特厚煤層綜放面自然發(fā)火防治技術(shù)

摘 要：工作面防止煤層自然發(fā)火一直是興隆莊煤礦的重點工作，特別是在1992年以后推廣特厚煤層綜放開采以來，在工作中不斷總結(jié)成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn)，逐步形成綜放面煤層自燃防治技術(shù)體系，其成功應(yīng)用為今后該礦防滅火工作提供了可靠的技術(shù)支持，對其他煤礦特厚煤層工作面的自燃防治工作也具有重要的參考價值。

關(guān)鍵詞： 特厚煤層；綜放面；自然發(fā)火；防治技術(shù)

1 礦井概況

興隆莊煤礦位于兗州煤田北部，井田面積54 km²，可采儲量3.8億t?，F(xiàn)采３層煤煤層傾角2°～12°，厚度平均為8.65 m，埋藏深度為250～550 m，年產(chǎn)量600萬t左右，煤層自然發(fā)火期為3～6個月，屬自燃煤層。興隆莊煤礦從1992年開始應(yīng)用綜采放頂煤開采技術(shù)以來，極大地提高了生產(chǎn)效率，但是綜放面存在3方面的問題：① 由于綜放開采順槽沿底板一次掘出，服務(wù)時間長，順槽頂煤較厚，且過老巷或斷層時，煤體較破碎，易于離層、壓裂冒落，使得巷道煤體自燃危險性增加；② 綜放面上下兩道采用錨索加強支護后，很難及時冒落，工作面生產(chǎn)期間和沿空送巷期間極易形成漏風(fēng)通道；③ 上下端頭支架處頂煤放出率低（有的不放），采空區(qū)留有大量浮煤，采空區(qū)浮煤易自燃，尤其是開切眼和停采線附近，由于不放頂煤，工作面安裝撤架時間較長，使其更易發(fā)生自燃火災(zāi)。因此自然發(fā)火的有效監(jiān)控和防治是保證綜放面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問題，近幾年興隆莊煤礦通過對5320、4324、4326、4328、1303、1304、1307等綜放面進行防滅火工作，逐步積累了一整套科學(xué)管理和預(yù)防措施，從理論和實踐兩個方面豐富了特厚煤層自燃防治技術(shù)，對于今后礦井的自燃防治工作具有重要的借鑒價值。

2 煤層自燃防治體系的建立

綜放面煤炭自燃的防治本身就是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及生產(chǎn)的多方面。針對綜放面的實際，建立了煤炭自燃的整體防治體系，如圖1所示。

圖1 綜放工作面生產(chǎn)期間的煤炭自燃防治體系

該體系由3方面組成。首先建立煤炭自燃的預(yù)防技術(shù)屏障，當(dāng)預(yù)防失效后，根據(jù)煤炭自燃初期的物理與化學(xué)變化產(chǎn)生的效應(yīng)，進行煤炭自燃預(yù)報，預(yù)報準確，就能把自燃隱患進行消除；一旦失敗，形成自燃火災(zāi)，就要進行火源探測，從而準確確定火源位置及其范圍，有的放矢地處理自燃火災(zāi)。工作重點是第一步和第二步，即積極開展超前治理和超前預(yù)防的工作，下面依據(jù)綜放面推進到不同的位置應(yīng)采取的技術(shù)措施詳細介紹。

3 綜放面距開切眼200 m范圍的推進過程防火技術(shù)

（1） 綜放面生產(chǎn)前開切眼上、下頭絞車窩或機電硐室全部用沙袋垛充填滿，防止以后沿空送巷接近老開切眼時直接揭露采空區(qū)。

（2） 工作面每推進50 m在上、下隅角分別施工一道3 m厚的碎煤袋或沙袋隔離垛。

（3） 如果工作面每月推進速度小于50 m時，需要在上、下隅角的3 m隔離垛后埋管壓注膠體漿100～300 m³。

（4） 如果工作面推進速度很慢并且工作面地質(zhì)條件惡化，在上、下隅角的3 m隔離垛后埋管壓注膠體漿的同時考慮壓注泡沫阻化劑。

（5） 安全監(jiān)控裝備

① 工作面回風(fēng)隅角和回風(fēng)流分別安裝1臺甲烷傳感器，工作面回風(fēng)流中分別安裝1臺一氧化碳傳感器、溫度傳感器和風(fēng)速傳感器，各類傳感器連續(xù)可靠運行。

