露天开挖法在治理浅埋藏采空区煤层自燃火区中的应用

沈少波,吴玉国,邬剑明

(1、太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024；2、朔州煤矿安全监察局，山西 朔州 036006)

露天开挖法在治理浅埋藏采空区煤层自燃火区中的应用

沈少波1,吴玉国2,邬剑明2

(1、太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024；2、朔州煤矿安全监察局，山西 朔州 036006)

分析了露天开挖法、黄土覆盖法和钻孔注浆等灭火方法的灭火工程和灭火效果,确定了采用露天开挖法对浅埋藏采空区自燃煤层火区进行灭火，并在三家窑煤矿进行了应用。实践表明,露天开挖火区法在治理浅埋藏采空区自燃煤层火区中，具有施工简单、灭火效果好、且能回收火区中的残煤,具有较好的经济效益和推广价值。

自燃煤层；露天开挖；火区治理

1 火区概况

三家窑煤矿位于朔州市平鲁区井坪镇东20 km的下面高村西，主要可采煤层为4号、9号煤层。由于煤层露头广泛出露，煤层易自燃、厚度大，且小煤矿的乱采乱挖，造成全井田范围内有3个高温自燃火区分布在井田东侧、中部和东北侧的4号煤层采空区，火区总面积为166350 m2。

2 灭火方法选择

根据煤田内火区的特征、范围、燃烧深度、地形条件等，可能采用的灭火方案分述如下：

2.1 地表黄土覆盖将火区加以隔绝

利用黄土充填覆盖火区的地表裂缝、塌陷坑，使火区达到封闭状态，从而断绝火的通风供氧通道，使火区窒息熄灭。其特点是施工速度较快，施工后火区外观形象好。覆盖灭火对火区发展具有一定的控制作用，但由于火源没有消除，火区仅仅被黄土“捂”了起来，火区熄灭要经过相当漫长的过程。

其优点是简单易行；缺点有地形复杂，地下塌陷，裂隙及采空区纵横交错时，黄土覆盖难以达到彻底隔绝的预期效果；火区残留资源不能回收。针对本矿来讲，此种灭火方案并未根除火区对下部矿井的安全威胁。

2.2 地面钻孔灌浆直接灭火

通过裂缝灌浆和在地表按照一定的间隔向火区煤层打钻孔，将一定比例的黄泥浆灌进着火煤层，阻断火区供氧通路，进而阻止燃烧，降低火区温度，使火区逐步窒息熄灭。其特点是不受火区面积大小、火源深度等条件限制，施工灵活，效果较好，但由于灌入火区的泥浆流向无法控制，泥浆不一定按预想到达着火体，针对性不强，浆液流失量大，灌浆效率低。

其优点是速度快、灭火工程本身安全；能够取得灭火、防火双重效果。缺点是该地区水资源缺乏，取材困难；工艺较为复杂；火区范围较大，其间地下塌陷，裂隙及采空区纵横交错，效果差，难以彻底根除火源；火区残留资源不能回收。此灭火方案不能彻底根除火区对下部矿井的威胁，并且火区裂隙与下部矿井沟通易产生 “溃浆”，对矿井构成新的威胁。

2.3 剥离挖除在燃体，根除火源

在火区范围内自上而下分台阶地面开挖，超前注水，降低燃体温度，挖除火体。其特点是灭火效果彻底，但施工工艺复杂，前期投资大，适用条件较强，火源必须埋藏较浅，火区发展速度较慢。在严重缺水、缺黄土情况下，采用地面开挖剥离灭火方法比较合适；挖出的残煤，不仅可以抵补投资，而且还可以回收宝贵的煤炭资源。其缺点是工程量较大，工期较长。其优点是施工使用的中小型挖掘机、自卸卡车、推土机等设备社会上闲置较多，容易租用，可依托社会力量；使用水和黄土量较小，施工准备简单；灭火彻底，火区内灼热体、燃烧体和所有可燃物质可全部挖出，能彻底解决火区对下部矿井的威胁；在灭火的同时，可以回收残煤。

综上所述，根据火区地质资料分析，该矿的着火煤层4号煤层埋藏浅，厚度较大，采空区较多且分布又不清楚，且地表范围内无其它重要建筑，比较适合采用露天开挖灭火。

3 露天开挖灭火施工

本次灭火采用露天剥离方式实施灭火工程。3个火区划分为1个治理区。在火区范围内采用自上而下分台阶剥离，挖除着火体，回收残煤的方式，灭火工程后期，采用黄土覆盖煤层露头，最后采用内排方式回填剥离坑。

