鄧寧寧

（山西焦煤汾西礦業(yè)正旺煤業(yè)，山西 孝義 032300）

0 引言

火災(zāi)是影響礦井煤炭開(kāi)采安全的主要災(zāi)害類(lèi)型，隨著煤炭高強(qiáng)度開(kāi)采的不斷持續(xù)，部分礦井淺部煤炭資源逐漸枯竭，煤炭開(kāi)采地質(zhì)條件更趨復(fù)雜，井下煤炭自燃發(fā)火影響更趨顯著[1-3]。特別是復(fù)雜地質(zhì)條件綜放開(kāi)采工作面在回采時(shí)，受地質(zhì)條件復(fù)雜、采空區(qū)遺煤量大等影響，給采面自燃發(fā)火防治工作開(kāi)展帶來(lái)更大挑戰(zhàn)[4-5]。山西某礦30509 綜放工作面為孤島工作面，采面三側(cè)均為采空區(qū)，采面回采礦壓顯現(xiàn)明顯，加之采空區(qū)遺煤量大、分布范圍廣，采面漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致采面防滅火難度較高。文中就30502 綜放工作面回采為工程實(shí)例，針對(duì)采面生產(chǎn)特點(diǎn)針對(duì)性提出防滅火技術(shù)措施，以期為其他礦井類(lèi)似孤島工作面防滅火工作開(kāi)展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

30509 綜放工作面是3 盤(pán)區(qū)最后一個(gè)回采工作面，采面東側(cè)、西側(cè)及南側(cè)均為回采完畢的采空區(qū)，北側(cè)為盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷保護(hù)煤柱。30509 綜放工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度1 250 m、傾向長(zhǎng)度250 m，回采的5# 煤層厚度均值5.52 m，埋深290 m，頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、砂巖以及炭質(zhì)泥巖為主。30509 綜放工作面設(shè)計(jì)采高3.8 m、放煤高度1.72 m，經(jīng)鑒定5# 煤層為Ⅱ類(lèi)自燃發(fā)火煤層，自燃發(fā)火期介于98～212 d。

30509 綜放工作面為孤島工作面，面臨采空區(qū)遺煤賦存復(fù)雜、范圍廣，采面推進(jìn)速度慢以及采空區(qū)漏風(fēng)通道復(fù)雜等問(wèn)題。30509 綜放工作面由于三面均為采空區(qū)，采面回采期間礦壓顯著，加之受開(kāi)采工藝影響，采空區(qū)遺煤范圍大、賦存條件較為復(fù)雜；采面保護(hù)煤柱在鄰近采面、本采面回采擾動(dòng)影響下，變形量較大、內(nèi)部裂隙擴(kuò)展，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)流場(chǎng)移動(dòng)復(fù)雜、漏風(fēng)通道多變；采面回采期間礦壓顯現(xiàn)顯著，回采巷道超前支護(hù)段變形嚴(yán)重，采面推進(jìn)速度較慢，導(dǎo)致采空區(qū)氧化帶內(nèi)遺煤蓄熱周期較長(zhǎng)，增大遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)。

2 孤島工作面綜合防滅火技術(shù)

30509 綜放工作面回采可分為初采、正常回采以及末采三個(gè)階段，三個(gè)階段防滅火有其自身的特點(diǎn)，下文就對(duì)各時(shí)期采取的防滅火技術(shù)進(jìn)行分析。

2.1 初采期間防滅火技術(shù)

初采期間主要通過(guò)在切眼周邊煤巖體中注入復(fù)合膠體，通過(guò)膠體充填破碎煤巖體內(nèi)漏風(fēng)類(lèi)型并增強(qiáng)煤巖體強(qiáng)度。在采面回采推進(jìn)過(guò)切眼后，強(qiáng)制放頂煤并向破碎煤體中壓注粉煤灰膠體，以便在采面兩側(cè)形成膠體隔離帶[15 m×10 m×8 m（長(zhǎng)×寬×高）]，通過(guò)膠體隔離帶減少采空區(qū)漏風(fēng)量。具體初采期間切眼位置注膠情況，如圖1 所示。

