田向紅，張照允，孫 冰

（兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東 濟(jì)寧 272100）

1 概 況

防治煤層自然發(fā)火就是與大自然作斗爭，綜放面防滅火工作主要是在煤層最短自然發(fā)火期內(nèi)的治理工作。以煤氧復(fù)合理論為理論依據(jù)，一般將采煤工作面采空區(qū)劃分為自然發(fā)火“三帶”，分別為散熱帶（0～20 m）、氧化帶（20 ～60 m）、窒息帶（60 m 以上）。根據(jù)采空區(qū)漏風(fēng)流速劃分：散熱帶的流速大于0.24 m/min；氧化帶的流速在0.24～0.1 m/min；窒息帶的流速小于0.1 m/min。根據(jù)氧氣濃度劃分：散熱帶的氧氣濃度大于18%～19%；氧化帶的氧氣濃度在5%～19%之間；窒息帶的氧氣濃度小于5%。

采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”的劃分是防范采空區(qū)自然發(fā)火的重要基礎(chǔ)，根據(jù)煤層自然發(fā)火的條件可以看出，煤炭的自然發(fā)火一般發(fā)生在氧化帶。運(yùn)用綜合防滅火措施治理氧化帶，可以增強(qiáng)防滅火措施的針對(duì)性，提高礦井防滅火的效果，有效預(yù)防綜放面自然發(fā)火的發(fā)生，對(duì)預(yù)防采空區(qū)的自然發(fā)火及保障綜放面的安全生產(chǎn)具有非?，F(xiàn)實(shí)的重要意義。

興隆莊煤礦的自然發(fā)火期一般為3～6 個(gè)月，而B4328 工作面的自然發(fā)火期經(jīng)鑒定最短為28 d，依據(jù)“三帶”原理，如果28 d 的時(shí)間內(nèi)綜放工作面未推進(jìn)60 m，采空區(qū)內(nèi)就存在自然發(fā)火的風(fēng)險(xiǎn)。B4328 綜放工作面走向長203.8～218.0 m，實(shí)際完成回采時(shí)間4 個(gè)月，平均月推進(jìn)速度50～54 m，因此，針對(duì)存在的自然發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)，通過五大綜合防滅火技術(shù)的實(shí)踐和創(chuàng)新，確保了B4328 的安全順利推進(jìn)。

2 綜合防滅火技術(shù)的再實(shí)踐

2.1 大面積采空區(qū)化整為零的再實(shí)踐

大面積采空區(qū)由多個(gè)回采工作面采空區(qū)組合而成，此類采空區(qū)漏風(fēng)通道多，產(chǎn)生組合火點(diǎn)的可能性較多，較難治理。通過回采工作面周邊相鄰的采空區(qū)留設(shè)大煤柱，對(duì)沿空巷道進(jìn)行注漿充填等措施，將采空區(qū)隔絕成為單一獨(dú)立的采空區(qū)，可有效避免大面積采空區(qū)多火點(diǎn)的產(chǎn)生。

興隆莊煤礦B4328 工作面位于四采區(qū)下部，西南部為4328 采空區(qū)，西北部為4326 采空區(qū)，東南為設(shè)計(jì)停采線與B4328 運(yùn)煤巷相鄰，東北部為實(shí)體煤。工作面軌順緊鄰四采下部集軌巷連通B4326 采空區(qū)。

通過運(yùn)順側(cè)及切眼后部留設(shè)大煤柱，對(duì)B4326運(yùn)煤巷進(jìn)行注漿充填，使B4328 采空區(qū)成為單一獨(dú)立的采空區(qū)。

圖1 B4328 工作面大煤柱留設(shè)示意圖

2.2 采煤面快速堵漏風(fēng)技術(shù)的再實(shí)踐

2.2.1 快速堵漏風(fēng)技術(shù)

通過在B4328 綜放面進(jìn)、回風(fēng)隅角每隔30 m 施工一道隔離垛；在四采下部集軌巷、B4326 運(yùn)煤巷等連通采空區(qū)的巷道端頭施工閉墻；對(duì)隔離垛及閉墻噴涂高分子材料SFT 等措施實(shí)現(xiàn)采空區(qū)快速堵漏風(fēng)的目的。