3.1 施工工序

注水降温→上覆土、岩层开挖剥离→排渣→火区残煤回收及运输→黄土封堵坑底边界煤层露头→回填平整剥离坑→黄土覆盖→绿化。

3.2 开挖沟布置

治理区拉沟位置布置在治理区的北部边界东西方向“一”字形拉沟，工作线向南推进；根据治理区的自燃煤层实际赋存情况，采用沿4号煤层底板降深。工作面最大高度10m，岩石采掘带宽度8m，煤层采掘带宽度8 m，剥离台阶最小工作平盘宽度32 m，采煤台阶最小工作平盘宽度50 m，台阶坡面角为60o。

3.3 施工设备

剥离采用单斗-卡车工艺，选用2.0 m3～2.5 m3液压反铲14台、32t自卸卡车74台、KQ150型钻机3台、3m3装载机4台。

3.4 运输系统布置

灭火工程采用公路运输方式。剥离物采用自卸卡车由水平工作线经移动坑线通过矿山公路运往排土场；残煤采用自卸卡车由坑内采煤工作面经移动坑线通过矿山公路道路运至储煤场。

3.5 外排与内排相结合的排土系统布置

治理区外排土场布置在治理区的东部，外排土场容量为534.2万m3；具备内排条件时，剥离物全部内排。

3.6 防排水系统布置

灭火工程采用地表截水与坑内排水相结合的防排水方式。在火区境界外设防洪堤，坑内最低处设集水坑，采用移动泵站外排。

3.7 灭火标准

灭火工程达到 《煤田火灾灭火规范》（试行）规定的熄灭标准。即：地表着火征状消失；观测孔内气体温度、CO浓度、O2浓度全部呈持续下降趋势，持续时间不少于6个月，观测孔内气体温度稳定在70℃以下、CO浓度稳定在100 PPm以下、O2浓度稳定在7%以下。

3.8 火区监测方法

灭火工程的火区监测按 《煤田火灾灭火规范》（试行）规定执行。设立火区监测专业组，负责火区监测工作，在灭火工程施工前3个月开始监测，施工期间定期监测，灭火工程验收后继续定期监测1a。

3.9 灭火工期

灭火工程总工期2 a，其中剥离工程工期1 a，后期监测期1a。

4 结论

对于浅埋藏采空区自燃煤层火区治理，由于其燃烧时间长、面积大、废巷道多且已引起地面塌陷并形成大量与地表贯通的裂隙;因而适宜于采用露天开挖火区法进行灭火。采用露天开挖火区法灭火时,在火区范围内采用自上而下分台阶剥离，挖除着火体，回收残煤的方式。灭火工程后期，采用黄土覆盖煤层露头，最后采用内排方式回填剥离坑，并覆土绿化。实践表明,露天开挖火区法在浅埋藏采空区自燃煤层火区治理中，具有较好的经济和社会效益,值得推广应用。

[1]王文才，李忠东.露天开挖火区法在浅地表自燃煤层火区灭火中的应用[J].内蒙古科技大学学报.2007,26(4).

[2]王成.露天煤矿大面积火区灭火方法[J].露天采煤技术,2002,22(5).

[3]李三红.论采空区煤层自燃的灭火方法[J].中州煤炭,2005,(02).

[4]吴海.乌达煤田灭火方法简述[J].内蒙古煤炭经济,2008,(03).

[5]刘宝龙,周俊峰.煤田地面灭火方法的探讨[J].露天采矿技术,2005,(02).

The Applications of Strip Mining in the Mined-out Shallow Buried Coal Seam with Spontaneous Combustion Fire Zone Control

SHEN Shao-bo1WU Yu-guo2,WU Jian-ming2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024;2.Shuozhou Coal Safety Inspecting Bureau,Shuozhou Shanxi 036006,China)

It is determined to take strip mining to govern the mined-out shallow buried coal seam with spontaneous combustion fire zone,by comparing the strip mining,loess covering and the drilling hole slurry-injection in the aspects of fire extinguishing effect and resilience,which is applied in San Jiayao Coal Mine,Shuozhou,Shanxi Province.The strip mining has a remarkable economic result,is worth extensively spreading,because of the simplicity of the construction,completely of the fire extinguishing effect and recycling the remnant coal in the fire zone.

Coal Seam of Spontaneous Combustion,Strip Mining,Fire Zone Control

TD75+3

A

1672-5050（2010）01-0074-03

2009-11-20

沈少波(1971—），男，山西长治人，在读工程硕士，高级工程师，从事煤矿安全监察工作。

刘新光