高瓦斯易自燃综放面采空区火与瓦斯综合防治

2013-05-05刘金龙陈志平

采矿技术 2013年2期

刘金龙，陈志平

（铁法煤业（集团）有限责任公司大兴煤矿，辽宁调兵山市 112700）

0 引言

铁法能源公司大兴矿N2706综放面倾斜长度为150m，煤层平均厚度为10m，工作面采用综采放顶煤回采，U型通风，工作面风量为1200～1500 m3／min，回采煤层为长焰煤，其最短发火期为20d左右，为一级易自燃发火煤层，工作面绝对瓦斯约为40～60m3／min，为高瓦斯工作面，大兴矿N2706处于高瓦斯、易自燃条件下开采，矿井安全生产受到严重威胁。本文以大兴矿N2706综放面为工程背景，提出了一套高瓦斯易自燃厚煤层综放面采空区火与瓦斯综合防治技术措施，为同类矿山及工作面瓦斯及火灾综合防治提供参考。

1 采空区火与瓦斯综合防治技术

大兴矿N2706综放面火与瓦斯共存，安全隐患较严重。根据经验，由于瓦斯问题每天都存在，而火的问题要积累到一定程度才显现，因此矿井一般都将重点放在治理瓦斯上，在治理瓦斯时无限地加大工作面的风量和采空区瓦斯的抽放量，使采空区的氧化带宽度加大，使采区浮煤达到其自然发火期而氧化自燃，采空区火灾的发生，又易导致采空区瓦斯爆炸，其结果既防不了瓦斯，又防不了火。为此，综放面瓦斯治理与防火必须统筹考虑，既要使工作面瓦斯不超限，又必须使采空区浮煤在其自燃发火期未到时进入采空区窒熄带［1－2］。为了达到这个目标，必须采用防火防瓦斯综合策略。

1.1 采空区防火策略

（1）综放面回采过程中充填河砂。综放面开采前，预先由运回顺向开切眼前三角点、开切眼内各埋设一趟Φ108mm充填管路，工作面回采老顶初次来压（30～50m）冒落后，利用预先埋设的管路向开切眼存在的一条近似三角形断面的空间内充填河砂，封堵漏风通道，并且对附近的浮煤湿润降温。工作面回采期间，根据采空区自燃发火危害程度，工作面每推进10～40m，对前、后三角点架后采空区进行一次水砂充填封堵。对于火成岩侵入区段可以根据侵入的范围在架间埋管，一般推进5～10m开始充填。

（2）三相泡沫法预防综放工作面采空区自燃发火技术。选择在回风顺槽铺设管路，同时向采空区预埋注浆管，出口留在采空区易出现自燃发火隐患处，主要是在回采工作面开切眼后三角点、停采线、火成岩侵入及运回顺采空区空间等处［3］。

（3）工作面喷浆控制漏风技术。在工作面停止推进时，可沿工作面支架进行架间喷浆、下隅角空间喷浆。

（4）综采放顶煤工作面采空区体积大，浮煤多，而且呈立体分布，无论是黄泥灌浆，还是注凝胶、注阻化剂，都不可能将采空区所有的浮煤都包裹，因此对采空区的浮煤采用降温、阻化防止其自燃是不现实的，唯一有效的方法就是降低浮煤所处区域的氧含量［4－5］。为此，选择氮气防灭火技术为本综放面采空区主要防灭火技术。因N2706工作面没有消火道，不适合选用采空区钻孔注氮。工作面风量1300 m3／h，其采空区冷却带范围超过了20m，而超过20 m容易将拖管拉断，因此不适合采用拖管注氮，注氮为开区注氮，采空区进风侧埋管，以2台氮气流量为1000m3／h的制氮机连续注氮，由运顺预先向采空区每推进30m埋入一趟直径108mm钢管，随着工作面推进埋入采空区20m开始注氮，进入70m停止，保持两趟108mm钢管持续向采空区20～70 m范围的漏风带和氧化带内注氮气，如图1所示。

