閆秀軍

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

自然發(fā)火是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，因此預(yù)防并提高此類煤層防滅火技術(shù)顯得尤為重要[1-5]。山西焦煤集團(tuán)官地礦8#煤層28417 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭冒落、破碎后遺留在采空區(qū)內(nèi)，且煤柱側(cè)以及進(jìn)風(fēng)側(cè)存有漏風(fēng)現(xiàn)象，若工作面的拆除時間超過30 d，此處煤炭極易發(fā)生自燃。通過改變原有工作面拆架工藝技術(shù)，有效消除工作面收尾拆架封閉期間的自然發(fā)火隱患。

1 礦井概況

山西焦煤集團(tuán)官地礦設(shè)計能力為330 萬t/a。經(jīng)測定，礦井絕對瓦斯涌出量為91.67 m3/min，相對瓦斯涌出量為13.61 m3/t，屬高瓦斯礦井，建有地面高、低濃度集中瓦斯抽放泵站。礦井采用平硐～斜井聯(lián)合開拓方式，井田內(nèi)共布置有10 個井筒（6 個進(jìn)風(fēng)井、4 個回風(fēng)井），井田內(nèi)分南、中、北三條石門大巷延伸劃分為南部、中部、北部三個區(qū)域，逐步由淺向深、至上而下開采，采區(qū)內(nèi)條帶式布置工作面，采用傾斜長壁后退式回采?，F(xiàn)開采28417工作面正巷741 m，副巷689 m，切眼200 m，采用走向長壁后退式采9#煤放8#煤綜采低位放頂煤綜合機(jī)械化采煤方法。其中8#煤層總厚度5.85 m，9#煤層平均厚度3.21 m，煤層傾角 3°～20°。采9#煤時，采取跟頂跟底一次采全高，平均采高3.2 m，保證采高不高于3.50 m，不低于3.0 m（工作面布置如圖1所示）。開采煤層中8#煤層為Ⅱ類自然煤層，最短發(fā)火期89 d，且此煤層煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為20.14%。工作面正常生產(chǎn)期間，工作面及兩巷端頭噴灑阻化劑，注氮泵24 h 不間斷對28417 工作面采空區(qū)進(jìn)行注氮防滅火，要求氮氣濃度保持在97%以上，流量保持在870 m3/h，同時加強(qiáng)日常的預(yù)測預(yù)報工作。

圖1 28417 工作面布置示意圖

2 發(fā)火原因分析

28417 工作面拆架封閉期間發(fā)火原因綜合分析如下：

（1）架頂煤炭及網(wǎng)上煤炭氧化自燃

① 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭主要呈裂隙狀，其破碎程度在停采初期相對較小。隨著支架逐漸拆除，此處煤炭由于失去支撐力而逐漸冒落、破碎，此時當(dāng)風(fēng)流流經(jīng)該區(qū)域時，此處煤炭氧化自燃的可能性將大幅增加。若工作面的拆除時間超過30 d 時，此處煤炭極易發(fā)生自燃現(xiàn)象；

② 工作面在距停采線15 m 處需進(jìn)行鋪網(wǎng)以便安全拆除支架，此部分頂煤冒落破碎后將遺留在網(wǎng)內(nèi)，會在支架后方的采空區(qū)內(nèi)形成寬度約15～20 m、長度近似等同于工作面傾斜長度的破碎煤條帶。此時采空區(qū)漏風(fēng)會為此部分遺煤持續(xù)提供氧氣進(jìn)行持續(xù)氧化，同時封閉空間導(dǎo)致其氧化所產(chǎn)生熱量不易擴(kuò)散，因此，此部分遺煤極易發(fā)生自燃現(xiàn)象。

（2）采空區(qū)漏風(fēng)增加

① 在開采作業(yè)中，由于上下巷道煤柱的支撐作用，在靠近煤柱側(cè)存有未冒實的三角漏風(fēng)帶，特別是進(jìn)風(fēng)側(cè)受風(fēng)流沖擊作用會使得大量風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，為采空區(qū)遺煤自燃提供了連續(xù)供氧條件。此處風(fēng)流對采空區(qū)內(nèi)“三帶”影響范圍最深，這是綜放工作面極易發(fā)火的主要原因；

② 工作面進(jìn)行拆架期間，由于支架頂部煤炭失去支撐力后會冒落堆積到切眼處，導(dǎo)致原有通風(fēng)斷面將逐漸縮小，此處局部通風(fēng)阻力大幅增加，此時風(fēng)流會擴(kuò)散到采空區(qū)內(nèi)部，采空區(qū)漏風(fēng)量增加使得“三帶”寬度增大，最后導(dǎo)致采空區(qū)后方停采線與采空區(qū)約50 m 之間范圍內(nèi)的遺煤極易發(fā)生氧化自燃。

