易自燃综放工作面收作期间防灭火技术研究

游继军 1 郁亚楠 2

2.淮矿西部煤矿投资管理有限公司某矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000

摘要：易自燃煤层因自然发火期短，在工作面收作期间采空区存在较为严重的自然发火隐患。以某矿61102综放工作面收作期间采空区防治自然发火实践为例，分析了工作面收作期间可能发生自然发火的因素，通过采取全方位封堵漏风、超前综合预测预报及采空区注氮注胶体措施，在工作面收作工期超过煤层自然发火期的情况下，成功将采空区防火指标维持在安全值以下，实现了工作面安全拆除封闭。

关键词：易自燃厚煤层；收作；封堵漏风；注氮气；注胶体

火灾作为矿井主要的五大灾害之一，严重威胁矿工的生命安全和煤矿的安全生产，其中，采空区遗煤着火是矿井火灾的主诱因^[。据统计，全国130余个大中型矿区均受自然发火威胁，具有煤层自然发火倾向的矿井占54%，最短自然发火期小于3个月的矿井占50%以上；2012～2015年，共发生重大以上瓦斯爆炸事故19起，其中9起由采空区煤炭自燃引发。对于综采放顶煤工作面而言，工作面收作期间采空区的防火管理尤为重要，这是因为：一是采空区内堆积有大量的浮煤，为采空区的自然发火提供了必要条件；二是工作面收作期间设备的拆除进度直接影响采空区的封闭工期，进一步增加了采空区发生自燃的风险。

1 工作面概况

某矿位于内蒙古自治区准格尔煤田东孔兑普查区的西南部，61102工作面两侧均为已回采结束的采空区，工作面可采走向长度1007m，宽度240m，采用长壁后退式综合机械化放顶开采方式，采高4m，采放比1:3，全部垮落法管理顶板，主采煤层为6号煤，煤层厚度13.7～22.2m，平均厚18.3m，6号煤层为长焰煤，煤自燃倾向性鉴定为I类容易自燃煤层，最短自然发火期35天。

2 工作面自然发火因素分析

1）采空区堆积大量的浮煤

一是工作面两巷沿煤层底板布置，两巷遗留大量顶煤；二是工作面回采至距停采线30m时停止放煤，导致大量松散煤体（厚度约10m）全部垮落至采空区内，为采空区自然发火提供了必要条件。

2）工作面相邻采空区遗煤氧化

61102工作面位于61101和61103两个已回采结束的采空区之间，与两采空区之间的煤柱分别为20m、25m。受矿压影响，煤柱局部区域破碎，形成漏风通道， 61101和61103采空区内堆积的浮煤存在二次氧化的风险。

3）漏风供氧

（1）煤柱破碎区漏风供氧。61102工作面两侧煤柱受矿压形成的局部煤体破碎区域，长期处于风流中，煤体破碎区容易漏风氧化。

（2）相邻采空区漏风供氧。煤体裂隙可能形成漏风通道，在主通风机负压和自然风压的作用下，采空区内外可能存在“呼吸”现象。

（3）地面裂隙漏风。

由于工作面采用放顶煤开采工艺，地表沉降明显，并出现大量裂隙，存在向采空区漏风的可能性。

3 工作面收作期间防治自然发火措施

3.1 全方位封堵漏风通道

（1）采空区整体控风

工作面回采距停采线14m时，在液压支架顶部开始敷设有涂覆布的矿用聚酯纤维柔性网，柔性网必须铺满工作面、两巷顶板及架后采空区。

（2）重点区域控风

①在工作面停止放煤位置对应的工作面进回风巷各施工一道防火隔墙，工作面停止回采后，立即在进、回风端头再各施工一道防火隔墙，墙厚3m，并对进、回风端头施工的防火隔墙墙面喷洒喷涂LFM防火材料，同时对墙体四周裂隙进行注胶封堵，减小采空区漏风。

②加强工作面采空区对应的地面沉降观测，每周不少于1次，对地面裂隙宽度大于50mm的地点及时进行封堵处理。

（3）局部控风

①工作面回采距停采线60m、30m时分别在进、回风巷各施工一道防火隔墙。

②工作面停采后在进、回风端头及上下各20架支架范围内悬挂风障。

3.2 超前综合预测预报

采用定期取样分析、监控系统连续监测和人工日常巡检“三位一体”的检测方法进行自然发火监测，并利用采空区气体成分、指标气体乙烯及格雷哈姆系数R₂值(+ΔCO/-ΔO₂)开展预测预报。

