPa時(shí)方可認(rèn)為注漿結(jié)束。 所有鉆孔完成注漿后，通過巷道底部施工的窺視孔，查看漿液充填程度，并對(duì)注漿前、注漿期間、注漿后采空區(qū)氣體成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄及分析，注漿效果見圖6。

圖6 西8207采空區(qū)注漿效果

4 應(yīng)用效果

通過對(duì)西8205工作面及西8207采空區(qū)的瓦斯和遺煤自燃問題進(jìn)行綜合防治，西8205工作面采空區(qū)內(nèi)的主要?dú)怏w成分發(fā)生了明顯的變化，見表1。

表1 采取措施前后采空區(qū)氣體成分

如表1中對(duì)比采取綜合措施前后西8205工作面采空區(qū)內(nèi)氣體的成分變化， 其中CH4濃度平均降幅達(dá)88.2%；O2濃度降幅達(dá)76.3%，有效降低了采空區(qū)遺煤自燃的風(fēng)險(xiǎn)，為西8205工作面的正常推進(jìn)提供了有效的保障。

5 結(jié)語

針對(duì)同忻礦留設(shè)小煤柱的西8205工作面采空區(qū)瓦斯治理及遺煤自燃防治的問題，提出了多措并舉、綜合治理措施，通過對(duì)比防治措施前后采空區(qū)內(nèi)主要?dú)怏w成分的變化，驗(yàn)證了該項(xiàng)措施具有較好的應(yīng)用效果。