2.2.2 夾心閉注膠技術(shù)的創(chuàng)新

1）夾心閉注膠技術(shù)的由來。綜放面在回采35 d后回風(fēng)隅角及回風(fēng)流指標(biāo)氣體有升高跡象，通過在綜放面進(jìn)、回風(fēng)隅角施工隔離垛，對(duì)B4326 運(yùn)煤巷及四采下部集軌巷閉墻加固并噴涂賽福特后，回風(fēng)流指標(biāo)氣體依然沒有明顯下降趨勢，經(jīng)過分析研究說明綜放面采空區(qū)依然存在漏風(fēng)通道，對(duì)B4328 堵漏風(fēng)措施進(jìn)行排查如下：①進(jìn)、回風(fēng)隅角施工隔離垛，并噴涂賽福特后，短時(shí)間內(nèi)漏風(fēng)情況得到有效抑制，回風(fēng)流氣體指標(biāo)應(yīng)有明顯下降變化；②B4326 運(yùn)煤巷與四采下部集軌巷交接處施工1 m 厚磚閉（圖2閉墻三），且B4326 運(yùn)煤巷地理位置西低東高，通過對(duì)B4326 運(yùn)煤巷不間斷壓注粉煤灰漿進(jìn)行充填，經(jīng)注漿量測算，漏風(fēng)概率較??；③四采下部集軌巷通過B4326 運(yùn)煤巷與B4328 軌順內(nèi)段聯(lián)通，四采下部集軌巷與采空區(qū)間有內(nèi)外兩道閉墻，因四采下部集軌巷北高南低，無法進(jìn)行注漿充填。

經(jīng)分析，在工作面正常推進(jìn)數(shù)十米后，因周期來壓等地質(zhì)變化導(dǎo)致B4326 運(yùn)煤巷與軌順面口施工的閉墻（圖2 閉墻三）產(chǎn)生裂隙等漏風(fēng)情況，且四采下部集軌巷外閉正對(duì)全風(fēng)壓進(jìn)風(fēng)，使四采下部集軌巷與采空區(qū)存在明顯漏風(fēng)通道。

分析后決定，在四采下部集軌巷閉墻（圖2 閉墻二）外1 m 處再施工一道板閉并噴涂高分子堵漏材料賽福特，施工完畢后，回風(fēng)隅角及回風(fēng)流指標(biāo)氣體有所下降并穩(wěn)定在一個(gè)區(qū)間內(nèi)，但效果并未達(dá)到預(yù)期，指標(biāo)氣體仍然存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)兩閉之間壓注凝膠，回風(fēng)隅角及回風(fēng)流指標(biāo)氣體下降并穩(wěn)定在安全可控的區(qū)間范圍內(nèi)。

圖2 B4328 工作面閉墻位置示意圖

2）夾心閉注膠技術(shù)。綜采工作面推進(jìn)過程中，在進(jìn)風(fēng)隅角間隔3～5 m 施工2 道隔離垛或封閉巷道口間隔1～3 m 施工2 道磚（板）閉，對(duì)隔離垛或板閉內(nèi)進(jìn)行注膠充填，有效隔絕氧氣進(jìn)入采空區(qū)，防止采空區(qū)煤層自然發(fā)火的發(fā)生。

3）進(jìn)風(fēng)隅角夾心隔離垛注膠技術(shù)實(shí)踐運(yùn)用中存在的問題及探索。B4328 綜放面的實(shí)際運(yùn)用中，在進(jìn)風(fēng)隅角間隔10 m 施工2 道隔離垛，對(duì)2 隔離垛間壓注凝膠。通過2 次壓注發(fā)現(xiàn)：①進(jìn)風(fēng)隅角斷面較大，施工2 道隔離垛需耗費(fèi)大量的人力導(dǎo)致近距離施工難度大；②因2 道隔離垛間間距10 m，充填量較大，小蘇打和水玻璃在運(yùn)輸過程上時(shí)間影響較長。

以上問題使得進(jìn)風(fēng)隅角的夾心隔離垛未能及時(shí)充實(shí)，導(dǎo)致堵漏效果未達(dá)到預(yù)期。經(jīng)實(shí)踐探索通過以下幾項(xiàng)措施達(dá)到夾心隔離垛快速堵漏風(fēng)的預(yù)期效果。

