多煤層開采漏風防火技術(shù)研究

王 寧

（山西科技學院，山西 晉城 048000）

近距離煤層群在我國分布廣泛，由于開采作用，煤層之間裂隙帶發(fā)育，尤其對于開采有自燃傾向性煤層的礦井來說，煤層間產(chǎn)生大量漏風通道，漏風方向和流速較為復(fù)雜，采空區(qū)內(nèi)氣體運移規(guī)律較難掌握，采空區(qū)自然發(fā)火危險區(qū)域難以確定，單一的防滅火措施難以滿足復(fù)雜的防滅火需要[1-2]。為了保證多煤層工作面的安全開采，需要在了解煤層自燃特性的基礎(chǔ)上，測定多煤層的漏風通道，掌握采空區(qū)漏風規(guī)律，制定綜合防滅火措施。

1 礦井概況

寺河煤礦二號井主采9#和15#煤。9#煤層屬Ⅲ級不易自燃煤層，15#煤層屬Ⅱ類自燃煤層，煤層平均厚度分別為1.137 m、2.66 m。9#煤留設(shè)安全煤柱25 m，15#煤留設(shè)安全煤柱30 m，9#煤與15#煤層間距36.38 m，采空區(qū)易連通，采用一次采全高采煤法，頂?shù)装寤緹o遺煤。原處于9#煤層采空區(qū)中的遺煤煤柱在9#煤開采過程中頂板垮落時進行過一次煤體的裂碎，當15#煤采過后，9#煤煤柱遺煤隨15#煤頂板的垮落，再一次受力破碎，形成二次氧化，并在15#煤采空區(qū)形成類似于“雞柳”狀遺煤自燃帶，因此，防止15#煤層煤柱遺煤自燃是9#煤、15#煤聯(lián)合開采過程防滅火工作的重點。

2 煤自燃“三帶”測定

采空區(qū)自燃“三帶”范圍界定的方法采用采空區(qū)氧氣濃度的大小來劃分，“氧化帶”與“窒息帶”之間，本次采用10%的氧氣濃度來界定[3-4]。

寺河煤礦二號井采用束管監(jiān)測法測定自燃“三帶”。在153302 工作面進、回風巷方向布置束管8路，其中進風順槽吊掛4 路（埋設(shè)間距為50 m），其余4 路沿回風巷布置，分別設(shè)置在上隅角處（其中3 路用于回風隅角采空區(qū)三帶檢測，埋設(shè)間距為50 m）。經(jīng)現(xiàn)場測定及分析后，得出寺河煤礦二號井15#煤工作面“三帶”劃分結(jié)果見表1。

表1 153302 工作面采空自燃“三帶”分布范圍

3 9#、15#煤采空區(qū)漏風規(guī)律研究

寺河煤礦二號井3#與9#層間距約50 m，9#與15#層間距約36.38 m，由于煤層間距離比較近，臨近層開采時層間漏風比較嚴重。但由于3#煤層不屬于寺河煤礦二號井，因此無法測試地面對3#煤的漏風情況，也無法測試3#煤與9#煤的漏風情況。受條件所限，只能測得9#、15#煤內(nèi)部漏風情況及9#與15#煤間的漏風情況。

除了開采煤層有自燃威脅外，相鄰煤層也有自燃危險。近距離煤層群開采產(chǎn)生大量裂隙溝通了上、下分層，上部煤層自燃的防治非常困難。為研究近距離煤層群開采層間距不同時的漏風規(guī)律，對97306 工作面、153302 工作面本層及不同層間進行漏風測定，以便采取相應(yīng)的漏風控制措施[5-7]。

3.1 97306 工作面漏風測定

97306 工作面主運順槽巷道進風，風流經(jīng)過工作面，由97306 回風順槽巷排至采區(qū)回風巷，SF6示蹤氣體釋放點設(shè)在距97306 工作面約50 m 的位置。97306 工作面配風量為1382 m3/min，估算SF6釋放量為10 mL/min。在進風巷和回風巷搜集氣樣，得出進風巷SF6濃度為1.25×10-8，回風巷濃度為9.626 7×10-9，計算得出97306 工作面的漏風量（m3/min）為：

97306 工作面配風1382 m3/min，計算采空區(qū)漏風率為：

α=238.8/1382×100%=17.3% （2）

3.2 153302 工作面漏風測定

153302工作面通過153302主運順槽巷道進風，風流經(jīng)過工作面，由153302 回風順槽巷排至采區(qū)回風巷。因此，SF6示蹤氣體釋放點設(shè)在距153302工作面約50 m 的位置。153302 工作面配風量為1986 m3/min，估算SF6釋放量為10 mL/min。測得進風巷SF6濃度為6.797 5×10-9，回風巷SF6濃度為5.462 5×10-9，計算得出153302 工作面漏風量（m3/min）為：

