沿空留巷工作面回采期間防滅火技術研究

任俊豪

（汾西礦業(yè)（集團）礦山救護大隊，山西 孝義 032300）

引言

沿空留巷技術由于取消護巷煤柱，從而實現(xiàn)采煤工作面連續(xù)回采，不僅可降低井下回采巷道掘進工程量、緩解采掘接替緊張問題，而且可優(yōu)化采面布置，是實現(xiàn)煤炭安全、高效回采的主要技術途徑之一[1-2]。但是當沿空留巷工作面也存在采空區(qū)內漏風量大問題，當回采煤層具有自燃發(fā)火傾向時，如何防治采空區(qū)內遺煤自燃發(fā)火是工作面回采過程中需要重點解決的問題[3-5]。山西某礦采用12307 工作面采用沿空留巷技術，但是開采的12#煤層具有自燃發(fā)火問題，為此礦井綜合使用注氮、注漿以及強化監(jiān)測等技術手段，消除了采空區(qū)遺煤自燃風險，為采面安全回采創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

1.1 地質概況

山西某礦設計產(chǎn)能為600 萬t/a，井田開采面積為35.7 km2，礦井采用分區(qū)式通風。12307 綜采工作面開采12#煤層，采面西側為已12305 采空區(qū)、東側為實體煤、南側為采區(qū)邊界、北側為采區(qū)集中回風、運輸?shù)认锏?。采面設計推進長度875.9 m、寬度279.3 m，可采資源儲量為125.8 萬t。開采范圍內12#煤層厚度平均3.8 m，煤層具有自燃發(fā)火傾向性，自燃發(fā)火周期介于30 d～45 d。

12307 運輸巷采用巷旁充填沿空留巷技術保留下來作為鄰近的12309 工作面回風巷使用，具體巷道位置關系，如圖1 所示。由于開采的12#煤層具有自燃發(fā)火危險性，為此需要針對性開展防滅火工作。

圖1 留巷段位置示意圖

1.2 沿空留巷方式

在12307 運輸巷正幫側布置一道柔性混凝土墻，墻體深入到采空區(qū)200 mm、寬度及高度分別為1 500 mm、3 600 mm。采用柔性混凝土模柱砌筑混凝土墻。在留巷過程中，在采面后方100 m 范圍內礦壓顯現(xiàn)明顯，會給留巷段圍巖控制帶來影響，為此使用型號DW3.8 單體、配合長度4.0 m 金屬鋼按照“一梁四柱”結構對留巷段進行支護，單體支柱間距均為1 000 mm。

2 采空區(qū)遺煤自燃危險分析

1）在12307 運輸巷砌筑一段柔性混凝土墻對留巷段圍巖進行支護，留巷段部分柔性混凝土墻體澆筑過程中存在接頂不嚴密，容易導致采空區(qū)漏風量增加。若后續(xù)不能及時對漏風點進行充填封堵時，容易導致采空區(qū)內遺煤自燃。

2）在采面回采過程中礦壓顯現(xiàn)明顯，在采動壓力作用下容易導致煤巖體中產(chǎn)生新的裂隙，從而增加煤體與空氣接觸面積，更容易引起煤體自燃；澆筑的混凝土墻體在采動壓力作用下會產(chǎn)生新的裂隙，增加漏風通道[6-7]。

3）12307 運輸巷服務時間長，巷道圍巖隨著時間增加變形量加大，圍巖中會產(chǎn)生新的漏風通道；同時在留巷段采空區(qū)與相鄰采面區(qū)段煤柱間存在部分遺煤，該遺煤在鄰近采面回采時已出現(xiàn)部分氧化，從而使得留巷段容易出現(xiàn)自燃。

