趙位位 匡 磊 劉大虎

（1.大統(tǒng)礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；2.青島天安重交瀝青有限公司，山東 青島 266500； 3.星村煤礦，山東 濟(jì)寧 273100）

煤炭自燃是煤礦開采過程中常見的災(zāi)害，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國國有重點(diǎn)煤礦中采空區(qū)自燃占煤礦自燃火災(zāi)的70%以上[1-4]。易自燃煤層采用分層開采過程中，受上次采動(dòng)影響，上覆煤巖垮落，故順槽施工是在松散煤體中掘進(jìn)，掘進(jìn)期間煤體應(yīng)力再一次重新分布，造成煤體進(jìn)一步破碎、裂隙發(fā)育、漏風(fēng)供氧強(qiáng)度增加，易形成漏風(fēng)通道，煤的自燃危險(xiǎn)性增強(qiáng)，增加了掘進(jìn)期間的煤體自燃防控難度。

1 工作面概述

C9301 工作面兩順槽布置在原工作面采空區(qū)下，未被破壞前該區(qū)域的煤厚約為8 m，受當(dāng)時(shí)回采條件的制約，只回采了一層煤炭（約2 m 厚）。經(jīng)礦研究和中國礦業(yè)大學(xué)合作，決定在松散的煤巖體下重新布置巷道，規(guī)劃工作面，在殘留的煤炭資源中重新進(jìn)行復(fù)采。

C9301 工作面是該礦九采區(qū)首個(gè)充填開采工作面，工作面煤層最小厚度為4.65 m，最大厚度7.15 m，工作面兩順槽、切眼及運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷均沿3 煤層底板掘進(jìn)。其中，C9301 軌道順槽全長857.9 m，運(yùn)輸順槽全長831 m，切眼全長88 m，C9301 運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷擴(kuò)刷及掘進(jìn)范圍全長270 m（其中包括76.1 m 的工作面聯(lián)絡(luò)巷）。

C9301 運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)期間需擴(kuò)刷部分9305 南順槽巷道，其余沿采動(dòng)后的9305 南順槽重新開掘直至施工完畢（包括76.1 m 的工作面聯(lián)絡(luò)巷）。C9301 軌道順槽掘進(jìn)期間將揭露2 條老巷、穿過4個(gè)15～22 m 寬度不等的煤柱（其中有2 個(gè)煤柱中上部存在老巷）。C9301 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間將揭露4條老巷、穿過5 個(gè)11～22 m 寬度不等的煤柱（其中有2 個(gè)煤柱中上部存在老巷）。軌道及運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間均通過5個(gè)原已采工作面、1個(gè)原未采工作面。C9301 工作面切眼掘進(jìn)期間需擴(kuò)刷部分9306 北順槽巷道，其余部分重新開掘直至施工完畢。

受九采區(qū)第一次采動(dòng)影響，上覆巖層完全垮落，造成遺留煤層及老巷的穩(wěn)定性、完整性、煤體裂隙、導(dǎo)風(fēng)導(dǎo)水帶、采空區(qū)積水、有害氣體賦存及煤層自燃傾向等地質(zhì)情況均發(fā)生較大的變化，增加工作面掘進(jìn)期間防滅火管控難度。

2 防滅火技術(shù)措施

根據(jù)自然發(fā)火隱患分析，掘進(jìn)巷道在松散煤體中掘進(jìn)，易形成漏風(fēng)通道，具備供氧條件，煤體極易氧化而自燃。在巷道掘進(jìn)期間必須采取以下綜合性的防滅火措施防治煤炭自燃。

2.1 防滅火注膠安全技術(shù)措施

（1）C9301 軌道及運(yùn)輸順槽所有遺留煤柱區(qū)域及煤柱前后按要求噴漿。噴涂完畢后，施工區(qū)隊(duì)負(fù)責(zé)在噴漿范圍的頂部及兩幫各均勻打設(shè)兩排注膠孔，每排孔與孔之間的間距不大于3 m，然后安設(shè)長度為2 m 的注膠管（注膠管采用DN20 或DN15鋼管，管口加工螺紋），注膠管外漏約15cm，注膠管與煤壁之間的縫隙用黃泥封堵嚴(yán)實(shí)，注膠管管口用舊風(fēng)筒布包裹。注膠管安設(shè)完成后，壓注水泥水玻璃膠體或水玻璃凝膠，原則上注膠量以管路起壓為準(zhǔn)，頂幫漏膠嚴(yán)重時(shí)停止壓注，根據(jù)實(shí)際注膠量可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

