固庄煤矿15#煤自燃防治研究

2012-08-15张新怀周仲林

科学之友 2012年18期

张新怀，周仲林

（山西省固庄煤矿，山西阳泉 045060）

固庄煤矿井田位于沁水煤田的东北边缘，主采煤层15#煤（俗称丈八煤），煤层厚7 m，属中硬煤层，有自然发火倾向，煤层自然发火期为一年。在已采的一、二、五采区工作面均发生过采空区煤炭自燃现象，严重影响矿井安全生产，并且曾使丈八平硐停产，造成了巨大的经济损失。因此，在七采区设计时，从采区防火的角度进行了分析研究。

1 采空区自燃原因

采空区煤炭自燃的主要原因是：厚煤层综采放顶煤一次采全高的采煤法回采率低，采空区丢煤多，为煤炭自燃提供了物质基础；工作面回采完毕，采空区封闭不严，为煤炭自燃创造了有利条件；采区采用前进式工作面布置方法，更加扩大了采空区煤炭自燃的影响范围，加剧了采空区煤炭自燃的危害程度，使采区防火工作难度大大增加。

2 防治采空区自燃的设计方案

2.1 采区分南北两翼盘区工作面接替顺序后退式布置

二、三、五采区均采用单翼前进式工作面布置方式，实现了初期开拓工程少、基建投资省、工期短、投产快、见效早，缓解了初期投资资金紧张的状况。

前进式布置的弊端为先期工作面采完后仅能封闭该工作面进、回风系统，而通向该工作面的采区进回系统不能封闭，因而先期工作面无法切断给风途径，为采空区煤炭自燃提供了有利条件。一旦发生火灾后，有害气体会殃及整个采区，从而造成整个采区停产，并且火灾处理时不能采用封闭采区巷道的方式控制其影响范围，使火灾处理难度加大，严重影响安全生产。固庄煤矿15205工作面采空区着火后曾经殃及三采区，造成三采区停产。因此，在七采区设计时，要克服前进式布置的弊端，充分考虑防火因素，使采区具备完善的防灾应变能力，采区内工作面接替顺序后退式布置。南、北两翼盘区划分，只要准备出一翼即可进行回采，就可使固庄煤矿矿采掘衔接紧张的矛盾得到有效的缓解，工作面又实现了后退式布置，在每个工作面回采完毕时，能及时封闭工作面进、回风巷道，也能封闭采区进、回巷道。这大大增加了封闭的效果，即使一翼盘区发生火灾时也可以封闭整个盘区而不影响另一翼盘区的正常生产。

2.2 对工作面进行优化设计

厚煤层综采放顶煤一次采全高的采煤法一直是固庄煤矿的主要采煤方法。这种采煤法回采率低，采区丢煤多，但采区巷道系统简单，巷道掘进率低，回采巷道易于维护，回采面顶板便于管理，生产安全、高效，因此综采放顶煤一次采全高成为固庄煤矿主要的采煤方法。

2.2.1 工作面参数的优化

建立高产高效大型综采工作面。固庄煤矿二、三采区工作面长度为120～150 m，工作面推进长度为750 m左右，工作面长度短，完成采煤正规循环效率低、循环产量少，工作面搬家次数较多，不利于发挥综采高产高效的优势。由于二、三采区尺寸受九尺平硐和北大巷煤柱的限制，不能再作调整，故工作面推进长度只能限制在750 m左右。为了能充分发挥综采工作面高产高效的作用，把原四、七采区合并为一个采区进行新的规划，把工作面长度增加为180 m，工作面推进长度加大到1 600 m左右，这样可降低巷道掘进率，使单进度采煤能力加大，工作面搬家次数相对减少，大大提高了生产效率。这样，整个采区工作面化分的个数减少，采区煤柱、工作面间保留煤柱也大大减少，整个采区的煤炭回收率提高，也有利于防火。

2.2.2 设备的优化

固庄煤矿在五采区开始使用中位开天窗放顶煤液压支架，一直延用到二采区，收到了一定的成效，但是中位放顶煤液压支架煤炭回收率低，采空区丢煤多，极易着火，五采区15506、二采区15205采空区着火与其有极大的关系。设备更新时，开始用低位开天窗放顶煤液压支架。低位开天窗放顶煤液压支架提高了煤炭回收率，采空区丢煤少，减少了丢弃在采空区内的煤炭的自燃。

2.2.3 采空区防火优化

采空区着火已成为影响固庄煤矿安全生产的突出问题，减少采空区丢煤，防止丢弃在采空区内的浮煤的自燃已成为放顶煤开采的主要要求。为此可以采取以下5种防灭火措施：防止采空区漏风，减少供氧量；黄泥灌浆；阻止剂防火；均压通风防火；加快工作面推进速度，减少采空区空气流动，防止采空区内浮煤氧化。

2.2.4 采空区封闭方案

针对采空区防灭火措施，设计时主要从工作面回采完毕采空区封闭分析以下两种方案。

方案一：封闭段巷道沿煤层底板布置。进风顺槽和回风顺槽均从七采皮带巷开口沿煤层底板布置，尾巷从七采回风巷开口沿煤层顶板布置，进、回顺槽巷道顶、帮均为煤，顶、帮易容破碎，产生裂隙，巷道极封闭后，极易漏风。

方案二：封闭段巷道沿煤层顶板布置。进、回顺槽均从七采皮带巷开口后，由煤层底板爬到煤层顶板预留封闭段位置后，再下坡找到煤层底板沿煤层底板正常掘进，尾巷仍从七采回风巷开口沿煤层顶板布置。这样布置优点：封闭段巷道顶板为岩石顶板，封闭效果相对较好。缺点：为了满足回风支架运输及进风皮带铺设和运转的要求，封闭段预留煤柱多，回采率低；巷道忽上忽下，施工难度大；运输设备投入多，需要投入的绞车溜子多；运输环节复杂，不利于运输，影响安全生产。

随着全煤巷道锚网支护新技术的推广应用，煤巷支护效果得到了很大的改观：工作面巷道由原矿工钢棚改为锚杆、锚索、W钢带、金属网联合支护；巷道由过去的被动支护改为主动支护，保持了巷道顶板与两帮的完整性，裂隙减少，防止了漏风，为封闭采空区创造了有利条件；封闭段巷道沿煤层底板布置，封闭效果明显改善。鉴于封闭段巷道沿煤层顶板布置的弊端大不再考虑这种方案，所以提出了封闭段巷道仍沿煤层底板布置，如果巷道顶帮完整，直接封闭巷道；如果巷道顶、帮破碎，裂隙发育时，挑顶找到煤层顶板后再封闭巷道。

2.2.5 工作面间煤柱加固

工作面间煤柱的合理选择对采空区防火、防水起到至关重要的作用。实践证明，采空区着火与工作面间煤柱漏风有一定的关系，固庄煤矿在五采区、二采区工作面间煤柱为30 m，工作面顺槽采用矿工钢棚支护，支护效果差，上一个工作面采完时，相邻工作面在回采期间压力大，煤柱破碎，造成采空区漏风。因此，在七采区设计时，工作面间煤柱尺寸在不变的情况下，巷道采用锚网支护，在煤柱两帮加打帮锚杆，必要时加打帮锚索，起到加固煤柱的作用，保持了煤柱的完整性，从而有效地防止了采空区漏风。