3 新拆架工藝技術(shù)應(yīng)用及效果分析

3.1 新拆架工藝技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)工作面支架拆除時，常采用副巷拆架運輸、正巷回風(fēng)的方式。此種拆架工藝必須在工作面支架拆除后，在掩護(hù)支架后部及時加打“#”型木垛，才能確?；仫L(fēng)通道暢通。此種拆架工藝所需時間過長，為采空區(qū)遺煤提供了較長的氧化時間，導(dǎo)致發(fā)火風(fēng)險增大。經(jīng)對傳統(tǒng)拆架工藝進(jìn)行改進(jìn)，可有效降低發(fā)火風(fēng)險，具體技術(shù)如下：

（1）在工作面切眼40#支架（約60 m）處預(yù)先施工一條回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，將此巷作為正、副巷出架時的回風(fēng)通道。

（2）工作面采用正、副巷同時拆架方式，其中1#～38#支架經(jīng)工作面正巷拆出，39#～135#支架經(jīng)工作面副巷拆出。具體為：工作面首先拆除第一個支架（40#支架），然后將39#支架作為副巷拆架方向木垛架，依次往外進(jìn)行拆架，同時將38#支架拆除后作為正巷拆架方向木垛架，依次往外進(jìn)行拆架。

（3）在28417 正巷皮帶頭20 m 處安裝兩臺功率為22 kW 的局部通風(fēng)機(jī)，對正巷拆架處進(jìn)行供風(fēng)；在距28417 副巷口20 m 處安裝兩臺功率為30 kW的局部通風(fēng)機(jī)，若發(fā)生副巷拆架處頂板垮塌，造成回風(fēng)通道堵塞時，立即啟用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)進(jìn)行拆架。拆架期間，28417 工作面通風(fēng)系統(tǒng)如圖1。

（4）正巷處1#～38#支架拆除完畢后，提前在正巷口構(gòu)筑永久密閉，對正巷進(jìn)行永久封閉，從而消除工作面自然發(fā)火隱患；而副巷（39#～135#）拆架處由于支架數(shù)量多，拆架工作相對滯后，需繼續(xù)利用全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行供風(fēng)拆架；待副巷拆除完畢后，在副巷口構(gòu)筑永久密閉，對工作面進(jìn)行徹底封閉。工作面拆架完畢封閉后通風(fēng)系統(tǒng)如圖2。

3.2 效果分析

此次28417 工作面收尾拆架采用正、副巷同時進(jìn)行拆架作業(yè)，且在拆架過程中，工作面在拆除1#～38#支架時，不需要在掩護(hù)架后部架設(shè)木垛維護(hù)通風(fēng)斷面，減少工人的勞動強(qiáng)度，使得工作面拆架速度加快。同時，工作面在拆除1#～38#架時采用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，與全負(fù)壓“U”型通風(fēng)系統(tǒng)相比可以減少后部采空區(qū)漏風(fēng)。此法大幅度減緩了工作面遺煤氧化速度，迫使采空區(qū)遺煤提前由氧化帶進(jìn)入窒息帶。工作面1#～38#架拆除完畢后，正巷可以提前施工永久密閉，實現(xiàn)分段提前封閉，這將有效抑制其自燃發(fā)火的可能性。經(jīng)現(xiàn)場對CO 濃度實時監(jiān)測，回撤后期回風(fēng)流CO 濃度由常規(guī)拆架工藝時的60～80 ppm 降低到10 ppm 以下，后期所測濃度均降到《煤礦安全規(guī)程》要求范圍內(nèi)，使CO 濃度顯著下降。

圖2 28417 工作面拆架期間通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

圖3 28417 拆架工作面封閉后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

4 結(jié) 論

（1）通過對8#煤層自燃特性以及28417 工作面發(fā)火原因分析，改變了傳統(tǒng)工作面支架拆除方式，采用正、副巷同時出架回撤，同時合理調(diào)整、優(yōu)化了原有拆架時的通風(fēng)方式，有效減緩了遺煤的氧化速度。

（2）經(jīng)對回撤后期回風(fēng)流中CO 濃度實時監(jiān)測，其濃度均降低到安全范圍內(nèi)，防滅火效果顯著，有效地抑制了煤層自然發(fā)火現(xiàn)象，使得采空區(qū)遺煤提前由氧化帶進(jìn)入窒息帶。