金永飛 李海濤 王 棟 縱 峰

（1.西安科技大學(xué)教育部工程研究中心，陜西省西安市，710054；2.西安科技大學(xué)西部礦井開(kāi)采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西省西安市，710054；3.西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西省西安市，710054；4.陜西煤化集團(tuán)崔木煤礦，陜西省寶雞市，721599）

大傾角厚煤層自燃具有火源隱蔽，不易發(fā)現(xiàn)，煤層自燃過(guò)程發(fā)展期較長(zhǎng)，一旦發(fā)現(xiàn)高溫或明火，周?chē)簬r層已處于較高的溫度，儲(chǔ)存熱量大，高溫范圍大，立體分布，產(chǎn)生貧氧氧化放熱的特點(diǎn)，導(dǎo)致封閉滅火的周期長(zhǎng)，且易復(fù)燃。從人為能夠控制的角度考慮，煤層自燃火災(zāi)的防治主要需從降氧（封閉、減漏風(fēng)、惰化）和降溫兩個(gè)方面著手。對(duì)于已形成的自燃高溫和隱患區(qū)域，必須采取以降溫為主的防滅火技術(shù)手段，否則極易復(fù)燃。

1 回撤面CO 超限過(guò)程

1.1 回撤面概況

崔木煤礦21302工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采工藝，工作面斜長(zhǎng)200m，采高4m，放頂煤高度8m。工作面采用U 型通風(fēng)，正常生產(chǎn)期工作面風(fēng)量為2400m3／min。2014年2月24日，該工作面停采，工作面頂部掛網(wǎng)且不放頂煤，開(kāi)始施工撤架通道；2月25日工作面開(kāi)始回撤，在撤架期間由于回風(fēng)流中多次出現(xiàn)CO 超限情況，采取通風(fēng)風(fēng)量調(diào)整后暫停撤架。

1.2 回撤期間防滅火技術(shù)措施

參照21301 工作面 “三帶”測(cè)試結(jié)果，確定21302工作面自燃帶范圍為16～81 m。工作面在距停采線(xiàn)30m 左右開(kāi)始掛網(wǎng)、做大棚，推進(jìn)速度較慢。21302工作面收尾期間主要采取束管分析、鉆孔定位、黃泥灌漿、氮?dú)庵脫Q、端頭堵漏的綜合防滅火措施。

（1）束管監(jiān)測(cè)。工作面距停采線(xiàn)回風(fēng)巷50m、20m，進(jìn)風(fēng)機(jī)巷50m、30m 處，分別在21302進(jìn)風(fēng)機(jī)巷、回風(fēng)巷采空區(qū)內(nèi)預(yù)埋束管采樣頭，高度為1.5m，對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行束管氣樣分析。

（2）氮?dú)庵脫Q。距停采線(xiàn)20m、40m 處，在21302進(jìn)風(fēng)機(jī)巷預(yù)埋一趟注氮管路，工作面向采空區(qū)連續(xù)注氮，氮?dú)鉂舛炔坏陀?7%。

（3）黃泥灌漿。在工作面推采至距停采線(xiàn)15m、60m 處在進(jìn)風(fēng)機(jī)巷預(yù)埋灌漿管路進(jìn)行采空區(qū)灌漿，水土比為4∶1。

（4）端頭封堵。工作面停采前在推進(jìn)緩慢期間，每班必須在上隅角和下隅角垛袋封堵，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。

（5）降低風(fēng)壓?；夭善陂g21302工作面配風(fēng)量在1500m3／min 左右，停采后，在保證風(fēng)排瓦斯不超限的情況下，將工作面供風(fēng)降為800 m3／min左右，以降低進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的壓差，減小采空區(qū)漏風(fēng)。