注膠鉆孔開(kāi)孔位于采面回采巷道頂板上，每個(gè)巷道均布置2 個(gè)注漿鉆孔，其中一個(gè)鉆孔位于巷道頂板位置、一個(gè)鉆孔位于巷道外幫距底板1 m 位置；回采巷道內(nèi)注膠鉆孔終孔均位于煤層底板上方6 m 位置。采面回采推進(jìn)過(guò)切眼后，即向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注膠。

在注漿前應(yīng)采用破碎煤袋封堵采面山下端頭支架后方空間，破碎煤袋應(yīng)接頂且封堵厚度在2m 以上。通過(guò)破碎煤袋封堵減少注漿過(guò)程中膠體外漏量，封堵嚴(yán)密后方可進(jìn)行注膠作業(yè)。具體上下端頭位置破碎煤袋封堵情況，如圖2 所示。

圖2 上下端頭位置破碎煤袋封堵示意圖

2.2 正?；夭善陂g防滅火技術(shù)

在30509 綜放工作面正?；夭善陂g，通過(guò)采取下述措施減少采空區(qū)漏風(fēng)量[6-8]：在采面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角位置懸掛擋風(fēng)簾；每推進(jìn)50～60 m 后在采面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角位置布置沙袋墻，墻體厚度為2 m 并在頂部留設(shè)灌漿膠管；隨著采面推進(jìn)采空區(qū)頂板垮落后與沙袋墻頂部接觸密實(shí)，之后通過(guò)設(shè)灌漿膠管向采空區(qū)內(nèi)注入膠體，從而在采空區(qū)沿進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽形成一定長(zhǎng)度的注膠隔離段；在進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽內(nèi)均布置切頂鉆孔，通過(guò)切頂實(shí)現(xiàn)頂板及時(shí)垮落，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)充填并減少端頭三角區(qū)懸空面積。

2.3 采面慢推或者臨時(shí)停采期間防滅火技術(shù)

2.3.1 采面慢推期間防滅火技術(shù)

在采面慢推期間為避免采空區(qū)以?xún)?nèi)自燃，采用注漿方式進(jìn)行防滅火。采面每推進(jìn)30 m，即在后部帶式輸送機(jī)靠近采空區(qū)側(cè)鋪設(shè)1 趟Φ108 mm 注漿管，從采面回采巷道內(nèi)向采空區(qū)上部、中部及下部區(qū)域注入粉煤灰膠體。注漿管按照30 m 間隔留設(shè)三通出漿口，出漿口出口處為長(zhǎng)300 mm 的花管，花管上花孔孔徑統(tǒng)一為15 mm；當(dāng)注漿管埋入到采空區(qū)10 m 后可開(kāi)始注漿，具體采面回采期間采空區(qū)內(nèi)注漿管布置情況，如圖3 所示。

圖3 采面回采期間采空區(qū)內(nèi)注漿管布置示意圖

2.3.2 暫時(shí)停采期間防滅火技術(shù)

當(dāng)30509 綜放工作面需要暫時(shí)停采時(shí)，為避免采空區(qū)遺煤自燃需采取下述防滅火技術(shù)措施：按照工作面生產(chǎn)安排，臨時(shí)停采前3 d 在采面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角位置施工沙袋墻并充填膠體，確保沙袋墻接頂，減少采空區(qū)漏風(fēng)量；采面暫時(shí)停采時(shí)由進(jìn)風(fēng)順槽頂板位置向采空區(qū)頂板施工注膠鉆孔，注膠量控制在150 m3以上；暫時(shí)停采期間采面供風(fēng)量減少50%，通過(guò)減少供風(fēng)進(jìn)一步降低采空區(qū)漏風(fēng)量，同時(shí)每班均安排專(zhuān)人對(duì)回風(fēng)隅角、采空區(qū)以及回風(fēng)巷內(nèi)氣體成分、風(fēng)量等進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理；若采面暫時(shí)停采時(shí)間較長(zhǎng)，則需綜合采用注氮、注漿措施，并通過(guò)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集采空區(qū)內(nèi)其他成分。

