衛(wèi)志敏

（山西汾西礦業(yè)集團正新煤焦有限責任公司， 山西 沁源 046500）

煤層自燃是礦井煤炭回采面臨的主要災害類型之一，煤層自燃不會產(chǎn)生有毒有害氣體，嚴重時甚至伴隨瓦斯、煤塵爆炸等災害，威脅井下作業(yè)人員安全[1-2]。隨著礦井綜合機械化設備的應用推廣，采面推進速度不斷增加、采空區(qū)內(nèi)遺煤量有所減少，因此采面正?；夭蓵r采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃風險相對較低。但是在綜采設備回撤期間，由于生產(chǎn)停滯，采空區(qū)內(nèi)遺煤在漏風作用下會持續(xù)氧化，從而自燃風險較高[3-7]。因此，在綜采工作面設備回撤期間采取針對性措施對采空區(qū)遺煤自燃進行防治可在一定程度上提高綜采設備回撤安全保障能力。文中以山西某礦9605 超長綜采工作面為工程實例，對綜采設備回撤期間采取的采空區(qū)遺煤自燃防控技術進行探討，以期為其他礦井類似情況下的采空區(qū)遺煤防滅火工作開展提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

9605 綜采工作面回采的9#煤層埋深平均530 m，煤層厚度平均為2.68 m，為自燃發(fā)火煤層（自燃發(fā)火期介于33～120 d），采面回采過程中揭露有24 條斷層，受地質構造影響，采空區(qū)內(nèi)遺留一定的煤炭，現(xiàn)場統(tǒng)計得到9605 工作面煤炭綜合采收率為85%。工作面設計走向1 320 m、傾斜長度為328 m，采面屬于超長綜采工作面，采用傳統(tǒng)的U 型通風方式，推進速度平均4.8 m/d。正常情況下采面供風量為680 m3/min，采空區(qū)內(nèi)漏風量平均38 m3/min。通過對采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度進行測定，初步判定采空區(qū)內(nèi)散熱帶、氧化帶以及窒息帶寬度分別為采空區(qū)后方0～28 m、28～57 m、57 m 以內(nèi)。

采面推進至停采線后，受到進風巷側漏風、工作面內(nèi)液壓支架數(shù)量多、設備回撤周期長等因素綜合影響，采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火危險性顯著增加，給液壓支架回撤帶來顯著的安全威脅。

2 采空區(qū)遺煤自燃防控技術措施

截止到2020 年6 月21 日，9605 綜采工作面已停采接近20 d，期間共回撤10 臺液壓支架，其中還剩余217 架，為了確保液壓支架安全回撤，提出采用束管監(jiān)測對采空區(qū)氣體成分進行探測，并通過堵漏、降溫等綜合措施進行采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火治理。

2.1 采空區(qū)氣體成分監(jiān)測

在9605 綜采工作面停采后即安排專業(yè)人員對工作面進風、回風隅角以及回風流中氣體成分進分析，當發(fā)現(xiàn)氣體成分存在異常時則及時采取治理措施。將束管監(jiān)測系統(tǒng)引入到采空區(qū)氣體成分測定中，每天循環(huán)測定一次，并做好記錄，當發(fā)現(xiàn)異常及時上報并預計預案采取治理措施。

2.2 采空區(qū)封堵

在液壓支架頂梁后鋪設風筒布減少采空區(qū)內(nèi)漏風量。在與停采線相距20 m 位置處，在液壓支架頂梁上鋪設風筒布、鋼絲網(wǎng)等減少漏風。在現(xiàn)場使用的風筒布規(guī)格為330 m×21 m，在末采期間通過風筒布將回撤空間與采空區(qū)間相隔離，可起到有效降低采空區(qū)漏風率目的。具體在液壓支架上風筒布鋪設情況見下頁圖1 所示。

圖1 液壓支架上風筒布鋪設示意圖

2.3 采空區(qū)惰化

1）使用液態(tài)二氧化碳降低采空區(qū)溫度。通過注入管路向采空區(qū)后方灌注液態(tài)二氧化碳，液態(tài)二氧化碳由液態(tài)向氣態(tài)變相過程中會吸收大量的熱量，從而迅速降低采空區(qū)內(nèi)溫度，同時二氧化碳變相過程中體積會膨脹560 倍，顯著降低采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度，從而使得原本屬于氧化帶的空間過渡到窒息帶。具體在采空區(qū)內(nèi)灌注液態(tài)二氧化碳裝置包括有CPW-20 型氣罐、罐體、平板車以及控制閥等構成，通過采面進風、回風巷頂板預留的措施孔、灌漿管路等向采空區(qū)內(nèi)灌注液態(tài)二氧化碳。

2）采空區(qū)灌漿。向采空區(qū)內(nèi)灌注的防滅火漿液包括主要為MEA 防火劑，具體MEA-1 防火滅劑、水、阻化劑等按照一定配比組成的膠體，具有保水性好、耐高溫以及密閉性強等優(yōu)點，可提高采空區(qū)內(nèi)阻燃效果。使用注漿泵通過預留的措施孔向采空區(qū)內(nèi)灌注MEA 防火劑，并優(yōu)先在采面133 號—168 號液壓支架頂板上灌注，終孔位置應在采空區(qū)遺煤較多位置。具體灌漿可依據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，并調(diào)整灌漿孔施工參數(shù)、數(shù)量。

2.4 防滅火效果分析

在9605 綜采工作面設備回撤期間，通過漏風點封堵、采空區(qū)注液態(tài)二氧化碳、灌注MEA 防火劑等措施后，采空區(qū)內(nèi)自燃發(fā)火標志性氣體濃度（質量分數(shù)）得以明顯降低，最終穩(wěn)定到36×10-6；在回撤空間內(nèi)未再監(jiān)測到CO。表明，通過采取針對性的采空區(qū)遺煤自燃防控技術后，架后采空區(qū)迅速由氧化帶進入到窒息帶，遺煤自燃問題基本得以控制。具體在液壓支架后方布置的各個測點獲取到的CO 濃度（質量分數(shù)）變化情況見圖2 所示。

圖2 測點獲取到的CO 濃度（體積分數(shù)）變化情況

3 結論

9605 綜采工作面開采的9#煤層具有自燃發(fā)火危險性，由于斜長達到328m，液壓支架回撤耗時較長，加之開采過程中受地質構造影響采空區(qū)內(nèi)遺煤量較大，從而使得綜采工作面在設備回撤期間采空區(qū)遺煤存在一定的自燃威脅。

依據(jù)工作面實際情況，從監(jiān)測監(jiān)控、減少漏風、降低采空區(qū)內(nèi)溫度以及氧氣濃度等方式進行遺煤自燃防控，具體措施為：在工作面液壓支架后方鋪設風筒布，將液壓支架回撤空間與采空區(qū)間隔開，從而減少采空區(qū)漏風量；通過預留的措施孔向采空區(qū)內(nèi)灌注液態(tài)二氧化碳，通過二氧化碳變相降低采空區(qū)內(nèi)溫度以及氧氣濃度；在遺煤量較多區(qū)域灌注MEA 防火劑，避免遺煤自燃。

現(xiàn)場應用后，采空區(qū)內(nèi)一氧化碳濃度最終控制在36×10-6以內(nèi)，綜采設備回撤過程中基本作業(yè)空間內(nèi)基本探測不到一氧化碳，現(xiàn)場取得較好的采空區(qū)遺煤自燃防控效果。