沿空留巷工作面采空區(qū)綜合防滅火技術(shù)研究

米永信

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

煤層自燃會(huì)給井下作業(yè)安全帶來嚴(yán)重威脅，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，現(xiàn)階段國內(nèi)正常生產(chǎn)的礦井中約有56%回采的煤層具有自燃發(fā)火問題[1-2]。為了防止開采的煤炭自燃，眾多的研究學(xué)者對(duì)防滅火技術(shù)展開研究，主要技術(shù)類型包括有采空區(qū)注水、均壓通風(fēng)、噴灑阻化劑、注凝膠、注氮以及三相泡沫等措施[3-6]。礦井開采過程中通過采取上述防滅火技術(shù)措施有效降低了煤層自燃影響。隨著沿空留巷技術(shù)應(yīng)用推廣，礦井采掘接替緊張局面得到一定程度緩解，但是回采工作面采空區(qū)漏風(fēng)率以及漏風(fēng)強(qiáng)度有所增加，在一定程度上加劇了采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性[6]。為此，文中以山西某礦1506 綜采工作面為工程實(shí)例，對(duì)沿空留巷工作面采空區(qū)綜合防滅火技術(shù)研究，以期在一定程度上提高礦井安全生產(chǎn)保障能力。

1 工程概況

山西某礦井田面積約為36 km2，礦井核定生產(chǎn)能力為1.8 Mt/a，主要開采煤層有2 號(hào)、3 號(hào)、5 號(hào)、7號(hào)、11 號(hào)等，采用斜井、平硐開拓方式，現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在+800 m、+600 m 水平。礦井采用混合式通風(fēng)方式。井田開采區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，生產(chǎn)期間正常涌水量介于356～423 m3/h 間。

1506 綜采工作面開采5 號(hào)煤層，采用切頂卸壓沿空留巷方式保留有回風(fēng)巷，采面走向、傾向平均長度分別為1 658 m、186 m，采用Y 型通風(fēng)方式，通風(fēng)量正常為1 780 m3/min?；夭傻? 號(hào)煤層厚度平均3.5 m，頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，煤層自燃發(fā)火周期介于96～180 d。采面開采范圍內(nèi)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，其中DF21 斷層（H=2.1～3.9 m，52°<67°）對(duì)1506 綜采工作面正?；夭捎休^大影響。

2 沿空留巷工作面采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)分析

采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃需要滿足遺煤具有自燃發(fā)火傾向性；煤體呈現(xiàn)破碎堆積態(tài)；有持續(xù)的氧化環(huán)境（供氧條件）。1506 綜采工作面回采的5 號(hào)煤層自燃發(fā)火傾向性為II 類、自燃發(fā)火期最短為96 d；采面采用切頂卸壓留巷方式，通風(fēng)方式為Y 型，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)范圍較大、漏風(fēng)強(qiáng)度較高，從而采空區(qū)內(nèi)遺煤提供持續(xù)的氧化環(huán)境；采面在回采過程中受到地質(zhì)構(gòu)造、煤炭回采等因素影響，采空區(qū)內(nèi)遺留有大量的煤炭。通過上述因素分析可知，1506 綜采工作面采空區(qū)內(nèi)遺煤存在一定的自燃發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)，需要針對(duì)性采取防滅火技術(shù)措施，以便為采面回采創(chuàng)造相對(duì)安全環(huán)境。

3 綜合防滅火技術(shù)

3.1 采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

在1506 綜采工作面鄰近的1502 采空區(qū)布置防火觀測(cè)點(diǎn)，采取定期取樣、人工檢查方式對(duì)采空區(qū)內(nèi)氣體成分進(jìn)行測(cè)定；在1506 工作面液壓支架架擋位置、回風(fēng)上隅角位置、留巷側(cè)位置等均布置防火觀測(cè)點(diǎn)，其中在留巷側(cè)位置布置的防火觀測(cè)點(diǎn)間隔為60 m，對(duì)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定期取樣分析、人工檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)有自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體時(shí)，應(yīng)立即采取措施對(duì)采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火進(jìn)行治理。

3.2 采空區(qū)漏風(fēng)封堵技術(shù)

在采面回采前即對(duì)留巷側(cè)煤柱進(jìn)行注漿加固，每隔10 m 布置一個(gè)注漿鉆孔，注漿漿液選擇封堵效果好的高分子化學(xué)漿液。在1506 進(jìn)風(fēng)側(cè)密閉墻以及巷道頂?shù)装?、巷幫等進(jìn)行噴漿堵漏，從而減少巷道漏風(fēng)量。隨著1506 綜采工作面不斷推進(jìn)，采面底抽巷與采空區(qū)間形成貫通的漏風(fēng)裂隙，會(huì)增加采空區(qū)漏風(fēng)，為此，封閉采面下部用以瓦斯抽采的底抽巷，以便隔絕漏風(fēng)通道。