② 工作面回風(fēng)隅角和沿空送巷的沿空側(cè)重點防火部位安裝束管監(jiān)測系統(tǒng)，束管監(jiān)測系統(tǒng)可以連續(xù)運行。

③ 工作面回風(fēng)隅角班班懸掛甲烷—氧氣監(jiān)測報警便攜儀。瓦斯檢查員每班檢查回風(fēng)隅角和回風(fēng)流中一氧化碳濃度兩次。

④ 回風(fēng)隅角、回風(fēng)流和其他重點防火地點至少每周一次取氣體樣化驗分析。

（6） 泄水孔堵漏風(fēng)

① 開切眼附近一般施工75～200 mm泄水孔，泄水孔上口安裝0.5～1.5 m高的雙頭多孔高起籠頭，籠頭的多孔過水流量與泄水孔流量匹配，并在籠頭處搭建木垛保護。

② 泄水孔下口安裝倒楔形“U”型泄水管，既泄水又不漏風(fēng)。

4 綜放面上下順槽特殊地點防火技術(shù)

4.1 沿空送巷沿空側(cè)的開切眼、停采線、聯(lián)絡(luò)巷和溜煤眼位置

(1) 在沿空送巷對開切眼、停采線、聯(lián)絡(luò)巷和溜煤眼位置前后噴水泥沙漿。

(2) 根據(jù)上述位置具體情況施工1.5～2寸的鉆孔，鉆孔間距5～10 m，重點壓注粉煤灰漿和膠體泥漿等防火材料。

(3) 沿空送巷其他地段則重點施工1寸的觀測孔，觀測孔間距10～20 m，作為檢查和判斷采空區(qū)氣體和溫度變化的窗口。

4.2 聯(lián)絡(luò)巷

(1) 工作面礦山壓力趕到聯(lián)絡(luò)巷之前，靠近采空區(qū)施工一道5 m厚的沙袋垛，緊貼沙袋垛施工一道0.5～1.0 m厚的磚閉。

(2) 對采空區(qū)壓注粉煤灰稠化灰漿、膠體泥漿或者固化材料充填。封閉方式如圖2所示。

圖2 聯(lián)絡(luò)巷封閉示意圖一

(3) 如果不具備注漿條件或不能注漿，則在巷道的門口施工0.37 m厚密閉兩道，密閉間距為3～5 m，形成夾心密閉，密閉間充填黃土、瑞米材料、羅可修等固體可塑材料。 閉墻附屬物包括：灌漿管、充填管、排水管、反水池、觀測孔、束管等。封閉方式如圖3所示。

圖3 聯(lián)絡(luò)巷封閉示意圖二

圖4 溜煤眼封閉示意圖

4.3 溜煤眼

(1) 下口用10 mm厚的鋼板進行封堵，四周用24個螺栓上緊。鋼板安裝1根50 mm的U型鋼管用于放水，鋼管上口伸入到鋼板水平面上5.0 m處；鋼板安裝1根25 mm的鋼管用于壓注羅科修封堵材料（如果永久不使用可以壓注水泥沙漿），25 mm的鋼管上口伸入到鋼板水平面上2.0 m處。溜煤眼封閉如圖4所示。

(2) 上口周邊臥底200 mm深，然后密排合適的工字鋼，在工字鋼上面覆蓋100 mm厚的混凝土。

5 綜放面停采前及停采期間防火技術(shù)

5.1 工作面停采前的預(yù)防措施

(1) 采煤隊在離停采線最后的100 m范圍，必須盡量減少采空區(qū)丟煤，特別是在工作面上鐵絲網(wǎng)和鋼絲繩前20 m加大放煤力度，提高采煤率到90%以上。