1）完善綜放面注膠系統(tǒng)，鋪設(shè)注膠管路，實(shí)現(xiàn)水玻璃遠(yuǎn)距離供液。

2）有計(jì)劃的提前準(zhǔn)備小蘇打等注膠物資。

3）隔離垛施工前，準(zhǔn)備好充足的打垛物料，將2道隔離垛間距控制在3～5 m 內(nèi)。

圖3 注膠充填技術(shù)示意圖

2.3 采空區(qū)惰化技術(shù)的再實(shí)踐

采空區(qū)惰化技術(shù)就是通過持續(xù)對(duì)采煤工作面進(jìn)風(fēng)隅角、沿空封閉巷道、采空區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道等壓注氮?dú)獾亩杌煽諈^(qū)氣體環(huán)境的防滅火技術(shù)。

B4328 綜放工作面回采50 d（推進(jìn)45 m）時(shí)，開始對(duì)進(jìn)風(fēng)隅角及四采下部集軌巷持續(xù)交替壓注氮?dú)?。在向采空區(qū)注氮時(shí)，注氮量及注氮濃度是影響采空區(qū)惰化效果的關(guān)鍵。通過向B4328 采空區(qū)壓注氮?dú)獾膶?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)注氮過程中影響有效注氮量的關(guān)鍵在于注氮管路積水的排出，其他影響因素包括注氮管路的長短、沿線門簾拐彎的數(shù)量等。

以B4328 向進(jìn)風(fēng)隅角注氮為例，剛開始注氮時(shí)，地面注氮機(jī)出口流量為600 m3/h，井下注氮管路末端的流量為90 m3/h，經(jīng)過2 d 持續(xù)不斷的對(duì)綜放面至地面注漿站沿線管路進(jìn)行反復(fù)排查及測量氮?dú)饬魉?，發(fā)現(xiàn)尤其是門簾處、低洼處、拐彎處的管路積水對(duì)氮?dú)饬魉儆绊戄^大，通過排出這些特定地點(diǎn)的積水，注氮流量迅速達(dá)到200 m3/h。

除此之外，地面注氮機(jī)與綜放面的距離也是影響注氮流量的一項(xiàng)重要因素，興隆莊煤礦地面注氮設(shè)備配套的空壓機(jī)的作用是將注氮機(jī)分離出的氮?dú)馔ㄟ^注氮管路壓向綜放面，地面注氮機(jī)至綜放面的距離為4 000 m，距離較遠(yuǎn)，加之中間管路存在較多的拐彎和起伏變化，管阻較大，實(shí)際注氮流量在180～240 m3/h 之間。

2.4 液態(tài)CO2 防滅火技術(shù)的再實(shí)踐

液態(tài)CO2的防滅火技術(shù)就是對(duì)氣體監(jiān)測產(chǎn)生異常的采空區(qū)或連接采空區(qū)的封閉巷道內(nèi)壓注液態(tài)C02的防滅火技術(shù)。

B4328 綜放面在回采50 d 時(shí)綜放面的回風(fēng)流及回風(fēng)隅角指標(biāo)氣體異常升高，B4326 運(yùn)煤巷內(nèi)的指標(biāo)氣體在隨后的一周時(shí)間指標(biāo)氣體持續(xù)升高，且在一周后的取樣報(bào)表中產(chǎn)生了微量的乙烷乙烯，通過移動(dòng)液態(tài)CO2罐車對(duì)進(jìn)風(fēng)隅角以及B4326 運(yùn)煤巷壓注液態(tài)CO2，壓注完成后，B4326 運(yùn)煤巷的指標(biāo)氣體在12 h 以內(nèi)迅速回落到安全可控范圍內(nèi)，B4328 回風(fēng)流及回風(fēng)隅角的指標(biāo)氣體在48 h 后恢復(fù)正常值。

圖4 B4326 運(yùn)煤巷氣體變化趨勢圖

圖5 B4326 運(yùn)煤巷閉墻內(nèi)氣體情況

結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐得出以下使用移動(dòng)液態(tài)CO2罐車壓注安全注意事項(xiàng)：

1）移動(dòng)液態(tài)CO2罐車運(yùn)輸方式及線路的選擇。液態(tài)CO2釋放后膨脹約560 倍，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)輸過程中應(yīng)盡量控制運(yùn)輸速度；運(yùn)輸線路上清除一切可能有接觸的車輛及障礙物；嚴(yán)禁出現(xiàn)碰撞及劇烈搖晃等情況。

