文/程懇

山西中陽(yáng)華潤(rùn)聯(lián)盛蘇村煤業(yè)有限公司設(shè)計(jì)產(chǎn)能90 萬(wàn)噸/年，全礦井劃分 6 個(gè)采區(qū)，可采 4、5、6、10 號(hào)煤層。其中4號(hào)、5號(hào)煤層位于山西組，6號(hào)、10號(hào)位于太原組。10313工作面位于三采區(qū)北部邊界，開(kāi)采上下限：1010m~1045m，走向長(zhǎng)480m，面長(zhǎng)171m，煤層傾角16°，煤厚平均6.1m，綜采放頂煤回采工藝，支架采高2.5m（1.7～3.2m），走向長(zhǎng)臂后退式回采方法。該面回采范圍內(nèi)有落差分別為2.5m、3.5m、3.5m和4.0m四條正斷層。

10313工作面進(jìn)回風(fēng)巷高差為12.5m，進(jìn)風(fēng)側(cè)高于回風(fēng)側(cè)。經(jīng)鑒定，10號(hào)煤層吸氧量0.78cm3/g，自燃傾向性等級(jí)為I類(lèi)容易自燃煤層，自然發(fā)火期1~3個(gè)月。本文就蘇村煤礦綜采工作面自然發(fā)火原因分析及防治技術(shù)進(jìn)行了闡述。

一、10313工作面CO氣體發(fā)生過(guò)程

10313工作面于2012年2月形成系統(tǒng)，同年10月開(kāi)始回采。受各種因素影響，截至2013年12月工作面推進(jìn)92米。在采煤生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)10313面回風(fēng)隅角最后一個(gè)支架（114架）后部尾梁處有水蒸氣，經(jīng)查有CO氣體。隨即采取進(jìn)、回風(fēng)巷隅角打擋風(fēng)墻，進(jìn)風(fēng)側(cè)掛35米擋風(fēng)簾，進(jìn)風(fēng)量從760m3/min降到350m3/min，打鉆向隅角注阻化劑，向采空區(qū)注氮。

114架尾部CO氣體達(dá)到250ppm，回風(fēng)巷CO氣體為27ppm，經(jīng)全面檢查，CO氣體濃度最高處在114架處，為出風(fēng)點(diǎn)。當(dāng)CO氣體升到410ppm，回風(fēng)巷升為32ppm。經(jīng)分析認(rèn)為，工作面推進(jìn)速度慢是煤層自然發(fā)火是主要原因，114架位置處于工作面最低處，底板存有積水，自燃可能性較小。自燃源應(yīng)在斷層影響段，即60～95架間，該段破底嚴(yán)重，達(dá)2.2m左右，遺煤量多。

二、10313工作面CO氣體超標(biāo)原因分析

1.由于煤層本身屬容易自燃煤層，自然發(fā)火期短，僅1～3個(gè)月。

2.工作面開(kāi)采條件差，面內(nèi)有4個(gè)2.5～4.0m落差斷層，造成工作面有21m和65m長(zhǎng)、破底厚1.2m～2.3m兩處矸石段，加之仰推10°～16°角度回采，工作面多處冒頂，冒頂高度達(dá)2～8m，導(dǎo)致回采困難，致使工作面推進(jìn)度受到嚴(yán)重影響。月推進(jìn)度不足6米，導(dǎo)致采空區(qū)浮煤長(zhǎng)期受到氧化，給采空區(qū)遺煤自燃創(chuàng)造了浮煤、蓄熱、供氧條件，導(dǎo)致遺煤自燃。

3.未注意鄰近煤礦越界開(kāi)采問(wèn)題，以致對(duì)采空區(qū)后部漏風(fēng)沒(méi)能采取預(yù)防措施，導(dǎo)致采面后部長(zhǎng)期漏風(fēng)氧化、自燃。

4.煤層出現(xiàn)CO氣體后設(shè)備維護(hù)檢修不夠重視，防滅火關(guān)鍵時(shí)刻注氮設(shè)備發(fā)生損壞，影響了注氮防滅火。

三、10313工作面自燃綜合防治技術(shù)