在采面暫時(shí)停采期間，受礦壓顯現(xiàn)影響采面護(hù)巷煤柱變形量增加、內(nèi)部裂隙擴(kuò)展，為避免通風(fēng)風(fēng)流進(jìn)入到30509 綜放工作面煤柱兩側(cè)采空區(qū)內(nèi)，在煤柱內(nèi)施工鉆孔并注入封堵材料封堵煤柱內(nèi)漏風(fēng)裂隙。鉆孔均垂直煤柱、開(kāi)孔點(diǎn)與底板間距1.6 m，注漿孔間隔3 m、孔深4 m，封孔深度2～3 m，具體鉆孔布置，如圖4 所示。

圖4 煤柱注漿鉆孔布置示意圖

2.4 采面設(shè)備回撤期間防滅火技術(shù)

30509 綜放工作面推進(jìn)至停采線后需回撤設(shè)備，在綜放設(shè)備回撤期間綜合采用減少采空區(qū)漏風(fēng)、注膠、減少供風(fēng)量、強(qiáng)化監(jiān)控以及減少綜放設(shè)備回撤耗時(shí)等方式進(jìn)行防滅火。

1）在采面綜放設(shè)備回撤時(shí)，在滿(mǎn)足防塵、瓦斯防治前提下，盡量減少采面供風(fēng)量，具體可將供風(fēng)減少至50%，必要時(shí)可采用均壓通風(fēng)技術(shù)進(jìn)一步減少采空區(qū)漏風(fēng)量；采用沙袋對(duì)進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角位置懸頂空間進(jìn)行封堵。

2）采面停采后，在進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角位置通過(guò)注入復(fù)合膠體構(gòu)建隔離帶，隔離帶寬度7 m、長(zhǎng)度12 m、高度4 m。

3）提高組織、管理水平，并盡量采用先進(jìn)的、機(jī)械化程度高的回撤設(shè)備，提高綜放設(shè)備回撤效率、減少設(shè)備回撤耗時(shí)。

4）強(qiáng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控，在綜放設(shè)備回撤時(shí)，需安排專(zhuān)人每班監(jiān)測(cè)采空區(qū)、回風(fēng)巷以及回撤通道內(nèi)氣體成分、溫度等，若發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)注膠防滅火。

5）完成綜放設(shè)備回撤后，及時(shí)施工防火密閉墻，并留設(shè)束管監(jiān)測(cè)孔、注膠管等。

2.5 防滅火效果分析

依據(jù)30509 孤島工作面特征、防滅火需要，在采面初采、正?；夭?、暫時(shí)停采以及末采期間制定針對(duì)性的防滅火技術(shù)措施。采面回采期間采用上述防滅火措施后，對(duì)回采各階段內(nèi)回風(fēng)流、回風(fēng)隅角以及采空區(qū)等位置溫度、氣體成分等實(shí)時(shí)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)各位置溫度、CO 濃度等均在合理范圍內(nèi)，未有遺煤自燃發(fā)火征兆?，F(xiàn)場(chǎng)采用防滅火技術(shù)措施后，孤島工作面遺煤自燃發(fā)火問(wèn)題得以較好的解決，實(shí)現(xiàn)了采面煤炭安全回采。

3 結(jié)語(yǔ)

30509 孤島工作面開(kāi)采范圍內(nèi)礦壓顯現(xiàn)明顯，煤柱在礦壓影響下裂隙發(fā)育導(dǎo)致鄰近采空區(qū)存在漏風(fēng)問(wèn)題，同時(shí)受綜放開(kāi)采工藝制約，采空區(qū)內(nèi)遺煤量較大、自燃發(fā)火防治難度較高。依據(jù)30509 孤島工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，通過(guò)采用砌筑沙袋墻、注膠、灌漿等措施進(jìn)行防滅火，并通過(guò)強(qiáng)化監(jiān)測(cè)提高防滅火預(yù)警能力。對(duì)30509 孤島工作面開(kāi)采各階段采用的防滅火技術(shù)措施進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采面在回采期間各位置溫度、CO 濃度均在合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)較好的防滅火效果。