2）必須派專人押運(yùn)移動(dòng)液態(tài)CO2罐車，運(yùn)輸前必須檢查罐車所有管接頭是否牢靠，閥門位置是否正確，確認(rèn)安全法、壓力表閥、液位計(jì)閥處于接通狀態(tài)，其他閥為關(guān)閉狀態(tài)。在運(yùn)輸過程中應(yīng)機(jī)廠觀察檢查容器內(nèi)的壓力，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并妥善處理。當(dāng)壓力表讀數(shù)接近安全閥排放值前，應(yīng)將罐車運(yùn)輸至進(jìn)風(fēng)巷道及人員較少的空曠處，打開放氣閥，進(jìn)行排氣卸壓。卸壓前，操作人員必須佩戴專用的勞動(dòng)防護(hù)用品，人員不得正對(duì)出氣口；卸壓時(shí)，必須注意冷態(tài)氣體形成的白霧不能影響其他人員及車輛安全。

3）壓注管路的選擇及安全注意事項(xiàng)。移動(dòng)液態(tài)CO2罐車與采空區(qū)連通所用管路必須為大于3 寸以上鋼管，壓注前必須仔細(xì)各檢查管路連接部位是否密封牢靠。壓注過程中，管路沿線不得有人員停留，應(yīng)對(duì)移動(dòng)液態(tài)CO2罐車到采空區(qū)的涉及范圍拉警戒線并派專人看守。

2.5 綜放面調(diào)壓技術(shù)的再實(shí)踐

通過給綜放面升壓的方式，使采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體被控制在采空區(qū)范圍內(nèi)。

B4328 回風(fēng)隅角指標(biāo)氣體升高后，通過在四采下部集運(yùn)巷施工板門控制回風(fēng)量，使得B4328 面實(shí)現(xiàn)增壓，煤層自然氧化產(chǎn)生的有毒有害氣體有效控制在采空區(qū)內(nèi)部。

通過B4328 綜放面每日的指標(biāo)氣體取樣化驗(yàn)報(bào)表匯總分析發(fā)現(xiàn): 綜放面升壓只能在自然發(fā)火初期短時(shí)間內(nèi)對(duì)采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體起到壓制作用，升壓的過程必然會(huì)使采空區(qū)內(nèi)的氧氣濃度增高，對(duì)采空區(qū)內(nèi)遺煤產(chǎn)生助燃作用，使得采空區(qū)內(nèi)遺煤的自然氧化速度加快，氧氣的消耗速度也在增加，繼而導(dǎo)致綜放面的壓力逐漸回復(fù)平衡，采空區(qū)存在自然發(fā)火的風(fēng)險(xiǎn)，且伴隨著有毒有害氣體進(jìn)入回風(fēng)流影響沿線人員的生命安全。

3 取得的效果

興隆莊煤礦B4328 綜放面綜合防滅火技術(shù)的實(shí)踐與創(chuàng)新使得B4328 綜放面安全順利回采，有效保障了人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全；使得防治煤層自然發(fā)火的效率更高、效果更穩(wěn)，為今后煤層自然發(fā)火防治積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和借鑒意義。防滅火技術(shù)應(yīng)用過程中在施工安全措施方面的創(chuàng)新和優(yōu)化，使得煤層自然發(fā)火防治過程中安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低，人員的生命健康安全得到了有效保障。

4 結(jié) 論

綜合防滅火技術(shù)的應(yīng)用不是單一獨(dú)立的，在防治煤層自然發(fā)火的過程中，文中闡述的五大防滅火技術(shù)是相輔相成，綜合運(yùn)用的。興隆莊煤礦B4328 綜放面的防滅火技術(shù)的實(shí)踐與創(chuàng)新，給作者感受最深的是防滅火工作不是一成不變的，面對(duì)不同的地質(zhì)條件、更加復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境等因素，需要通過對(duì)防滅火技術(shù)不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐、探索和應(yīng)用，在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷深化細(xì)節(jié)和技術(shù)創(chuàng)新，使防治煤層自然發(fā)火的防滅火技術(shù)向著效率更高、效果更穩(wěn)的方向發(fā)展和進(jìn)步。