孤岛煤柱开采期间防治自然发火技术研究及应用

王江

摘要：通过对Y484工作面开采期间临近采空区内自然发火隐患的分析，找出隐患位置和形成原因，采取喷浆堵漏风、打钻注发泡水泥、灌浆注三相泡沫、采空区在线监测等综合治理措施，并提出有针对性的预防性措施，为防治类似的自然发火积累宝贵经验。

关键词：自然发火；综合防治；应用；经验。

唐山矿始建于1878年，距今已有139年的开采历史。现在共有4个可采煤层（5s、8s、9s、12s），均为Ⅱ级自然发火煤层，自然发火期10个月。该矿井由于开采年限长，井深巷远，通风系统复杂，采空区相互连通，随着近几年高产高效工作面的推广应用，采空区的遗煤也越来越多，给矿井防治煤层自然发火带来巨大的压力。为此笔者就该矿Y484工作面开采期间采空区综合防治自然发火技术进行了尝试应用，从中摸索到了孤岛煤柱开采期间采空区防治自然发火应该注意的一些问题，为类似的自然发火防治工作提供了宝贵的经验。

1概况

1.1工作面概况

Y484工作面位于岳胥区14水平，开采深度：-732.7～-1001.1m。工作面北部为T1493采空区，西部为III下-7断层保护煤柱；南部为Y485采空区；东部为8241大巷、Y480运料边眼系统巷道，上部为T1452、T1453采空区。Y484工作面该煤层Ⅱ级自然发火煤层，自然发火期10个月。煤层倾角平均21°，工作面两巷上山角度平均13°。该工作面两巷共有20条断层与临近采空区相互连通，落差最大的为3.3m，工作面通风系统为Y484溜子道进风，风道回风（见图2）。

1.2工作面隐患情况

2016年5月27日六点班通风区对Y484溜子道利用热成像仪日常防火检查时发现储20+5处温度最高42度。立即汇报相关领导并安排对储20-22之间进行封堵煤闭漏风工作，当晚组织人力对该地点施工两个钻孔进行注水。1号孔内最高温度88度，2号孔66度；煤体出水温度60度，存在明显的自然发火隐患。

（图1）Y484工作面系统示意图

2原因分析：

2.1通风压力测定：

分析相关区域通风压力变化情况，压力结果如下表：

注:表中“+”表示Y484溜子道储20+5比其它地点高，“－”表示Y484溜子道储20+5比其它地点低。

2.2现场环境因素：

Y484溜子道北部为Y484工作面煤壁，南部为Y485采空区。Y484溜子道储20+5附近存在多个断层，形成了局部断层群，存在断层裂隙漏风氧化迹象。

2.3现场数据测量：

通过检查该区域Y485专回、Y486外风道等密闭出风均无CO，Y484回风隅角及瓦斯抽放钻孔有CO，最大0.01%；位于Y484溜子道储20+5至工作面范围向Y485采空区间隔施工监测钻孔均有CO,最大0.04%，Y484溜子道储20+5向外施工监测钻孔无CO。

2.2隐患位置确认：

由压力测定情况可以看出，Y484回风隅角处于压力最低区域，各处漏风通过采空区向Y484回风隅角运移。根据检测数据结果看，Y484溜子道储20+5至Y484回风隅角采空区内均发现CO；因此可以判定：隐患位置位于断层群附近采空区侧。

3综合治理方案

3.1煤体加固、堵漏风

由于该区域属于孤岛煤柱，断层群发育，为防止煤体破碎漏风，对断层群区域进行了打钻注马丽散加固煤体、巷道喷浆；同时对Y485风道密闭、Y486中间眼闭等进风区域注发泡水泥，密闭表面喷浆，进行堵漏风。

3.2系统均压

在调整Y484回风压力的基础上，扩套Y484进风巷断面，尽量减少Y484进风巷与采空区内的压差，减小采空区内供氧量。

3.3老硐内注发泡水泥

通过对隐患点施工钻孔注瑞米发泡材料，封堵了漏风通道，同时降低了老硐内的温度。累计共计17.7吨。

3.4老洞内灌浆注三相泡沫、注氮气

在Y484溜子道上部每隔20m向老洞打钻注三相泡沫，利用泡沫冲天老空区空间；同时在Y484溜子道下部进风侧向采空区施工钻孔进行注氮气，降低采空区内氧气浓度，抑制煤体氧化

3.5设置观测点，加强检查分析

一是利用在Y484溜子道向Y485采空区打钻实施监测采空区内有害气体变化情况；二是利用抽放泵进行数据监控；三是每班通风员利用热成像仪对巷道全部范围进行温度监测；随时分析各类数据的变化情况，为治理工作提供可靠数据。

3.6负压在线监测装的应用

由于老孔区处于负压区域，以往的检查手段很难抽出有害气体，为此我们研究负压在线监测装。利用抽气泵将负压区域的有害气体抽出进行传感器进行实时监测，为防火治理工作提供了坚实的数据基础。

4治理效果

通过对Y485采空区老硐采取打钻注马丽散、注发泡水泥、注三相泡沫、注氮气、实施负压在线监测等综合防治措施，通过钻孔在线监测数据分析，已消除了采空区内的发火隐患，确保了工作面安全回采。具体气体参数变化曲线如图2。

（图2）迎头钻孔内温度变化曲线如下：

5结束语：

5.1孤岛煤柱开采巷道矿压大，长期扩套导致预留煤柱越来越窄，很容易出现漏风裂隙，要定期进行压力测定，进行分析，封堵漏风通道；掌握采空区内支护以及标高等参数，是否有过自然发火、灌浆记录历史并制定详细周密的安全技术措施；

5.2本文针对的是进风采空区的发火隐患，采空区内气体数据采用常规手段很难进行检查捕捉；为此研究设计了一种负压在线实施监测装置，为类似的防火监测提供了宝贵的技术手段。

5.3防治矿井自然发火，特别是采空区内的自然发火，由于是完全封闭状态，无法通过眼睛观察发现高温点，必须通过有效的手段，比如压力测定、分析漏风通路和气体性质确定，来准确判断隐患点，进而采取喷浆堵漏风、均压防灭火、预防性灌浆等综合性措施进行有效的治理。

参考文献：

[1]张国枢；通风安全学；徐州：中国矿业大学出版社；2000年7月

[2]王省身、张国枢；矿井火灾防治（M）；徐州：中国矿业大学出版社；1990年

[3]刘国忠、杨胜强、楮廷湘；孤岛综放工作面掘进防灭火技术；《能源技术与管理》；2007年04期

[4]白星雷；孤岛工作面采空区自然发火防治措施；《煤矿安全》；2012年02期

[5]李方利；矿井自然发火规律分析与防治对策[A]；2005年度山东煤炭学会优秀学术论文集[C]；2005年