图1 采空区埋管注氮、充填布置示意

1.2 综放面采空区瓦斯防治措施

综放面瓦斯治理与防火必须统筹考虑，既要使工作面瓦斯不超限，又要防止不合的瓦斯抽放引起采空区大量漏风，使浮煤氧化自燃发火［6－7］。为了达到这一目的，采用多重瓦斯道瓦斯抽采技术，回采前采取密闭引管抽采，改变采空区漏风流场分布，因瓦斯道相对采面同步前移，形成稳定可靠的控制瓦斯涌出状态措施，工作面瓦斯治理以低位瓦斯巷抽采瓦斯为主，中位瓦斯巷、底板瓦斯巷和地面钻孔抽采为辅。

1.2.1 低位瓦斯巷抽采瓦斯

如图2所示，低位瓦斯巷沿煤层顶板掘进，位于煤层底板以上8m，内错于工作面回风顺槽10m，由于低位瓦斯巷离工作面上隅角较近，而且处于上隅的上方，因此其强大的抽采负压能将上隅角及附近的瓦斯抽走，具有抽放负压大、浓度高和不受周期来压影响的特点，而且其强大的负压对采空区氧化带影响不大，有利于防火，因此工作面瓦斯防治以低位瓦斯巷抽采瓦斯为主，其方法为：必须将低位瓦斯巷一直掘到工作面开切眼上方，使工作面初采时就和瓦斯巷冒通。由于工作面推过联络巷时瓦斯巷不起作用，因此瓦斯巷可不设联络巷与回顺连通。瓦斯巷抽采布置为：在内错瓦斯抽放巷与联络巷交叉处以里2m地方打一道密闭，闭面及周边喷浆，在闭的中上部设置Φ500mm瓦斯抽放管1根，抽放管伸入闭内5～8m，闭外抽放软管上设置Φ10mm取气支管，长度为0.2m，在闭的中上部还设置Φ50 mm观察取气管1个。闭外的抽放管与矿井抽放系统管路联接，利用瓦斯抽放泵通过Φ500mm管道抽放内错瓦斯抽放巷的瓦斯。

图2 低位瓦斯抽采瓦斯巷示意（单位：m）

计算得出工作面的绝对瓦斯涌出量为50～60 m3／min，工作面回风顺槽风量为1300m3／min，可风排10m3／min瓦斯，还剩40m3／min的瓦斯需抽走，故取∑Q为40m3／min。计算出需要的瓦斯抽放泵的最大容量为320m3／min，故选2台流量为200m3／min的瓦斯抽放泵并联运行抽采低位瓦巷瓦斯。由于抽采瓦斯流量很大，为了保障抽放效率，瓦斯抽采管路直径应大于500mm。但是在抽采瓦斯时，应注意瓦斯巷所对应的工作面支架不要架前冒顶，否则，大量风流漏入瓦斯巷后，会引起瓦斯浓度降低。如果低位瓦斯巷抽采工作面瓦斯达到最优，则这一抽采瓦斯措施就可防止工作面瓦斯超限。

1.2.2 中位瓦斯巷抽采瓦斯

如图3所示，中位瓦斯巷位于煤层顶板以上约20m的位置，抽采裂隙带的高浓度瓦斯。如果低位瓦斯巷抽不到高浓度的瓦斯，则有可能工作面回顺风流中的瓦斯浓度要超限，此时应进行中位瓦斯巷和低位瓦斯巷同时抽采工作面瓦斯，中位瓦斯巷抽采瓦斯主要是防止工作面风流中瓦斯超限，低位瓦斯巷抽采工作面瓦斯主要是防止工作面上隅角瓦斯超限。

1.2.3 地面垂直采空区立孔抽采瓦斯技术

煤层开采前，通过地面向采空区钻进立孔，终孔目标为开采层冒落带顶部，即瓦斯浓度较高、受漏风影响较小区域，待工作面推过立孔进入微风积聚中浓带后开始抽采，截留高浓瓦斯涌向漏风影响较大区域，控制瓦斯涌入工作面，提高瓦斯抽采回收利用量。抽采周期长、瓦斯浓度高、回收量大。在抽瓦斯时应遵循：多抽采空区冷却带，少抽采空区氧化带，不抽采空区窒息带的抽采原则。