1）防火测点布置

①采空区测点布置

在回风巷距停采线60m、30m、10m及进风巷距停采线90m、60m、30m处预埋束管，并利用DN25mm铁管进行保护。取样点进入采空区后每班人工检测，并取样进行色谱分析。

②工作面测点布置

工作面停采后，每班安设专职人员对每架架前、架间及架后插管进行检测，观测管插入煤体深度不小于1.5m，倾角45°。观测管孔口用黄泥堵实，末端留设取样孔，并通过胶皮管引至便于取样的位置。对人工检测CO浓度大于100ppm的观测点取样并进行色谱分析。

2）监控系统监测

利用工作面安设的T₀、T₁、T₂传感器24h连续监测一氧化碳浓度变化。

3）采空区气体指标动态分析

每天对人工检测及气相色谱仪分析数据进行整理，绘制CO-O₂及R₂值(+ΔCO/-ΔO₂)变化曲线图，动态分析采空区气体指标变化情况。

4）分级预警指标

以工作面支架后50m范围指标气体，火灾系数以及烃类气体指标为主，以工作面内观测点气体指标为辅，对工作面开展自然发火预测预报。

（1）出现下列情况之一的，即达到早期预警阶段：

①工作面回风隅角CO浓度达到100ppm。

②工作面回风隅角及采空区出现R₂＞0.2现象。

③工作面支架后方煤体中：CO浓度达到100ppm。

（2）出现下列情况之一的，即达到中期预警阶段：

①工作面回风巷CO浓度明显增加，并呈上升趋势；R₂＞0.5现象；

②回风巷空气温度达到30℃；或采空区煤体温度超过35℃。

③出现C₂H₄等标志性气体。

3.3 采空区注氮惰化

注氮管路布设：在工作面进风巷距停采线50m、30m处各预留1路DN159mm管路（长管在下方，短管在上方），并在停采线外合适位置加带闸阀的三通与注氮主管路合茬。

注氮时间及注氮方式：工作面停采后开始通过预留的2路注氮管路对采空区进行24小时不间断注氮，至工作面支架回撤结束前3~5天停止。

3.4 钻孔注MEA胶体

工作面每架，架间及架后至少各布置1个防火观测孔，并进行编号管理，每天至少人工检测一次，人工检测CO浓度大于100ppm的必须取样进行色谱分析。支架检测点CO浓度大于100ppm地点，立即采取注MEA胶体措施，CO浓度大于100ppm且O₂浓度大于5%的，必须在本架及相邻支架各补充一个钻孔注胶。

4 防火措施效果

工作面从停采开始，至撤架结束，采空区内气体指标都没有出现异常。停采撤架期间通过对采空区的气体进行取样化验分析，整个收作期间采空区气体数据都比较正常，表明撤架期间采取的的防火措施效果良好。尤其是61102工作面为首个双沿空综放工作面，在煤层自然发火期仅35天，而工作面支架拆除43天的情况下，工作面防火指标一直控制在安全范围内，并实现了安全收作。

5 总结

针对易自燃煤层放顶煤工作面收作期间采空区的防火管理，主要从以下三个方面采取措施：一是全方位堵漏控风。以带有涂覆布的矿用聚酯纤维柔性网对支架后方采空区进行整体堵漏、以进回风巷端头施工防火隔墙、喷注防火材料及局部区域堵漏、以地面裂隙填埋等全方位漏风控制技术的应用，最大限度减少了采空区漏风。二是超前综合预测预报。三是采空区及工作面自然发火分源治理。采空区防火以堵漏控风、注氮为主，工作面防火以气体观测、钻孔注胶为主，有效提高了防治效果。

参考文献

[1]郝宇,刘忠全.高瓦斯近距离煤层群易自燃工作面回撤防火关键技术研究[J]. 煤炭工程,2019,(11):74-79.

[2 文虎,胡伟,刘文永,等.色连二矿12205工作面收作期间防火技术[J]. 煤矿安全,2017,48(04):75-78.