（2）正常掘進(jìn)期間（不包括以上區(qū)域）巷道防滅火注膠孔布置：巷道頂部及兩幫打設(shè)注膠孔，三花型布置，每掘進(jìn)3 架棚，按要求打設(shè)注膠孔，頂部與幫部注膠孔盡量交錯(cuò)布置。

① 巷道頂部注膠孔與兩幫相距0.5 m（誤差±200 mm），掘進(jìn)方向上仰60°～80°；幫部上部孔距頂板0.5 m（誤差±200 mm），下部孔距底板向上約1.3～1.5 m，角度上仰30°～45°。以上孔距及角度可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

② 注膠孔打設(shè)完畢后幫部安設(shè)長度為2 m 的注膠管，頂部安設(shè)長度為3 m（頂煤厚度小于3 m 時(shí)長度按實(shí)際頂煤厚度進(jìn)行調(diào)整）的注膠管（注膠管采用DN20 或DN15 鋼管，管口加工螺紋），注膠管外漏不大于15 cm，注膠前注膠管管口用舊風(fēng)筒布包裹。根據(jù)現(xiàn)場情況對預(yù)先安設(shè)的注膠孔壓注水玻璃凝膠，原則上注膠量以管路起壓為準(zhǔn)，頂幫漏膠嚴(yán)重時(shí)停止壓注，根據(jù)實(shí)際注膠量可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。注漿管與煤體縫隙應(yīng)纏綁棉紗或用速凝水泥封堵。

③ 注膠工作滯后迎頭不得超過100 m。

注漿工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 井下移動(dòng)注膠工藝流程圖

2.2 噴涂LFM 封堵漏風(fēng)安全技術(shù)措施

如圖2 所示，C9301 兩順槽迎頭后巷道頂幫全部進(jìn)行噴涂（兩幫底部可裸幫0.5 m），噴涂順序從外向里逐段進(jìn)行。噴厚以覆蓋煤體為宜（正常情況不小于30 mm，對片幫嚴(yán)重的區(qū)域，噴漿厚度不小于10 cm），噴涂作業(yè)滯后迎頭不大于50 m。

圖2 LFM 輕型防滅火材料工藝連接圖

2.3 空洞區(qū)域充填防滅火安全技術(shù)措施

C9301 兩順槽在松散煤體中掘進(jìn)，頂、幫局部有空洞，易蓄熱，存在自然發(fā)火隱患。為保證防滅火安全，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，決定在巷道空洞區(qū)域充填LFM 等輕型材料，具體安全技術(shù)措施如下：

（1）C9301 兩順槽掘進(jìn)期間，遇到漏頂情況，漏頂高度超過0.5 m 時(shí)，鋪設(shè)雙抗網(wǎng)或風(fēng)筒布、木板等，以便于下一步充填LFM 輕型充填材料或其他充填材料。

（2）噴涂、充填LFM 輕型充填材料時(shí)可使用氣動(dòng)隔膜泵或注膠泵。

（3）冒高較高時(shí)，也可根據(jù)實(shí)際采用袋裝黃土、矸石，特殊情況下采用袋裝碎煤充填，然后壓注充填材料封堵漏風(fēng)通道。

（4）充填工作滯后迎頭不得超過100 m。施工單位負(fù)責(zé)將充填孔從外向里進(jìn)行編號(hào)管理并建立臺(tái)賬，詳細(xì)記錄孔的具體位置及充填量。

（5）空洞體積較大，造成充填材料跑漏嚴(yán)重時(shí)，為便于固結(jié)，可先對空洞區(qū)域外部噴涂LFM 噴涂性材料。噴涂前根據(jù)空洞具體狀況預(yù)埋注膠管，待固結(jié)后再進(jìn)行防滅火充填。

2.4 固化頂板及幫部安全技術(shù)措施

（1）正常掘進(jìn)期間巷道在松散煤體中掘進(jìn)，頂板頻繁出現(xiàn)抽冒，不利于松散煤體防滅火管理，需采取長鉆孔大流量進(jìn)行注漿來固化頂板。頂板固化注漿孔布置如下：