1.3 CO 氣體濃度超限過(guò)程

21302工 作 面 于2014 年2 月24 日 到 達(dá) 停 采線(xiàn)，由于礦壓較大，頂煤散落極多，工作面上覆巖層破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，支架未能在預(yù)定時(shí)間內(nèi)及時(shí)回撤。2014年4月3日發(fā)現(xiàn)第100＃支架冒熱氣、掛汗，在上隅角、回風(fēng)流、液壓支架架間發(fā)現(xiàn)CO 氣體濃度異常且呈上升趨勢(shì)。為給制定技術(shù)措施提供依據(jù)，安排人工每天對(duì)CO 氣體濃度較高的90?！?16＃支架架間進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖1 所示。由圖1可見(jiàn)，自2014年3月26日發(fā)現(xiàn)CO 升高至2014年4月4日共經(jīng)歷10d，10d中100?！?04＃支架間CO 氣體濃度上升趨勢(shì)最為明顯，最高處由0.000006%上升至0.000137%，回風(fēng)流中CO 氣體濃度略有上升。

圖1 回風(fēng)流、支架架間CO 氣體濃度

2014年4月3日，21302工作面回風(fēng)巷撤架期間，工作面90＃支架、99＃～100＃支架、116＃支架架間最高溫度42℃，并伴有水霧出現(xiàn)，人工檢測(cè)CO濃度最大0.00006%，在90?！?16＃支架間打眼插管，注高壓水進(jìn)行處理，并加大進(jìn)風(fēng)機(jī)巷和回風(fēng)巷灌漿量。

2 CO 超限原因分析

（1）具備遺煤條件。崔木礦放頂煤開(kāi)采，采4m放8m，正常生產(chǎn)期間工作面中部遺煤少，但兩道頂煤可達(dá)8 m 厚，收面期間整個(gè)工作面頂煤不回收，松散煤體的大量堆積為自燃創(chuàng)造了條件。

（2）具備供氧條件。該工作面正常生產(chǎn)期間工作面風(fēng)量達(dá)2400 m3／min，回撤期間進(jìn)行了調(diào)風(fēng)，風(fēng)向反轉(zhuǎn)，風(fēng)量調(diào)節(jié)為1600m3／min。采空區(qū)大范圍內(nèi)氧濃度仍較高，具備自燃的供氧條件。

（3）煤層具備自燃的時(shí)間。崔木礦開(kāi)采的3＃煤層自然發(fā)火期在1個(gè)多月。該礦從2月底停采至4月初，工作面支架后及架間殘煤沒(méi)有及時(shí)清除，因此，大量采空區(qū)遺煤具備自燃的發(fā)展時(shí)間。

（4）采空區(qū)頂板淋水對(duì)自燃有抑制作用。正常生產(chǎn)期間，采空區(qū)頂板淋水嚴(yán)重，對(duì)煤層自燃起到抑制作用。到達(dá)停采線(xiàn)時(shí)，頂板淋水減少，對(duì)煤層自燃的抑制作用減少。同時(shí)，該工作面回風(fēng)隅角出氣溫度較高，煤壁掛汗，隅角后上部CO 濃度較高，最高接近0.0002%，并且檢測(cè)到乙烯。

可以判斷21302工作面采空區(qū)局部區(qū)域溫度已經(jīng)有所升高，有煤層自燃的傾向，必須采取必要的防滅火技術(shù)措施。

3 綜合防滅火技術(shù)治理及效果分析

3.1 加強(qiáng)煤自然發(fā)火監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)

（1）停采期間，工作面上隅角、回風(fēng)流及18?！?8＃支架、90?！?16＃支架架間瓦斯?jié)舛?、CO濃度、空氣溫度，每小班人工檢查3次；上隅角氣體每天采用束管、氣體色譜分析一次，并繪制氣體變化曲線(xiàn)圖。

（2）加強(qiáng)上隅角、回風(fēng)流的一氧化碳、溫度、瓦斯傳感器的調(diào)校工作，確保傳感器實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

（3）利用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)量工作面支架后、支架頂及鉆孔中的溫度，并繪制溫度監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)。

（4）利用KJ90安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)21302工作面回風(fēng)流及上隅角的CO、溫度和CH4進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，撤架期間保證安全監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 綜合防滅火技術(shù)治理過(guò)程

工作面停采撤架期間，除繼續(xù)采取以上檢測(cè)、堵漏等措施外，防滅火重點(diǎn)工作轉(zhuǎn)移到工作面上、下隅角及支架向后3～6m、距底板向上8～10m位置，主要采取以下方案。