(2) 停采前100 m在工作面上、下端頭每間隔30 m施工一道隔離垛墻，隔離垛可用袋裝碎煤或袋裝黃土施工，垛墻厚度不低于3 m。如果工作面過斷層并且推進速度小于每月50 m，必須重點對進風(fēng)隅角隔離垛內(nèi)壓注膠體100～300 m³。

(3) 停采前40~50 m開始，在工作面上、下順槽埋設(shè)注漿管路，注漿管出口要用木垛掩護好，并高于底板0.5 m 以上。停采后，對工作面上、下頭進行壓注粉煤灰漿或膠體泥漿，破壞浮煤的蓄熱環(huán)境。

(4) 停采前20 m必須密切監(jiān)測綜放面的氣體變化情況，除瓦斯檢查員每班檢查2次瓦斯、二氧化碳和一氧化碳外，測風(fēng)員每天對工作面回風(fēng)隅角、架間、回風(fēng)流進行檢測和取樣化驗分析一次。

(5) 在工作面回風(fēng)順槽，停采線后部30 m、10 m分別留設(shè)一路束管，停采線后部30 m留設(shè)的束管用泵抽氣化驗分析。在工作面進風(fēng)順槽，停采線后部50 m分別留設(shè)一路人工測氣管。上述束管均位于底板以上1.5 m處，安設(shè)牢固整齊。

(6) 停采前通風(fēng)部門把各種防火材料和設(shè)備備足備好。

(7) 停采前，采煤隊把液壓支架的側(cè)護板盡量收回，同時要保證支架的初撐力，防止頂板破碎，為支架間防火鉆孔的施工創(chuàng)造條件。 5.2 綜放面停采期間的通風(fēng)與防火方案

5.2.1 通風(fēng)方式選擇、風(fēng)量設(shè)計及瓦斯檢查

綜放面設(shè)備主要從進風(fēng)路線撤出，工作面停采后要盡可能減少風(fēng)量，即減少向采空區(qū)漏風(fēng)，停采后工作面供風(fēng)量由800～1 000 m³/min減少為500～600 m³/min。

隨著支架的撤出，工作面的風(fēng)量將會逐步減少，為了避免開啟局部通風(fēng)機與撤出液壓支架之間相互干擾，在撤出支架過程中把廢舊水泥枕木和其他廢舊老料間隔堆積在停采線，盡量利用全風(fēng)壓通風(fēng)，不開啟局部通風(fēng)機。當(dāng)全風(fēng)壓風(fēng)量減少到200 m3/min時，開啟上、下頭局部通風(fēng)機。工作面風(fēng)量測風(fēng)員每天至少測定一次。

開始撤出支架后，在工作面上、下頭兩側(cè)均設(shè)點檢查瓦斯，瓦斯檢查員在檢查完其他地點后在撤支架處盯點檢查，在掩護支架處懸掛甲烷、氧氣兩用檢測報警儀。

5.2.2 煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報

（1） 紅外探測。停采線探測采用ST6紅外探測儀，1組支架的上側(cè)架間為1個測站，每個測站3個測點，每3 d測1個循環(huán)。測定數(shù)據(jù)輸入計算機，繪制出場強變化趨勢圖，為煤層自燃的早期預(yù)報提供依據(jù)。

（2） 溫度監(jiān)測。工作面每組支架設(shè)1個點，利用紅外線測溫儀測量工作面架間及鉆孔中的最高溫度，每天測一次。

（3） 取樣化驗分析與人工監(jiān)測。每間隔5組支架選1個鉆孔（包括回風(fēng)隅角和工作面回風(fēng)流）進行人工監(jiān)測和取樣化驗分析，兩天1個循環(huán)，如果出現(xiàn)隱患必須縮短測點間距和檢查周期。

（4） 束管與環(huán)境監(jiān)測。束管監(jiān)測系統(tǒng)每天至少測定2組數(shù)據(jù)，每天運行時間不少于12 h，束管正?？煽窟\行。

