厚煤层工作面停采期间自然发火的防治技术

摘 要：具有自燃倾向性的厚煤层，其工作面在停采过程中极易出现煤层自然发火隐患。针对出现煤层自然发火隐患的问题，提出并实施采空区灌浆、注氮，工作面支架后冒落裂隙注MEA新型凝胶，局部高冒处注罗克休高分子材料的综合防灭火技术，消除了厚煤层工作面停采期间的自然发火隐患，确保了易燃煤层采煤工作面的安全生产。

关键词：易燃煤层；采煤工作面；自然发火隐患；综合防灭火技术

1、工作面概况

安徽淮南矿业集团潘一矿是一座设计年产量为300万吨的大型现代化矿井，该矿煤层自然发火期均为3～6月，为一级自然发火矿井。

2631（3）走向长壁采煤工作面位于矿井西三采区，工作面标高-569.7～-599.5m，工作面走向长度827m，倾斜长度189m，煤层产状较平缓，煤层倾角8°～11°，地质构造较简单。工作面沿走向由西向东煤层原始瓦斯含量逐渐增大，为6.9～10.3m3/t，回采期间相对瓦斯涌出量为26～32.8m3/min，工作面采用高抽巷和本煤層顺层钻孔抽采，抽采量20～27.5m3/min。煤尘具有危险性，爆炸指数37.7-46.3%。该面上风巷与2621（3）采空区之间留有3m煤柱，通风方式为“U”型上行负压通风，工作面正常回采期间风量1430m3/min，停采期间控制在风量800m3/min。工作面布置如（图一）所示。

该面停采期间在采空区测出CO气体，其中96架测点CO浓度达到了130ppm，上隅角和60架测点浓度达到40ppm，但整个工作面及回风流没有烟雾和CO气体。上述征兆表明工作面采空区已存在自然发火隐患。

2、自然发火隐患点位置判定及原因分析

准确判定自然发火隐患点位置，是有效，快速消除的关键。自然发火隐患出现后，根据CO气体涌出特征、采空区漏风特征及近段工作面生产状况等对隐患点位置进行综合分析、判定。

根据该工作面60架出现CO气体，且96架CO气体浓度明显高于其两侧，结合采空区漏风轨迹、CO气体扩散运动规律、工作面96架地质构造情况，初步判定为工作面下半部局部架后采空区遗煤出现自燃隐患。

造成自然发火隐患的原因除煤层自身具有极易自燃的特性外，主要是因为工作面回采时，架后顶煤塌落，疏松程度增大，触氧面和吸氧条件由弱变强，氧化速率加快后释放的热量积聚。工作面正常推进时，采空区遗煤未来得及充分氧化就被埋入窒息带中，一旦工作面停采，正常蓄热环境遭到破坏，碎煤氧化速率加快后释放的热量将越积越多，最终产生自然发火隐患点。另外，由于工作面停采时，现场上下风巷作业影响既定预防措施的正常实施，也是导致隐患产生的原因之一。

3、治理措施

1）采空区注氮惰化。根据采空区采空区漏风轨迹，利用下隅角预埋的两路Φ100mm铁管向采空区连续进行注氮，稀释采空区漏风中的氧气，削弱氧化能力。

2）采空区灌黄土泥浆。从上风巷预埋的两路灌浆管路向采空区灌注从地面灌浆站输送的黄土泥浆（泥浆水土比保持在6：1左右），利用泥浆的流动性和粘滞性充填采空区空隙，包裹采空区遗煤，破坏采空区供氧环境。为防止影响工作面拆架安装，采空区灌黄土泥浆期间，安排人员在对工作面出浆情况进行巡查，发现工作面下部出水量大、出浆时，立即停灌，待下部出水量减小后，再次进行灌浆。

3）利用MEA封堵工作面架后裂隙。工作面架后裂隙是采空区主漏风通道之一。对全工作面架后裂隙封堵，可有效减小采空区漏风量，遏制隐患蔓延发展，为快速消除隐患点提供条件。MEA凝胶较传统凝胶具有附着性强、用量小、运输方便、不产生氨气、不脱水、形成的焦化层性能优良、保持时间长等优点。封堵时，按照“空间分层、全面充填”的方式，从后部链板机位置向采空区布置钻孔，每个架档2个，每个3～5m，呈上、下布置，钻孔下管均采用Φ40mm的钢管。封好孔后，注MEA凝胶对裂隙进行封堵，切断漏风供氧通道。注MEA凝胶时，以附近裂隙出胶为准。

4）使用罗克休充填封堵工作面高冒空间。罗克休高分子材料具有高倍膨胀，快速固化的特点。顶部冒顶空间用罗克休高分子材料进行充填，确保充实填满，减少顶部漏风量。

5）调整抽采系统，控制抽采量。该面采用高抽巷和本煤层顺层钻孔抽采瓦斯，发现自然发火隐患后，高抽巷严格控制抽采量，以减少采空区漏风。抽采系统调整时，为防止工作面及回风流瓦斯超限，采取逐步控制措施，保证工作面及回流瓦斯小于0.6%。

6）稳定工作面通风系统。保持稳定的通风系统是准确分析、掌握各项防火工程的有效性、火患发展变化势态和均压稳定程度的基础。因此，整个灭火期间，安排专人看管相关风门。

4、结束语

消除采空区自然发火隐患时，应做到以下几点：

1）要有专职人员及时检查采空区上隅角、工作面架档、高冒点的一氧化碳、瓦斯、二氧化碳、温度等有害气体的检查，做好预测预报工作。

2）应先根据CO气体涌出的外部征兆，结合工作面的情况和收集、统计的自燃隐患资料，判定出火点位置后，有的放矢。

3）消除采空区自然发火隐患要尽量使用综合性措施，上风巷灌浆，下风巷注氮，工作面注MEA，高冒处注罗克休，同时要合理调整通风和抽采系统，更有效地防治采空区发火。

4）实施各项措施时，要分清其作用程度、针对性等，有条不紊的严格落实，充分发挥综合治理效果，是能够有效、快速灭火的。

5）明确整体工作思路，加强各方面的管理监督，尤其是现场组织配合十分重要。

6）处理自然发火隐患时，要留好安全出口，认真制定好应急预案。

参 考 文 献

[1] 王省身，张国枢.矿井火灾防治.北京：中国矿业大学出版社，1990.

[2] 邓军等. 国内外煤炭自然发火预测预报技术综述， 西安矿业学院学报， 1999，12

作者简介：李燕青（1978-4-10），男，汉族，山西寿阳人，工程师，1999年毕业于安徽理工大学，现在淮南矿业集团潘一矿从事一通三防工作。