易自燃厚煤层综采放顶煤综合防灭火技术探析

文/刘韵

易自燃厚煤层综采放顶煤综合防灭火技术探析

文/刘韵

煤炭自燃是矿井重要灾害之一。当采空区浮煤具备良好的漏风供氧和蓄热条件时，会造成采空区浮煤自燃，危及工作面的正常开采，烧损设备，冻结大量的煤炭资源，甚至会导致井下火灾和瓦斯爆炸等事故的发生，造成大量人员与财产的损失，是矿井安全生产的重大威胁。本文就冀中能源股份有限公司葛泉矿东井易自燃厚煤层综采放顶煤综合防灭火技术进行了探析。

一、煤层概况及综放工作面自然发火的原因

葛泉矿东井所采9＃煤层属倾斜和急倾斜特厚煤层，煤层倾角在17°~50°之间，煤层厚度达4.5m~6m。煤层具有高硫低磷，高挥发分的特点。煤层自然发火期为33天。采煤方法采用倾向长壁倾斜后退式综采放顶煤，一次采全高全部垮落法回采。矿井通风方式为中央并列抽出式通风，采煤工作面通风方式为“u”型通风，后退式开采。

由于9#煤层属新开煤层，含硫量较高自然发火现象较为严重，其自燃原因主要有：

1．采空区遗煤率较高。由于煤层平均厚度达5.78m，回采工艺上选用综采放顶煤采煤法，从而在初采和末采阶段造成了大量的煤炭损失，工作面采空区底板和立体空间均有遗煤的存在。且采空区内的遗煤多为破碎煤，空气能够在煤体中流动并扩散，使工作面采空区自燃危险程度增加。

2．采空区漏风。工作面采用后退式U型通风方式，在采空区形成了以进风巷为漏风源、以回风巷为漏风汇的并联漏风系统，为采空区内的漏风带和自燃带遗煤提供了连续供氧条件。

3．蓄热环境良好。采用综采放顶煤技术，致使遗煤的堆集厚度大，破碎粒度多样，具有良好的蓄热环境。

4．工作面推进速度较慢。因两巷维护、更换维修设备、防治水底板注浆加固等原因，使9＃煤层部分工作面，如1192初采面平均月推进度仅为40m，为采空区内遗煤氧化聚热提供了时间。

5．9#煤层为高含硫自然发火煤层，煤层平均含硫量达4.18%。硫对煤具有氧化促进作用，因此增加了煤炭自燃倾向性，客观上缩短了煤层自然发火期。

二、厚煤层综放工作面自然发火的对策

煤层自然发火的影响因素较为复杂，只有采取综合防灭火措施，才能有效预防煤层自燃，实现安全生产。

1．合理确定综采工作面的推进速度，阻止采空区煤炭自然发火

葛泉矿东井在9#煤层1190工作面采空区内沿工作面倾向布置3个测点（对束管和取气样探头进行特殊保护），对采空区内的气体成分进行长期监测。其中，1号测点距巷帮2m，距底板1.5m；2号测点距下顺槽30m，距底板30cm；3号测点距巷帮0.5m，距底板1.5m。分别在工作面的运料巷与运输巷敷设100m左右的束管。这样，随着工作面的推进，取样位置将逐渐深入采空区内，可采集出采空区以内不同位置处的气体变化情况。具体布置如图1所示。

图1气体监测系统图

根据1190工作面推进速度和采空区气体成分实测结果，绘出采空区各点氧气浓度随工作面推进的变化曲线，根据葛泉矿东井煤自燃期及根据气体组分中氧气浓度的下降变化与对应的工作面切顶线距埋管处距离的分析，得出了1190综放面采空区自燃“三带”的范围，见表1。

表1 1190综放面采空区自燃“三带”的范围

根据采空区自燃“三带”的范围，对1190工作面得出以下结论：

（1）散热带的宽度为14～22m，1190工作面的推进速度一般为2～3m/d，即工作面推进7～10天后，采空区进入了自燃带的范围。

（2）根据煤层最短自然发火期tmin和工作面的推进速度，可计算出工作面在最短自然发火期内的推进距离L0，即L0=tmin*v0

式中，V0为设计工作面推进速度或实际工作面平均推进速度（m/d）。

综放面采空区内自燃带的最大宽度L小于L0的区域，浮煤不会发生自燃。自燃带的最大宽度大于L0的区域，浮煤有可能发生自燃，采空区内长度L—L0的区域即为采空区氧化自燃危险区域。

根据采空区自燃带的最大宽度和煤层实际最短自然发火期，可推算出工作面安全推进速度：

当工作面的推进速度v≥vA时，采空区浮煤就不会发生自燃。对于1190综放面，工作面的临界推进速度为：

式中：L—自燃带的最大宽度，m；LA—散热带的宽度，m；LB—自燃带的宽度，m；T—最短发火期，d。

因此，根据采煤工作面配风量和负压情况，只要葛泉矿东井工作面回采推进速度＞39m/月，采空区内一般不会发生自燃。

2．合理确定黄土灌浆参数，有效预防煤层发火

葛泉矿东井具有一套完善的防灭火灌浆系统，该系统由制浆、输浆管路网和灌浆点组成，灌浆用水为矿井废水。灌浆管网延伸到每一个采煤工作面，灌浆能力达24万m3/a。由于采用综采放顶采煤方法，开采强度加大，加之倾斜煤层条件限制，只能采用边采边灌的灌浆方法。经过多年来对边回采边灌浆的不断探索与实践，得出：采空区防灭火注浆管路与工作面距离为30米时为最好灌浆时间。其灌浆量0.2m3/t为最佳，在达到灌浆量后，恰好能起到堵漏降温预防自然发火作用。这已成为采用灌浆防灭火方法必须参考的重要指标。

3．做好堵漏风和防灭火预测工作是防灭火工作的一道重要防线

做好工作面采空区堵漏风工作是防止采空区浮煤自然发火的关键点和落脚点。预测预报工作是对堵漏工作成败的补充和防灭火综合措施效果的检验，也是防灭火工作的最后一道防线，对防灭火工作起着十分重要的作用。

90%的工作面采空区自然发火是由于采空区漏风造成，虽然采取预防灌浆、合理控制采煤工作面推进速度等措施可防止发火。但只要有老巷封闭不严、钻孔未封堵和采空区抽放等隐蔽漏风通道，连续向采空区供氧，仍然会引起采空区很快自燃。

为了防止自然发火，一要对老巷封闭严密，并将密闭墙内通过灌浆封闭密闭墙，彻底堵死密闭墙漏风；二要将不用的观测孔、灌浆孔和泄水孔封堵死；三要定期检查可能通向采空区的所有老巷、钻孔等，防止封堵好的密闭墙、钻孔压垮造成漏风；四要采用人工经常检查和束管检测系统定期分析检查CO气体等联合手段，如出现CO气体就要全面检查漏风通道，并采取相应措施进行封堵。

华北地区下组煤多为高硫煤，自然发火期短，且开采下组煤时需大量实施堵水工程，工作面推进缓慢，进一步增大了采空区自燃威胁。葛泉矿东井作为河北省国有重点煤矿开采下组煤的第一家矿井，综合、全面、合理应用与落实易自燃厚煤层综采放顶煤工作面综合防灭火技术，实现安全生产，将对华北地区老矿区开采下组煤层具有重大示范作用。

（作者单位：山西冀中能源矿业有限责任公司）

（责任编辑：周琼）