① 巷道頂部及兩幫打設(shè)注漿孔，頂部布置兩個(gè)注漿孔，頂部注漿孔距幫0.5 m（誤差±200 mm），掘進(jìn)方向上仰20～30°；幫部兩側(cè)各布置一個(gè)注漿孔，幫部注漿孔距棚梁下0.5 m（誤差±200 mm），向迎頭方向與幫部呈20～30°。

② 注漿孔打設(shè)完畢后幫部安設(shè)長度為6～10 m的注漿管，頂部安設(shè)長度為6～10 m 的注漿管（注漿管采用DN25 鋼管，管口加工螺紋），注漿管外漏不大于15 cm，注漿前注漿管管口用舊風(fēng)筒布包裹。根據(jù)現(xiàn)場情況對超前注漿孔壓注粉煤灰、水泥-水玻璃或水玻璃膠體，原則上注漿量以管路起壓為準(zhǔn)，頂幫漏漿嚴(yán)重時(shí)停止壓注，根據(jù)實(shí)際注漿量可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

③ 九采區(qū)施工巷道超前固化頂板、兩幫也可采用速爾固（型號(hào)FIX-101Y）有機(jī)煤巖體加固材料。此材料由雙組分物質(zhì)在低溫條件下以1 ∶1 的體積比混合反應(yīng)生成，專用于加固煤礦或坑道破碎巖層。材料被注入后能迅速滲透細(xì)微裂縫，膨脹加固，利用其本身和煤巖體的連接及粘固特性，使之成為一個(gè)整體，增加煤巖層的固性和支撐力。

（2）在巷道幫部打設(shè)管棚撞楔進(jìn)行加固，防止幫部在施工過程中漏冒嚴(yán)重，存在蓄熱及漏風(fēng)條件。

（3）施工區(qū)隊(duì)合理計(jì)劃實(shí)施注漿工作及打設(shè)管棚撞楔，若現(xiàn)場注漿固化效果較好，可隨注隨掘，掘進(jìn)進(jìn)度不得超過頂板固化范圍以達(dá)到固化頂板及加固幫部目的。

2.5 均壓防漏風(fēng)安全技術(shù)措施

（1）在南翼回風(fēng)大巷三號(hào)聯(lián)絡(luò)巷施工調(diào)節(jié)風(fēng)窗，增加阻力，降低采區(qū)的壓差。在九采東一號(hào)進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷施工調(diào)節(jié)風(fēng)窗，增加阻力，降低兩順槽附近的壓差。

（2）C9301 巷道掘進(jìn)期間應(yīng)做好穩(wěn)定通風(fēng)系統(tǒng)、做好各采空區(qū)均壓情況的排查與治理，減小采空區(qū)漏風(fēng)強(qiáng)度。

（3）由于九采區(qū)原密閉施工質(zhì)量參差不齊，密閉封閉效果差，通巷工區(qū)利用U 形壓差計(jì)檢測密閉墻內(nèi)外壓差情況，如發(fā)現(xiàn)變化劇烈立即匯報(bào)通防領(lǐng)導(dǎo)，根據(jù)壓差變化情況采取噴漿、壓注封堵材料、增加密閉墻氣密性等綜合措施，進(jìn)一步均衡相鄰采空區(qū)通風(fēng)壓力。

（4）全面考慮巷道開拓布局、巷道長度、原采空區(qū)分布范圍、遺留老巷、局部通風(fēng)等具體情況，通過合理設(shè)置控風(fēng)設(shè)施，調(diào)整周圍相關(guān)巷道的實(shí)際過風(fēng)量，保證施工巷道及相鄰采空區(qū)合理均壓，減少漏風(fēng)，防止通風(fēng)壓力不均衡造成采空區(qū)漏風(fēng)強(qiáng)度增大。

（5）揭露及封閉老巷前后，安排瓦檢員檢查與老巷相連通的密閉墻的壓差，做好記錄并相互對比，判斷老巷與進(jìn)回風(fēng)巷道是否連通，并匯報(bào)通防領(lǐng)導(dǎo)，以便采取相應(yīng)的措施封堵裂隙，減少漏風(fēng)強(qiáng)度。

3 結(jié)論

通過防滅火方案的實(shí)施提高了C9301 軌道及運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間的防滅火管控力度，消除了巷道掘進(jìn)期間松散煤體發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)，避免了掘進(jìn)期間發(fā)生自燃而影響施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了松散煤體中掘進(jìn)期間的防滅火安全。