小窯破壞區(qū)巷道掘進(jìn)防滅火技術(shù)研究

景 峰

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)正新煤焦有限責(zé)任公司和善煤礦， 山西 沁源 046500）

山西某礦井田開采范圍內(nèi)受小煤窯侵蝕嚴(yán)重，從而使得井田上部煤層大面積遭受破壞。由于小煤窯開采方式不正規(guī)，從而使得煤層開采存在較為嚴(yán)重的小煤窯破壞區(qū)煤層自燃風(fēng)險。在小煤窯開采破壞區(qū)內(nèi)存在有眾多廢棄的巷道，巷道與采空區(qū)聯(lián)通，會給后續(xù)煤炭開采帶來較大威脅[1-2]。具體表現(xiàn)為[3-6]：

1）自燃發(fā)火火源隱蔽，難以有效掌握小煤窯破壞區(qū)位置以及自燃煤層發(fā)火點；

2）礦井采用負(fù)壓通風(fēng)，在礦井正常通風(fēng)時小煤窯破壞區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體會沿著裂隙向開采空間內(nèi)涌出，從而給礦井作業(yè)人員安全帶來一定威脅；

3）現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)位于小煤窯破壞區(qū)范圍內(nèi)，采掘作業(yè)受小煤窯火區(qū)影響。因此，如何確保小煤窯破壞區(qū)采掘作業(yè)安全開采是制約礦井煤炭高效回采的不利因素。文中以3906 工作面運輸巷掘進(jìn)為工程實例，針對小煤窯破壞區(qū)煤層容易自燃問題，提出綜合性防滅火技術(shù)措施，現(xiàn)場取得較好應(yīng)用成果。

1 工程概況

山西某礦為設(shè)計生產(chǎn)能力240 萬t/a 的現(xiàn)代化礦井，井田面積約為15.6 km2。現(xiàn)階段主采的9 號煤層厚度平均6.2 m，采用綜放開采工藝。9 號煤層原始瓦斯含量介于3.5～4.6 m3/t，煤層具有自燃發(fā)火傾向性，發(fā)火周期為3～6 個月，煤塵具有爆炸危險性。

3906 工作面設(shè)計推進(jìn)長度為960 m、斜長230 m，現(xiàn)階段正進(jìn)行3906 運輸巷掘進(jìn)工作。運輸巷設(shè)計斷面為矩形，采用EBZ-260 綜掘機截割破巖，錨網(wǎng)索支護(hù)工藝。由于巷道掘進(jìn)區(qū)域位于上覆小煤窯開采破壞區(qū)，巷道掘進(jìn)過程中存在較大的煤層自燃風(fēng)險。為此，在巷道掘進(jìn)時充分利用鉆探、巷探方式對前方掘進(jìn)范圍內(nèi)小煤窯破壞區(qū)內(nèi)氣體成分進(jìn)行分析，并采取及時封堵等措施降低巷道漏風(fēng)量。

2 小煤窯破壞區(qū)巷道掘進(jìn)綜合防滅火技術(shù)

2.1 超前探測技術(shù)

在3906 運輸巷掘進(jìn)過程中將鉆探技術(shù)、巷探技術(shù)相結(jié)合，通過分析鉆孔內(nèi)氣體成分、溫度等確定巷道掘進(jìn)前面小煤窯破壞區(qū)內(nèi)潛在的火區(qū)分布情況，并根據(jù)探測結(jié)果采取預(yù)防性灌漿等防滅火技術(shù)措施。對探測發(fā)現(xiàn)小煤窯破壞區(qū)有火區(qū)或者存在有自燃發(fā)火廢棄巷道時，可通過巷道向潛在火區(qū)內(nèi)進(jìn)行灌漿，通過隔絕氧氣實現(xiàn)防滅火；若探測到前方無火區(qū)時則使用噴漿、封堵采空區(qū)以及多點注漿等方式封堵漏風(fēng)裂隙、隔絕氧氣與小煤窯破壞區(qū)內(nèi)煤體接觸，從而實現(xiàn)防滅火。

在滯后掘進(jìn)迎頭5～10 m 位置在巷幫布置寬、深、高分別為3.0 m、3.0 m、2.5 m 的鉆場，并在鉆場內(nèi)施工超前探測鉆孔對小煤窯破壞區(qū)范圍內(nèi)火區(qū)情況進(jìn)行探測。探測鉆孔超前探測范圍為掘進(jìn)迎頭前方60～100 m，并探測巷道掘進(jìn)輪廓線外30～50 m 范圍，具體超前探測鉆布置情況見圖1 所示。在超前探測鉆孔施工過程中應(yīng)隨時記錄鉆孔探測情況并對空內(nèi)氣體成分、溫度等進(jìn)行監(jiān)測，通過綜合分析判定小煤窯破壞區(qū)范圍以及老空巷道分布、遺煤自燃發(fā)火情況。

圖1 超前探測鉆孔布置示意圖

2.2 綜合防滅火技術(shù)