3 綜合防滅火技術

為了預防12307 工作面在回采過程中采空區(qū)遺煤出現(xiàn)自燃，提出綜合使用、灌漿以及強化監(jiān)測監(jiān)控等技術手段進行防滅火。

3.1 采空區(qū)注氮

在12307 運輸巷留巷期間，采用地面的注氮設備制備高純度氮氣，并通過已有的注氮管路向留巷段采空區(qū)內進行注漿。在留巷段混凝土墻體上預先留設注氮孔以及觀測孔，注氮孔布置在距離巷道底板400 mm 位置，并通過注漿孔穿入長度1 700 mm、直徑108 mm 注氮管，注氮管外露長度為200 mm；在注氮孔旁布置觀測孔，觀測孔穿入長度1 700 mm、直徑40 mm 觀測管，觀測管外露長度控制在300 mm。在留巷段每隔150 m 布置一組觀測孔及注氮孔。

在12307 工作面回采以及運輸留留巷過程中，應時刻分析采空區(qū)內氣體成分，并依據(jù)氣體成分變形情況選擇是否進行注氮工作。在采空區(qū)內氧氣濃度在7%以上或者留巷段側采空區(qū)內溫度異常、CO濃度超限時，可通過預先留設在柔性混凝土墻上的注氮孔向采空區(qū)內進行持續(xù)注氮。

3.2 采空區(qū)灌漿

采空區(qū)灌漿時向留巷段采空區(qū)內持續(xù)灌入黃泥漿，用以覆蓋采空區(qū)內已經(jīng)自燃或者潛在自燃的遺煤，通過黃泥漿覆蓋作用隔絕遺煤、氧氣間接觸，從而中斷遺煤氧化過程。同時黃泥漿中的大量水分會降低采空區(qū)內溫度，起到滅火降溫功能。在12307 工作面回采期間以及留段期間，若發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內遺煤有自燃發(fā)火跡象時，則立即對不接頂混凝土模柱進行噴漿封堵，不僅可降低采空區(qū)漏風量而且可避免采空區(qū)內高濃度CO、CH4以及其他有害氣體成分通過裂隙涌向留巷段。通過預留的注氮孔向采空區(qū)內持續(xù)灌注黃泥漿。

3.3 強化留巷段監(jiān)測

在采面回采期間安排專人對留巷段作業(yè)點、采面以及采面隅角位置瓦斯?jié)舛冗M行測量；并持續(xù)對留巷段內瓦斯、風量、溫度以及CO 等參數(shù)進行監(jiān)測。

對已經(jīng)施工完成的混凝土模柱澆筑質量進行檢測，重點對接頂、接底以及兩段混凝土模柱間是否存在導通裂隙進行檢查。當發(fā)現(xiàn)有導通采空區(qū)的裂隙時，則及時組織人員進行噴漿封堵。

在采面以及留巷段內可能出現(xiàn)瓦斯、CO 等集聚的位置安裝監(jiān)測傳感器，每日均應將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳送至總工程師以及相關負責礦長審閱，以便依據(jù)監(jiān)測結果及時采取針對性治理措施。

4 防滅火效果分析

12307 工作面于2020 年9 月開始回采，至2021年6 月回采完畢，在回采期間通過注氮、灌漿以及強化監(jiān)測等技術手段進行采空區(qū)防滅火。在采面回采期間，利用混凝土模柱上預留的觀測孔對采空區(qū)氣體成分、溫度等進行監(jiān)測。在采面回采期間，采空區(qū)內溫度始終保持在16 ℃左右，CO 濃度（體積分數(shù)）始終在28×10-6以內、CO2濃度（體積分數(shù)）始終在0.4%以內，采空區(qū)內遺煤無自燃發(fā)火問題，現(xiàn)場取得較好的防滅火效果。

5 結論

1）12307 工作面開采的煤層具有自燃發(fā)火危險性，同時運輸巷留巷段由于混凝土模柱上存在漏風裂隙、巷道圍巖采動裂隙等，會增加采空區(qū)內漏風量，從而增加采空區(qū)內遺煤自燃發(fā)火風險。

2）在采面回采期間，提出綜合使用注氮、灌漿以及強化監(jiān)測等技術手段進行防滅火；在采面生產(chǎn)過程中應強化留巷段混凝土模柱質量檢測以及采空區(qū)內氣體成分、溫度等監(jiān)測。防滅火技術綜合應用后，采面在回采期間采空區(qū)內遺煤未出現(xiàn)自燃發(fā)火問題，取得較好的防滅火效果。