高瓦斯采煤工作面底分层开采综合防火技术研究

2014-12-16郭厚洋肖峻峰

安徽建筑大学学报 2014年1期

郭厚洋，肖峻峰

（安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥 230601）

0 引言

采煤工作面底分层开采，采空区遗煤多，煤体松散漏风供氧条件易形成，使自燃条件更为有利［1］。同时，高瓦斯煤层为排放瓦斯增大风量，将扩大向采空区的漏风量和煤氧化自燃范围，增大采空区遗煤的氧化自燃危险性［2］。采煤工作面存在提高瓦斯安全性的同时也必将使自燃发火安全性降低；反之，降低自燃发火危险性同时又不能满足安全排放瓦斯的要求，容易两种安全隐患的顾此失彼的平衡，因此，研究高瓦斯煤层底分层开采防火技术十分必要［3－7］。

1 工作面概况

5111B11b工作面标高－660m～－720m，B11b煤层瓦斯压力1．4Mpa，自燃发火期为3个月，自燃等级为II级。煤层倾角22～24°，煤层厚度为3．0～5．6m，平均为4．3m。工作面为保护层工作面，分层开采。底分层走向长851米，倾斜长182米，采高3．5米，采用综合机械化走向长壁后退式回采，全部垮落法管理顶板。2010年9月10日开始回采，2011年4月收作。

5111B11b底分层工作面机巷内错7．0m，风巷内错3．0m，切眼内错底分层收作线14．0m。工作面走向长845m，倾向长140m，采高2．4m，采用综合机械化走向长壁后退式回采，全部垮落法管理顶板。2012年6月开始回采，2013年2月收作。图1为工作面底区回采期间平面图。

工作面火灾隐患为:因底分层回采工艺及运输联络巷多，造成遗煤较多，采空区漏风复杂，易引起煤层自燃发火。

图1 5111B11b工作面底区回采期间平面图

2 综合防火技术

2．1 工作面控风堵漏

针对5111B11b底分层通风系统复杂，封闭墙多，底区掘进时顶区尚未完全压实，存在漏风通道，进行通风系统能位测定，结果表明底区机巷入口能位比风巷出口能位高270～290Pa，形成底区机巷透过采空区向风巷漏风趋势。采取风巷回风侧建立调节风门提高风巷能位，减少漏风。

由于回采期间昼夜温差变化，大气压波动大，产生“呼吸效应”，存在自燃隐患，采取重新加固密闭墙，加强堵漏。同时，优化采面外围通风系统，进一步减小井下风门开闭对采空区影响，确保回采期间工作面通风系统稳定。

回采期间工作面初次来压后10m，工作面上下端头堆砌2m碎煤袋墙，如图2所示。随工作面回采，每间隔5～10m，工作面上下端头堆砌0．8m碎煤袋墙，减少工作面向采空区的漏风。

图2 采空区两道沙袋充填示意图

2．2 顶部采空区注胶分段隔离

底分层工作面煤火灾害防治的重点区域:底分层收作线、切眼、采空区周边、风巷和机巷遇到的断层和老巷及高冒区。采取顶部采空区注胶分段隔离防治自燃发火，具体措施如下:

（1）向底分层面收作线、切眼施工钻孔，灌注高分子胶体2000m3。

（2）向底分层工作面机巷和风巷遇到的断层对前后20m范围内加强喷浆厚度不得小于100mm，并在前后20m每隔10m施工共三组钻孔（全孔下1吋管），压注高分子胶体100m3／组。过老巷处前后20m喷浆厚度不得小于100mm，向老巷处施工（全孔下1吋管）钻孔压注高分子胶体100m3／处。

（3）每间隔不大于200m在底分层机巷和风巷内，向底分层机巷和风巷施工钻孔，一组两个钻孔（全孔下1吋管）压注高分子材料100m3，如图3所示。

图3 底分层掘进巷道打钻示意图

（4）巷道冒顶区及时打钻灌注高分子胶体充填堵漏（200m3／处），并进行喷浆处理，喷浆厚度不小于100mm。

2．3 工作面灌浆注氮

工作面回采期间机巷预留埋管注氮、风巷预留埋管灌浆。以灌浆为主，注氮为辅防治采空区自燃发火。具体的措施如下:1）采空区灌浆和架后洒浆添加复合胶体添加剂FCJ12提高浆液固水效果和质量，为采空区浮煤提供较好的散热环境；2）工作面推进速度减慢或过断层时，需对进、回风端头进行加密封堵沙袋墙，降低采空区漏风，并加大灌浆和架后洒浆量；3）工作面初次来压后，需对进、回风端头加密码砌煤粉袋进行封堵，并通过切眼处预留的灌浆管路大量灌注FCJ12复合胶体；4）工作面停采时，及时撤除工作面并封闭，同时，向停采线附近灌浆注氮或灌注二氧化碳。

图4 工作面日灌浆量随时间变化

图4、5上可以看出，5111（1）底分层工作面日灌浆量最大达64m3，平均55．1m3；日注氮量最大达9119m3，平均6821．9m3。通过向工作面灌浆和注氮，随采随灌，上、下隅角用阻燃抗静电编织袋装煤矸填实等综合措施有效抑制了采空区煤自燃。

3 防火效果

为保证工作面的正常安全生产，加快推进速度，自2012年6月份至2013年3月，月最大进尺为132．7m，最小进尺为70m，平均达到95m。同时加强回风流和回风隅角气体和温度监测，回风隅角布设“煤层火灾监测管”人工检测和采样分析（每天一次），并增加架间监测。其中气体监测CO、CH4、CO2、O2以及C2H4、C2H2等指标气体。

图6、7分别显示了自2012年6月5111（1）底分层工作面正常回采到收作结束期间工作面上隅角CO浓度（便携仪检测，便携仪检测结果大于比长管结果）和温度变化情况。5111（1）底分层工作面回采到收作结束期间，工作面上隅角可以检测出CO浓度在0 ～24ppm间变化，温度稳定在21～24C0间。由此可见，5111（1）底分层工作面上隅角CO不是来自采空区遗煤的自燃氧化，可能是上区段受采动影响顺裂隙漂移的CO。此外，5111（1）工作面、5111（1）风巷、5111（1）工作面上隅角埋管、5111B11b下架石门封闭墙、5111B11b下架石门束管等地点无论是比长管还是便携仪均未检测到CO，实现了工作面安全高效生产。