3.2.1 雙通道回撤支架

在發(fā)現(xiàn)局部支架上部出現(xiàn)CO 濃度上升、冒青煙情況后，為了不影響整體回撤速度，在78＃與79＃支架之間建2m 厚密封墻，將支架分別從工作面兩巷道依次撤出，如圖2所示，截至4月4日，回撤面兩端已經(jīng)撤出17架支架。

3.2.2 工作面火區(qū)封閉

2014年4 月6 日，架間束管檢測(cè)檢查發(fā)現(xiàn)，97＃～98＃支架、99?！?05＃支架、116＃支架架間煤壁溫度最高58℃，并伴有大量的水霧出現(xiàn)，人工檢測(cè)CO 濃度最大0.0001%，對(duì)溫度高的支架架間氣樣分析后發(fā)現(xiàn)99＃～100＃支架處乙烯濃度為0.000023%、乙炔濃度為0.000003%，其他架間發(fā)現(xiàn)CO 濃度最大0.000186%，表明架間遺煤已發(fā)生自燃。為了保證礦井其他工作面安全生產(chǎn)，2014年4月7日，對(duì)21302進(jìn)風(fēng)機(jī)巷和回風(fēng)巷各設(shè)一道密閉墻，墻上預(yù)留注氮、注漿管路，并用黃泥將封閉墻周?chē)皦w抹勻，確保嚴(yán)密不漏風(fēng)，封閉墻示意圖如圖3所示。

圖2 21302回撤面雙通道回撤示意圖

圖3 21302進(jìn)風(fēng)機(jī)巷、回風(fēng)巷封閉墻示意圖

3.2.3 注漿和注高分子膠體

（1）支架前打鉆注高分子膠體。針對(duì)21302工作面的實(shí)際情況，在撤架期間，從工作面上隅角往下每隔2臺(tái)支架之間灌注高分子膠體，并在支架后部未冒落巷道處用碎煤堆垛墻體，封堵漏風(fēng)通道。用錨桿鉆機(jī)自工作面回風(fēng)側(cè)向采空區(qū)打鉆，鉆孔內(nèi)下套管，并沿鉆孔向采空區(qū)注高分子膠體。鉆孔終點(diǎn)位于工作面尾梁后2～4 m，煤層頂板以上1～2m，鉆孔間距為3 m 左右，工作面回風(fēng)側(cè)需打約5個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔注膠量為50～80m3，工作面停采期間架前注膠情況見(jiàn)圖4所示。

圖4 工作面停采期間架前注膠示意圖

（2）鄰近工作面運(yùn)輸巷高位鉆孔注漿。在21301工作面運(yùn)輸巷設(shè)置鉆場(chǎng)，同時(shí)向21302工作面采空區(qū)膠體隔離充填帶打鉆，鉆孔終孔位置為距離工作面停采線(xiàn)10～30m，鉆孔間距3 m，共施工鉆孔7個(gè)，孔高度為煤層頂板處至其上1 m 范圍。每個(gè)孔注膠50～80m3，如圖5所示。

3.2.4 高溫區(qū)域架間注水降溫措施

工作面停采撤架期間，在21302工作面進(jìn)風(fēng)機(jī)巷及回風(fēng)巷施工鉆場(chǎng)，向下隅角及工作面支架后施工防滅火注漿鉆孔，終孔點(diǎn)控制在下隅角及25＃支架、50＃支架、75＃支架向后3～6m、距支架頂板向上2 m 位置，共計(jì)施工10 個(gè)注漿鉆孔；啟封302高抽巷封閉墻，在高抽巷內(nèi)施工防滅火注漿鉆孔，終孔點(diǎn)控制在上隅角及75＃支架、95＃支架向后3～6m、距支架頂板向上2m 位置，共計(jì)6個(gè)注漿鉆孔，如圖6所示。

圖5 鄰近工作面運(yùn)輸巷道注膠平面示意圖

圖6 工作面停采線(xiàn)架后注水平面示意圖

3.3 治理效果

通過(guò)實(shí)施上述防滅火措施，21302回撤面封閉火區(qū)內(nèi)工作面支架間溫度異常點(diǎn)的煤自燃情況得到了有效控制，工作面支架間CO 濃度恢復(fù)到了正常范圍，回風(fēng)流及支架間CO 濃度低于0.000024%并保持穩(wěn)定。2014年4月28日對(duì)火區(qū)進(jìn)行啟封并將剩余支架成功有效撤出工作面。