1.支架間打鉆注凝膠

凝膠由水、基料（水玻璃）和促凝劑（一般為碳酸氫銨）按90∶8∶2的比例混合而成。還可以向其中添加0～30%的增強(qiáng)劑（砂土或粉煤灰）。

利用專(zhuān)用的膠體壓注機(jī)把各種膠體材料按比例混合、攪拌，輸送到火災(zāi)隱患區(qū)域。使用時(shí)，把水、促凝劑、基料從各自的料箱加入，通過(guò)固料推送器把促凝劑定量送入混合器，利用配比泵通過(guò)自吸管路把基料吸入混合器中。水、促凝劑和基料在混合器中混合后，通過(guò)主泵加壓后輸出，經(jīng)注膠管路、分流器（如需要）、鉆孔注入隱患區(qū)域?；?、促凝劑添加量的控制由無(wú)級(jí)調(diào)速器來(lái)實(shí)現(xiàn)，若需要改變某種材料的配比時(shí)，只需調(diào)節(jié)無(wú)級(jí)變速器的轉(zhuǎn)速即可。注膠結(jié)束后，停止基料和促凝劑的添加，用清水沖洗設(shè)備及管路，以防堵塞設(shè)備和管路。

當(dāng)全部開(kāi)啟工作面，并排除工作面瓦斯至《規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，人員進(jìn)入工作面內(nèi)檢查無(wú)發(fā)火跡象后，就需要從支架架間向采空區(qū)打鉆孔壓注凝膠進(jìn)行防滅火處理，達(dá)到堵漏風(fēng)和固氮作用，抑制采空區(qū)火區(qū)復(fù)燃。

注凝膠鉆孔布置在支架間，1#~114#每個(gè)架間均布置一個(gè)鉆孔。鉆孔開(kāi)口位置距支架底板1.5m，終孔位置距支架頂梁向后5m以上。膠體隔離帶注凝膠鉆孔布置圖見(jiàn)圖1。

2.施工措施巷

在進(jìn)風(fēng)巷密閉外10m位置施工平行于進(jìn)風(fēng)巷的措施巷80m，從巷道內(nèi)朝采空區(qū)不同方向施工3個(gè)鉆孔。措施巷采用錨網(wǎng)支護(hù)，尺寸3m×2.4m，作為采空區(qū)充填和回采過(guò)程中采空區(qū)火區(qū)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

3.地面打鉆注CO2治理

根據(jù)以往資料，分析火源位置及發(fā)展趨勢(shì)，圈定治理區(qū)域，設(shè)計(jì)并施工地面鉆孔，通過(guò)鉆孔灌注干冰，監(jiān)測(cè)火區(qū)狀態(tài)，確定啟封時(shí)機(jī)。一般情況，采空區(qū)氧化升溫帶范圍在距離工作面5~20m以深，70m以淺。

從CO再次升高，注氮機(jī)損壞，架頂部有熱源出現(xiàn)，初步判斷因風(fēng)量調(diào)小，采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域位置前移，熱源發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，自燃區(qū)逐漸由回風(fēng)側(cè)向進(jìn)風(fēng)側(cè)移動(dòng)。在76架處有大量CO冒出的情況，說(shuō)明自燃點(diǎn)繼續(xù)向進(jìn)風(fēng)側(cè)移動(dòng)。采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域發(fā)展范圍預(yù)測(cè)圖見(jiàn)圖2。

圖2 采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域發(fā)展范圍預(yù)測(cè)圖

目前，進(jìn)回風(fēng)均密閉處理，采空區(qū)繼續(xù)注氮。采用以區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)的大范圍注CO2和注氮治理。

在實(shí)際施工中，每個(gè)鉆孔注CO2完畢后需及時(shí)封閉，并作為監(jiān)測(cè)鉆孔，以便及時(shí)了解采空區(qū)遺煤自然發(fā)火狀態(tài)。地表鉆孔注CO2時(shí)要和井下注氮配合使用，使火區(qū)熄滅，達(dá)到啟封條件。如外部有漏風(fēng)通道易跑氣、供氧，實(shí)施效果將受到影響。

4.火區(qū)監(jiān)測(cè)

地表鉆孔除作為注膠或者注干冰等使用外，同時(shí)可以作為監(jiān)測(cè)鉆孔，利用地面鉆孔測(cè)溫裝置監(jiān)測(cè)鉆孔溫度變化，利用鉆孔抽氣裝置抽取氣體，利用氣相色譜儀進(jìn)行氣體分析。