合理優(yōu)化采面供風(fēng)量，在1506 綜采工作面正常回采期間，在留巷段位置布置側(cè)風(fēng)點(diǎn)對(duì)不同風(fēng)量下采空區(qū)漏風(fēng)范圍、漏風(fēng)強(qiáng)度等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)工作面供風(fēng)量控制在1 500 m3/min，其中機(jī)巷、風(fēng)巷風(fēng)量分別控制在1 100 m3/min、400 m3/min 時(shí)通風(fēng)不僅可滿足采面生產(chǎn)需要，而且采空區(qū)漏風(fēng)較小。為此，將采面供風(fēng)量由1 780 m3/min 降低至1 500 m3/min。

3.3 采空區(qū)灌漿技術(shù)

通過地面東風(fēng)井灌漿站對(duì)1506 綜采工作面采空區(qū)進(jìn)行集中灌漿。在1506 工作面風(fēng)巷內(nèi)布置一趟集中灌漿管路，并在留巷側(cè)使用Φ50 mm 灌漿管在采空區(qū)內(nèi)每隔30 m 布置一個(gè)灌漿孔用以對(duì)采空區(qū)循環(huán)灌漿，具體采面灌漿系統(tǒng)布置見圖1 所示。

圖1 采面灌漿系統(tǒng)布置圖

在1506 綜采工作面初采期間由于采空區(qū)內(nèi)遺煤量較多，通過循環(huán)灌漿方式進(jìn)行遺煤防滅火，初采期間灌漿量累積達(dá)到2.10×104m3；采面回采至DF21 斷層位置時(shí)，受斷層影響采面推進(jìn)速度緩慢、采空區(qū)內(nèi)遺煤量顯著增加且遺煤破碎，為此，在此期間增加黃泥漿灌注量，期間共計(jì)灌注黃泥漿約2.18×104m3。

3.4 采空區(qū)灌注化學(xué)阻燃材料

根據(jù)井下巷道布置層位關(guān)系并減少灌注化學(xué)阻燃材料給采面煤炭回采影響，提出在東翼3 號(hào)煤層瓦斯抽采巷內(nèi)施工鉆孔，通過鉆孔向1506 綜采工作面采空區(qū)灌注化學(xué)阻燃材料。布置的鉆孔沿著采面傾向布置，鉆孔間距為300 m、共計(jì)布置4 組、每組包含4 個(gè)灌注鉆孔。通過灌注鉆孔向采空區(qū)內(nèi)灌注史達(dá)夫化學(xué)阻燃材料，從而在采空區(qū)內(nèi)形成隔離條件。在1506 綜采工作面回采期間共計(jì)注入史達(dá)夫化學(xué)阻燃材料約62 t。

3.5 其他防滅火技術(shù)

在1506 綜采工作面回采期間向煤壁以及頂?shù)装暹z煤等位置噴灑阻化劑；采面適當(dāng)增加推進(jìn)速度等方式盡快將采空區(qū)內(nèi)遺煤進(jìn)入到窒息帶。在留巷段內(nèi)對(duì)部分漏風(fēng)較大區(qū)域適用高水充填材料構(gòu)成密封墻體，減少采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

在采面留巷段位置布置測(cè)點(diǎn)對(duì)采空區(qū)內(nèi)自燃發(fā)火氣體成分進(jìn)行測(cè)定，其中在采面回采初期布置1 號(hào)測(cè)點(diǎn)，在過DF21 斷層期間布置2 號(hào)測(cè)點(diǎn)，具體各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的采空區(qū)內(nèi)CO 濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）情況見圖2 所示。

圖2 采空區(qū)內(nèi)CO 濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

從監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，采面在初采期間、過DF21 斷層采空區(qū)CO 濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）均控制在15×10-6以內(nèi)，取得較好采空區(qū)遺煤防滅火效果。

5 結(jié)論

1）1506 綜采工作面采用切頂卸壓留巷技術(shù)將采面風(fēng)巷保留下來為鄰近的1508 工作面生產(chǎn)服務(wù)，同時(shí)采面由傳統(tǒng)的U 型通風(fēng)方式轉(zhuǎn)換成Y 型。受開采的5 號(hào)煤層具有自燃發(fā)火傾向性、采空區(qū)漏風(fēng)量較大以及采空區(qū)內(nèi)遺煤量較多等因素影響，工作面采空區(qū)遺煤存在一定自燃發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)，給采面回采安全帶來一定威脅。

2）提出采用監(jiān)測(cè)手段對(duì)采空區(qū)內(nèi)自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并提出降低采空區(qū)漏風(fēng)、灌漿以及灌注化學(xué)材料為主的綜合防滅火措施，并輔助采用噴灑阻化劑、減少采空區(qū)遺煤以及適當(dāng)增加采面推進(jìn)速度等防滅火措施?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采面回采初期以及過DF21 斷層期間采空區(qū)內(nèi)CO 濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）均控制在15×10-6以內(nèi)，采面正?；夭善陂g采空區(qū)內(nèi)基本監(jiān)測(cè)不到CO，現(xiàn)場(chǎng)使用的綜合防滅火技術(shù)取得較好應(yīng)用效果。