4 結(jié)論

（1）大傾角厚煤層開(kāi)采過(guò)程中，由于采空區(qū)停采線(xiàn)遺煤量較多，煤氧化熱量易于積聚，具有較大的自然發(fā)火危險(xiǎn)；回撤期間，由于停留時(shí)間較長(zhǎng)，漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致深部煤層二次氧化，容易造成工作面CO 氣體濃度升高，影響回撤工作。

（2）煤自燃隱患治理比較復(fù)雜，不能單一地強(qiáng)調(diào)對(duì)高溫隱患的根除，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行有效地控制，以保障煤礦的正常生產(chǎn)；停采后，應(yīng)盡快回撤，并對(duì)工作面CO 氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采取相應(yīng)措施進(jìn)行提前預(yù)防，如架后鉆孔注膠、上分層兩巷灌漿等。

（3）大傾角厚煤層綜放面停采撤架期間，應(yīng)時(shí)刻對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)對(duì)支架后部及支架之間遺煤及時(shí)處理，防止自然發(fā)火；應(yīng)迅速采取相應(yīng)措施延長(zhǎng)自然發(fā)火期，減緩煤自熱氧化作用，防止由于支架后局部碎煤氧化導(dǎo)致氧化進(jìn)一步加深而影響撤架工作；撤完支架后應(yīng)迅速有效封閉火區(qū)。

（4）通過(guò)采空區(qū)灌漿并及時(shí)對(duì)上下巷道進(jìn)行封堵，能有效抑制煤與氧氣的接觸，并能填堵采空區(qū)遺煤的縫隙，從而抑制煤的自熱，有效控制采空區(qū)火災(zāi)的發(fā)生。在重點(diǎn)時(shí)期，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行鉆孔和膠體壓住，嚴(yán)防遺煤自燃。

（5）21302開(kāi)采工作面因停采線(xiàn)局部碎煤氧化升溫導(dǎo)致工作面架間CO 氣體濃度升高，采取整體火區(qū)封閉、支架后鉆孔注防滅火材料、高溫支架間煤層注水及兩巷灌漿等措施，效果明顯，抑制了遺煤自然升溫過(guò)程，保證該工作面安全回撤。

［1］ 徐精彩，張辛亥.煤層自然發(fā)火膠體防滅火理論與技術(shù) ［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003

［2］ 金永飛.綜放工作面停采撤架期間綜合防滅火技術(shù)研究 ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014 （2）

［3］ 郝宇，葉正亮.超厚煤層綜放工作面停采撤架期間防滅火技術(shù)研究 ［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2010 （4）

［4］ 鄧軍，劉文永.大采高綜采工作面撤架期間采空區(qū)浮煤自燃防治技術(shù)研究 ［J］ .礦業(yè)安全與環(huán)保，2011 （3）

［5］ 李加彬.高地溫綜放面末采回撤期間綜合防治自然發(fā)火技術(shù) ［J］.山西煤炭科技，2012 （3）

［6］ 呂文陵，楊勝?gòu)?qiáng)等.孤島綜放面撤架期間自然發(fā)火防治技術(shù) ［J］.煤礦安全，2011 （7）

［7］ 李琳.厚煤層綜放工作面停采撤架期間防滅火技術(shù)研究與應(yīng)用 ［J］.中國(guó)煤炭，2011 （7）

［8］ 鄭海濱.易自燃煤層綜采工作面回采期間防滅火技術(shù)研究 ［J］.中國(guó)煤炭地質(zhì)，2013 （5）

［9］ 陳艾，侯樹(shù)宏.易自燃煤層綜放工作面回撤期間綜合防滅火技術(shù) ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012 （9）

［10］ 何毅，金永飛.余煤復(fù)采工作面撤架期間綜合防滅火技術(shù) ［J］.煤礦安全，2013 （11）

［11］ 孫海，范向軍.綜放工作面撤架期間綜合防滅火技術(shù)與實(shí)踐 ［J］.煤礦安全，2010 （6）