礦井沿空留巷工作面采空區(qū)綜合防滅火技術(shù)探究

尹 豹

（晉能控股煤業(yè)集團澤州天安煤業(yè)有限公司，山西晉城048000）

就井下作業(yè)而言，影響安全的主要因素就是煤層自燃，按照相關(guān)數(shù)據(jù)得知，目前，我國的所有礦井內(nèi)，大概有一半左右的回采煤層存在自燃發(fā)火。由于要避免自燃發(fā)火在所開采煤炭中，不少研究學(xué)者開展了防滅火技術(shù)方面的研究，存在以下措施，三相泡沫、注氮、注凝膠、阻化劑的噴灑、注水到采空區(qū)等。當對礦井進行開采期間，可以使用上面所講的措施來把煤層發(fā)生自燃所帶來的影響降低。因為廣泛使用了沿空留巷技術(shù)，進而緩解了一部分礦井在采掘交替時所產(chǎn)生的緊張狀況，可是會在一定程度上增加采空區(qū)的漏風強度與漏風率，這樣就會使采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃發(fā)火的幾率增加。所以，在本文內(nèi)，把晉能控股煤業(yè)集團某礦的1506綜采工作面當作工程案例，主要研究了防滅火技術(shù)在沿空留巷工作面采空區(qū)的使用，來保證礦井生產(chǎn)的安全性。

1 簡述工程狀況

在晉能控股煤業(yè)集團某礦井田中，其面積大概在36km2左右，把該礦井的生產(chǎn)能力核定成1.8Mt/a，11號、7號、5號、3號、2號等煤層是需要開采的主要煤層，所使用的開拓手段是平硐、斜井，在現(xiàn)在，生產(chǎn)水平主要是+800m、600m左右。使用到礦井中的通風方式是混合式的。該礦井所開采的區(qū)域中，有比較復(fù)雜的水文地質(zhì)，在生產(chǎn)過程中，一般涌水量在356～423m3/h范圍中。

在1506綜采工作面中，對5號煤層進行開采時，若想對回風巷進行保留，所使用的沿空留巷措施是切頂卸壓，并且采面的傾向長度的平均值是186m，其走向長度的平均值是1658m，所使用的通風方式是Y 型的，一般的通風量是1780m3/min。在對5 號煤層進行回采時，其煤層的平均厚度是3.5m，在頂板中最主要的就是粉砂巖與砂質(zhì)泥巖，該煤層一般的自燃發(fā)火周期在96～180d 之間。在采面開采區(qū)域中，有比較復(fù)雜的地質(zhì)條件，并且DF21斷層影響著該工作面的回采。

2 分析沿空留巷工作面采空區(qū)遺煤發(fā)生自燃發(fā)火的風險

在采空區(qū)中的遺煤在發(fā)生自燃時要符合遺煤的自燃發(fā)火這一傾向；堆積的破碎狀態(tài)是煤體所表現(xiàn)出來的狀態(tài)；有較好的供氧狀況。在該煤層中，自燃發(fā)火的傾向?qū)儆冖蝾?，最短的自燃發(fā)火周期是96d；所使用的留巷措施是切頂卸壓，Y型的通風方式，在采空區(qū)中，漏風強度與區(qū)域都比較大，進而有良好的供氧狀況供給給遺煤；在對采面進行回采時，由于煤炭回采、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等所帶來的影響，就會使不少煤炭遺煤留在采空區(qū)中。經(jīng)過對上面的因素進行分析發(fā)現(xiàn)，該工作面中的采空區(qū)中的遺煤發(fā)生自燃發(fā)火的風險比較大，要把所使用的防滅火技術(shù)方法給提出來，并且是針對性的，這樣就能使回采采面時的環(huán)境的安全性更高。

3 綜合的防滅火技術(shù)

3.1 采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險性預(yù)測

防火觀察點的布置，所布置的位置是靠近1502 采空區(qū)，1502 采空區(qū)與1506 綜采工作面相鄰，在測定采空區(qū)中的氣體成分時，要使用人工檢查與按時取樣等方式；把防火觀察點布置到該1506工作面的留巷側(cè)處、回風的上隅角處、液壓支架的架擋處，并且防火觀察點在布置到的留巷側(cè)處時，相鄰觀察點之間的距離是60m，把人工檢查與按時取樣方式使用到所有觀察點中。在發(fā)現(xiàn)有導(dǎo)致自燃發(fā)火性質(zhì)的氣體存在于采空區(qū)中時，就要馬上采取針對性措施，來治理其自燃發(fā)火。

3.2 漏風封堵技術(shù)的工作原理

當未回采采面時，就是注漿固定留巷一側(cè)IDE 煤柱，所布置的注漿鉆孔的距離是10m，所選擇的注漿漿液是化學(xué)漿液，是高分子的、較好封堵成效的。用噴漿來堵漏該工作面的巷道的巷幫、底板與其進風一側(cè)的密閉墻，進而使其漏風量降低。由于持續(xù)推進該工作面，就有漏風裂隙出現(xiàn)在采空區(qū)和采面的底抽巷中，并且是貫通的，這樣就會使采空區(qū)的漏風量增加，所以，要把采面底部的底抽巷進行封閉，并且封閉會使用到瓦斯，這樣有利于對漏風通道進行隔絕。