通過鉆探、巷探等方式對小煤窯破壞區(qū)內(nèi)煤層自燃發(fā)火情況進(jìn)行分析，并依據(jù)獲取探測情況以及影響程度，具體采取下述多種防滅火技術(shù)措施。

1）當(dāng)探測到掘進(jìn)巷道前方存在有高溫或者自燃發(fā)火點后，通過施工鉆孔進(jìn)行超前灌漿，從而對高溫點或者自燃發(fā)火點進(jìn)行綜合防滅火。通過注漿降低高溫或者自燃發(fā)火點溫度并將煤層與空氣隔絕，不僅可實現(xiàn)綜合防滅火而且可防止有害氣體入侵到巷道掘進(jìn)空間。在巷道掘進(jìn)面與小煤窯破壞區(qū)高溫點或者自燃發(fā)火點位置間應(yīng)至少保留有20 m 保護(hù)煤柱，同時灌漿量應(yīng)為小煤窯破壞區(qū)內(nèi)廢棄老巷或者采空區(qū)面積的20%～30%。

2）對小煤窯破壞區(qū)潛在的煤層自燃發(fā)火點進(jìn)行灌漿防滅火后，施工探測水鉆孔對灌漿水進(jìn)行疏排，從而避免3906 運輸巷掘進(jìn)至灌漿位置時存在突然涌水問題；同時采用束管監(jiān)測系統(tǒng)對灌漿區(qū)域內(nèi)氣體成分、溫度等進(jìn)行測定，確保高溫或者自燃發(fā)火點火災(zāi)隱患得以有效控制后方可繼續(xù)掘進(jìn)巷道。

3）當(dāng)3906 運輸巷掘進(jìn)面與小煤窯破壞區(qū)內(nèi)廢棄巷道貫通時，應(yīng)首先對廢棄巷道進(jìn)行密閉處理，從而減少掘進(jìn)巷道漏風(fēng)量。同時向密閉空間內(nèi)進(jìn)行灌漿充填，避免小煤窯破壞區(qū)內(nèi)煤層自燃。現(xiàn)場施工的密閉墻體厚度一般為0.75～1.0 m，在小煤窯密閉墻體上插入灌漿管，并使用多點交替注漿方式進(jìn)行灌漿，一般情況下每班灌漿2～3 h。具體小煤窯廢棄巷道上施共的密閉墻以及灌漿孔見圖2 所示。

圖2 密閉墻以及灌漿孔示意圖

4）當(dāng)3906 運輸巷掘進(jìn)工作面與小煤窯采空區(qū)貫通時，首先使用密閉支護(hù)方式通過采空區(qū)，并對巷道頂板布置的架棚進(jìn)行噴漿密閉，通過施工鉆孔向巷道頂板采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行灌漿。為確保巷道掘進(jìn)安全，在巷道掘進(jìn)過程中應(yīng)向采空區(qū)內(nèi)噴灑阻化劑。巷道掘進(jìn)后通過全斷面噴漿（噴漿層厚度控制在150～250 mm）來實現(xiàn)全斷面密閉，從而減少巷道通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)量。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

在3906 運輸巷掘進(jìn)過程中通過鉆探、巷探方式實現(xiàn)對小煤窯破壞區(qū)內(nèi)潛在的高溫點或者自燃發(fā)火點等進(jìn)行探測，并通過灌漿等方式對潛在的自燃發(fā)火點進(jìn)行綜合防滅火。在掘進(jìn)巷道揭露小煤窯破壞區(qū)時，通過灌漿、密閉等方式進(jìn)行防滅火并隔絕小煤窯破壞區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量，從而杜絕遺煤自燃風(fēng)險?，F(xiàn)場應(yīng)用后，3906 運輸巷掘進(jìn)期間未探測到CO 等自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體，巷道得以安全通過小煤窯破壞區(qū)。

3 結(jié)論

1）3906 運輸巷沿著9 號煤層頂板掘進(jìn)，9 號煤層上覆受小煤窯開采破壞嚴(yán)重，破壞區(qū)內(nèi)存在有多個廢棄巷道以及分布范圍不詳?shù)牟煽諈^(qū)，小煤窯破壞區(qū)會給運輸巷掘進(jìn)安全帶來一定威脅，主要為遺煤自燃威脅。

2）提出采用超前探測方式對小煤窯破壞區(qū)內(nèi)潛在的自燃發(fā)火點進(jìn)行探測，并依據(jù)探測結(jié)果采用灌漿、封堵等方式進(jìn)行綜合防滅火?，F(xiàn)場應(yīng)用后，3906運輸巷得以安全通過小煤窯開采破壞區(qū)，同時巷道在小煤窯破壞區(qū)內(nèi)掘進(jìn)期間未探測到CO 等自燃發(fā)火標(biāo)志性其他，表明掘進(jìn)過程中采取的綜合防滅火技術(shù)取得較好應(yīng)用成果。