3.3 9#煤、15#煤層間漏風測定

通過前期礦井通風系統(tǒng)分支節(jié)點氣壓數(shù)據(jù)的分析，選定97306 工作面進風順槽距工作面50 m 位置作為SF6示蹤氣體的釋放點，選擇位于153302 工作面回風順槽巷口進入采區(qū)回風巷前50 m 位置作為氣樣接收與取樣點。

5 月20 日14:30，釋放點以10 L/min 的釋放速率開始連續(xù)穩(wěn)定地釋放SF6示蹤氣體，15:00 停止釋放。SF6便攜檢測儀在14:40 檢測到SF6，進行取樣，每隔5 min 使用球膽采集1 個氣樣，共采集3 個氣樣。取樣結(jié)束后，檢測得出氣樣中SF6濃度平均為1.948×10-5，得出結(jié)論：9#煤采空區(qū)、15#煤采空區(qū)和15#煤回風巷道存在漏風通道，且由9#煤采空區(qū)向15#煤采空區(qū)漏風。

4 多煤層防滅火措施

4.1 束管在線監(jiān)測

寺河煤礦二號井自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)采用光譜技術(shù)，針對監(jiān)測工作面（97306 工作面、153302工作面）的布置特點，將井下光譜分析儀安置于15#煤一五三盤區(qū)變電所，153302 綜采工作面監(jiān)測束管由153103 巷沿153302 工作面順槽布置于采空區(qū)；9#煤97306 工作面采用人工監(jiān)測的方式，在地面使用氣相色譜儀進行化驗。束管監(jiān)測系統(tǒng)安裝在15#煤三盤區(qū)變電所，距153302 工作面最遠監(jiān)測點1600 m 左右（布置一趟2000 mPE-ZKW/10×4 型束管）。布置方式如圖1。

圖1 15#煤光譜束管監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場布置

每個工作面回風側(cè)設(shè)置1 趟束管，布置8 個采樣點，每個采樣點間距50 m，隨著工作面的推進，1#、2#、3#、4#、5#、6#等束管采樣器依次進入采空區(qū)。當1#采空區(qū)束管監(jiān)測點埋入采空區(qū)25 m 后，即開始進行持續(xù)束管監(jiān)測，當工作面推過6#點約50 m時，1#監(jiān)測點已進入采空區(qū)300 m。正常情況下，氧氣濃度應(yīng)低于5%，若監(jiān)測的氧氣濃度仍然大于5%，則應(yīng)繼續(xù)使用直至氧氣濃度低于5%，然后重新布點，依次循環(huán)，直至工作面推采至距離停采線都采用此種方式布置。

4.2 漏風通道封堵

根據(jù)SF6測定結(jié)果，漏風既有采面的漏風，也有鄰近9#煤層向15#煤層采空區(qū)的漏風，鄰近工作面的采空區(qū)也會向該采空區(qū)漏風。針對漏風情況進行封堵，可以降低煤自燃的發(fā)生概率。

針對密閉墻漏風，若閉墻完好，則在密閉墻周圍打淺孔，使用注漿泵在孔內(nèi)注入加固材料，封堵閉墻周圍裂隙。注漿鉆孔布置在密閉墻附近1.5 m范圍，鉆孔間距為1 m，注至煤壁返漿為止，使用水泥砂漿對漏風密閉墻體進行噴漿抹面，封堵閉墻裂隙。若閉墻有明顯開裂現(xiàn)象，則需要重新修筑永久密閉墻，或在密閉墻外側(cè)堆砌一排黃土袋。針對15#煤煤柱漏風，在工作面回采過程中，對進、回風巷兩側(cè)煤柱注漿加固，注漿孔深3 m，鉆孔間距5 m，對煤柱外露面噴灑阻化劑，降低煤的活性。

4.3 采煤工作面防滅火

工作面回采期間防滅火措施以噴灑阻化劑為主，采用濃度為20%的阻化劑，每班噴灑工作面上、下隅角、頂?shù)装暹z煤、工作面后側(cè)采空區(qū)等地點。注氮氣為輔助措施，工作面附近硐室放置DM-1000型移動式膜分離注氮裝置，注氮量為1000 m3/h，根據(jù)束管監(jiān)測情況確定注氮量，注氮位置為工作面進風巷下隅角處[8-10]。

5 結(jié)論

（1）采用束管監(jiān)測系統(tǒng)，通過現(xiàn)場監(jiān)測，劃分了15#煤的采空區(qū)煤自燃“三帶”。

（2）采用SF6示蹤氣體法，對97306 工作面、153302 工作面本層及不同層間進行漏風測定，得出97306 工作面的漏風率為17.3%，153302 工作面的漏風率為18.1%，煤層間漏風方向為9#煤向15#煤進行漏風。

（3）制定了在線式束管監(jiān)測系統(tǒng)、漏風封堵、工作面阻化劑、注氮等綜合防滅火技術(shù)措施，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用，在97306 和153302 工作面正?；夭善陂g，未發(fā)生CO 超標和采空區(qū)自然發(fā)火現(xiàn)象。