對采面的供風量進行優(yōu)化，當對該工作面進行回采時，要實際測試布置到留巷段處的測風點在風量不同時的采空區(qū)的漏風強度、漏風區(qū)域，最后結(jié)果得知，把工作面的供風量要控制到1500m3/min 左右，而且風巷與機巷的風量的控制對應(yīng)的風量約為400m3/min、1100m3/min 就可以使通風符合采面正常生產(chǎn)的需要，并且采空區(qū)有較為小的漏風。所以，要降低采面的供風量，從1780m3/min下降到1500m3/min。

3.3 灌漿技術(shù)在采空區(qū)的工作原理

經(jīng)過由地面的東風井灌漿站來集中灌漿該工作面的采空區(qū)。把管路布置到該工作面的風巷中，并且該管路用于集中灌漿，數(shù)量是1 趟，把型號是?50mm 的灌漿管使用到留巷側(cè)，并且采空區(qū)中灌漿管布置著灌漿孔，相鄰灌漿孔之間的距離是30m，該灌漿孔可以循環(huán)對采空區(qū)進行灌漿，圖1就是其詳細的采面灌漿系統(tǒng)布置圖。

圖1 采面灌漿系統(tǒng)布置圖

當最開始開采該工作面時，因為有不少遺煤存在于采空區(qū)，若想防滅火遺煤可以使用循環(huán)灌漿措施，在最開始開采時，一共使用的灌漿量大概在2.10×104m3左右；在采面一直回采到DF21斷層處時，由于斷層所產(chǎn)生的影響，就會降低了推進速度、增加了采空區(qū)中的遺煤量而且遺煤是不完整的，所以，在這個過程中，要把灌注量增加，且使用黃泥灌漿，黃泥漿灌漿量累計在2.18×104m3左右。

3.4 采空區(qū)化學(xué)阻燃材料的灌注

按照井下巷道所布置的層位與層位之間的關(guān)系且化學(xué)阻燃材料的灌注的下降會影響著煤炭的回采，就把瓦斯抽采東翼的3號煤層巷進行鉆孔給提出來，該工作面由于鉆孔，就會可以把化學(xué)阻燃材料灌注到該采空區(qū)中。在對鉆孔進行布置時，要與采面傾向相同，相鄰鉆孔之間的距離是300m，所布置的組數(shù)是4 組、1 組內(nèi)存在的灌注鉆孔數(shù)量是4個。經(jīng)過把化學(xué)阻燃材料中的史達夫材料灌注到采空區(qū)中，就會促進隔離形成于采空區(qū)中。在該工作面進行回采的過程中一共灌注的史達夫化學(xué)阻燃材料大概在62t左右。

3.5 其他防滅火技術(shù)

當對該工作面進行回采時，可以把阻化劑噴灑在頂?shù)装?、煤壁的遺煤等處；稍微加快采面的推進進程等措施最快速度地把采空區(qū)中的所有遺煤送至窒息帶中。把密封墻體使用到留巷段中一些有不小漏風的地方，并且使用的材料是高水充填的，使采空區(qū)中的漏風量降低。

4 分析現(xiàn)場使用的效果

把測點布置到留巷段處，可以測定采空區(qū)中的自燃發(fā)火主要的氣體成分，把1號測點布置到最開始回采期間，當過DF21斷層時，可以對2號測點進行布置，圖2就是采空區(qū)內(nèi)CO濃度監(jiān)測結(jié)果圖。

圖2 采空區(qū)內(nèi)CO濃度監(jiān)測結(jié)果

在圖2 中能夠發(fā)現(xiàn)，CO 在過DF21斷層與最開始回采時濃度都進行了控制，一直要小于15×10-6，所使用的防滅火的措施的效果比較好。

5 結(jié)束語

（1）在該工作面中，所使用的留巷技術(shù)是切頂卸壓，該技術(shù)可以保留采面的風巷，進而服務(wù)于1508工作面的正常生產(chǎn)，與此同時，用Y 型通風方式取代固有U型通風方式。有不少因素會影響5號煤層，并且5號煤層是所開采的煤層，那么就會有自燃發(fā)火的風險存在于采區(qū)的遺煤中，就會威脅采煤的安全性。

（2）把監(jiān)測采空區(qū)中存在的自燃發(fā)火的氣體成分的風險給提出來，把綜合防滅火方法給提出來，包括化學(xué)材料的灌注、灌漿、采空區(qū)中的漏風下降等，而且還和采面推進進程加快、采空區(qū)中遺煤降低、阻化劑的噴灑等防滅火方法相輔助。在使用到現(xiàn)場之后，把CO在過DF21斷層與最開始回采時的濃度進行控制，要一直小于15 × 10-6，在對采面回采時，采空區(qū)中CO 濃度的監(jiān)測幾乎為零，綜合防滅火技術(shù)使用到現(xiàn)場的效果較好。