在工作面回風(fēng)流中安裝一氧化碳傳感器和甲烷傳感器。

5.2.3 防治措施

（1） 灌漿。停采期間利用在工作面上、下順槽埋設(shè)的注漿管對采空區(qū)壓注膠體泥漿。

（2） 堵漏風(fēng)防火。停采后由采煤隊在停采線上、下隅角分別建一道隔離垛墻，隔離垛可用袋裝碎煤或袋裝黃土施工，垛墻厚度不低于3 m，垛外建板閉，墻面用水泥抹嚴，然后在板閉和垛墻之間壓注羅克修封堵材料，在閉墻上預(yù)留注漿管路，向隔離垛墻后壓注膠體泥漿，注膠量不少于300 m³，減少采空區(qū)漏風(fēng)。

（3） 工作面支架頂部和后部破碎煤體的防火措施。

① 在工作面煤壁前敷設(shè)一路2寸水管，每30 m出一個三通閥門。

② 在工作面每個支架的間隙按前、中、后方式施工3個防火孔，后部孔是在后部輸送機道向后尾梁架間及放煤口施工的鉆孔，傾角40°～45°，深度2.5～3 m；中間孔從支架頂梁中間打到頂梁上部及支架后浮煤的鉆孔，傾角30°左右，深度6～8 m；前部孔是從支架前梁架間打到支架后浮煤的鉆孔，傾角20°～25°，深度10 m左右，均下1寸套管，用快速水泥封孔，并用堵頭封堵孔口。在上下頭端頭支架以外向后部各打5個防火鉆孔，鉆孔采用扇形布置，鉆孔傾角30°～35°，鉆孔長度10～12 m，鉆孔布置見圖5。

圖5 鉆孔布置示意圖

1——鉆孔；2——液壓支架；3——松散煤體

③ 選擇堵漏材料的要求：無毒、無異味、無腐蝕、性能好、穩(wěn)定性高、施工方便、使用成本低等?；谏鲜鲈瓌t，選用MEA系列煤礦防滅火劑，利用黃泥漿或粉煤灰注漿系統(tǒng)對所有鉆孔壓注MEA防火劑，濃度控制在0.8%~1%左右，壓注MEA時停采線鉆孔至少同時連接15個孔，其中5個孔為備用孔，設(shè)計每孔壓注1～2 m³，見圖6。

圖6 注漿系統(tǒng)壓注MEA示意圖

（4） 組織管理。

① 采煤隊和裝修隊等單位要協(xié)助維護好工作面安裝的注漿管路、束管、各種傳感器、注膠泵、煤電鉆、鉆機及其開關(guān)等，綜放面周邊的風(fēng)門全部安裝風(fēng)門閉鎖，嚴禁隨意敞風(fēng)門和放空溜煤眼，保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

② 精心組織，合理安排，保障工作面快速撤出，采煤結(jié)束后，確保在40 d內(nèi)回撤完畢，工作面回撤結(jié)束后在5 d內(nèi)完成封閉。

③ 在通防科設(shè)防火調(diào)度辦公室，人員由通防科和調(diào)度室人員組成，各生產(chǎn)單位必須服從防火辦公室的調(diào)度指揮，除對安全影響較大的工作外，其他工作盡量為綜放面讓路。

④ 通防科和綜機管理中心要對綜放面撤出和防火編制周密的工作計劃，嚴格落實工期和施工單位。通防隊和裝修隊編寫詳細的安全施工措施。

5.3 停采線封閉

(1) 在停采線上、下兩頭施工5 m沙袋垛，貼沙袋垛施工0.5～1.0 m密閉，然后在上、下順槽門口建0.38 m厚的密閉。上、下頭的密閉要接出注漿管和監(jiān)測束管，封閉結(jié)束后對停采線大量壓注黃泥漿或粉煤灰漿，壓注量不低于3 000 m³。

(2) 停采線上、下頭封閉結(jié)束后對停采線進行均壓調(diào)風(fēng)，減少停采線上、下兩頭的壓差。

第一作者簡介：孟祥軍(1963—)，現(xiàn)任興隆莊煤礦總工程師、工程研究員，發(fā)表論文多篇，取得科研項目多項。