高瓦斯、易发火煤层耦合灾害治理技术研究

摘 要：振兴煤矿三水平南部区18号层，自然发火期3-6个月，该块段煤层原始瓦斯含量为4.571m3/t，最大瓦斯压力为0.02Mpa；掘进期间，瓦斯最大绝对涌出量为2.9m3/min。受采动、地质等因素影响，开采初期瓦斯绝对涌出量为15.6m3/min；本文就如何在火与瓦斯灾害并存的采煤工作面实现抽采达标、防火等内容进行研究。

关键词：瓦斯抽采；消火灌浆；充沙封堵； 取样观测；综合分析

1.采煤工作面概况

三水平南部区18号层采煤工作面位于三水平南部区F18断层上盘，f 20断层下盘。北到f 21断层、南到f 19断层、西到F18断层、东到f 20断层。工作面上部至F18断层，下部为原新一矿旧区，左部至停采线，右部至切眼。该回采区域无钻孔控制，受F13及F18断层影响，该区地质构造较复杂，次生断层发育。该区受断层影响煤厚18.19m-6.79m，一般12m，煤层倾角平均22°，走向近南北，煤质较好，以亮煤为主，属中等硬度煤，工作面设计开采储量为17.0万吨，选择滑移支架放顶煤开采，顶板管理为全部垮落法。

2.掘进期间灾害类别及预防治理措施

2.1灾害类别

1）自然发火：三水平南部区18号层，自然发火期3-6个月，属易发火煤层，受地质构造等因素影响，掘进期间抽冒点、巷道拐点及三岔口较多，同时由于巷道布置和断面带影响，顶板压力显现明显，巷道碹体受压力影响开裂脱落严重，上述因素对预防工作面防火极为不利。

2）本区及临区旧巷：三水平南部区18号层块段开采范围内存在8条本区及临区旧巷，工作面形成后，随工作面推进受采动影响，旧巷内有害气体不同程度渗入工作面及两巷，将对安全生产造成威胁，与上部益新15号层探煤下山旧巷交叉点最小法线高差仅为0.8m，工作面旧巷揭漏点与15号层探煤下山联通关系，造成15号层旧巷内瓦斯、CO等有害气体大量涌入掘进工作面，严重制约掘进工作面安全生产的同时，18号层开采的可行性论证也带来了难题；其余旧巷与工作面也存在不同程度的空间交叉关系，存在重大安全隐患。

2.2预防治理措施

自然发火方面：

1）掘进期间，主要以预防自然发火为主，严格落实防火喷碹技术规定，重点围绕在抽冒点、巷道拐点及三岔口等易发火地点，同时考虑到机道开门位置布置在三水平南部区运输大巷（南部区主要入风巷道），由于风压大、开门点抽冒等因素影响，极易造成发火，以机道开门位置为中心，对前后30m运输大巷帮顶重新进行喷碹处理，有效预防供氧发火；2）随机轨两巷掘进施工，每隔5m施工一组顶板防火注灰钻孔，迎风施工倾角在35°-45°之间，孔深规定打到煤层顶板岩石0.5m为宜，掘进期间，利用顶板钻孔对煤层顶板进行预防性注灰，封堵顶板裂隙及抽冒空间，防止供氧、蓄热、自燃；3）采掘期间，指派专职防火观测员，每天对工作面各处CO隐患点及易发火地点进行取样化验和现场观测，发现煤体氧化、高温等明显发火征兆，做好记录并进行连续观测，消防火技术人员针对隐患点取样化验结果，及时制定或调整预防治理措施进行处理；4）随工作面掘进，逐步完善该区防火配套设施，防火灌浆管路距工作面不超过20m，机轨两巷开门位置以里20m处，各施工一道防火门套，同时在防火门套附近储备充足的板方材等封闭材料，作为应急封闭或开采结束封闭使用。

过旧巷方面：1）掘进期间，针对旧巷与本区巷道层位关系，在掘进巷道内向旧巷施工探钻，探明掌握旧巷内有害气体、冒落程度、有无积水等基本情况，针对所掌握的资料提报专项处理方案，旧巷处理一般采取打钻、逐段充沙填充手段为主，有效隔绝旧巷本煤层巷道，隔绝距离一般控制在垂高5-8m，水平距离20-30m；2）旧巷充沙填充处理同时，为防止开采过旧巷期间，个别旧巷与工作面层间距较小，隔绝填充保护层受动压影响，隔绝效果减弱，造成有害气体渗入或工作面瓦斯异常，对个别旧巷施工抽采泄压钻孔，开采期间，视旧巷对工作面影响程度，适时进行泄压抽排，利用负压作用，减小旧巷内气压，可有效抑制有害气体渗出。

3.开采期间灾害治理措施

（1）针对瓦斯超限实际问题，首先采用上隅角设风机稀释瓦斯最直接的手段处理，其目的通过增大上隅角风压和增加回风风量稀释瓦斯浓度，风机开启后，上隅角瓦斯浓度0.8-1.2%，局部点2.5%，回风流瓦斯浓度0.4-0.8%，工作面瓦斯浓度无明显变化。

（2）针对实际情况，首先修改完善瓦斯抽采治理措施，结合地质部门提供的工作面F4、F5、F21断层构造带分布情况，在回风道向断层带布置施工高位钻孔，抽采断层带及冒落带瓦斯源，有效地遏制动压区瓦斯大量涌出工作面，通过向断层带补打高位钻孔进行抽采，上隅角取消风机供风的同时，瓦斯涌出趋于稳定，上隅角瓦斯浓度0.5-0.8%，回风流瓦斯浓度0.3-0.4%，工作面瓦斯浓度在0.2-0.4%。

（3）与此同时，考虑该采煤工作面瓦斯抽采系统过于单一，未实现高低浓度分源抽采，造成仰角钻孔抽采负压在2-4KPa，上隅角埋管抽采负压在0.8-1.5KPa，抽采率在33-42%；无法达到抽采能力需要。针对分析提出的问题，自工作面上隅角重新铺设一趟抽采管路，启动井下移动抽采系统抽采上隅角瓦斯，利用地面抽采系统抽采回风道仰角钻孔，抽采系统完善后，仰角钻孔单孔抽采负压在7-9KPa，上隅角埋管抽采负压在3-15KPa，单孔抽采浓度提高10-15%，抽采率提高到65-72%，上隅角瓦斯浓度0.3-0.5%，回风流瓦斯浓度0.2-0.3%，工作面瓦斯浓度在0.2-0.3%，有力地保障了安全生产。

（4）加大区内CO隐患排查力度，针对上隅角、软帮、抽采钻孔、旧区旧巷及两巷顶板防火小钻孔进行逐一观测，针对存在CO隐患地点必须进行连续取样化验，并针对化验和观测数值绘制CO变化曲线，及时分析CO隐患变化情况和来源，便于采取有效措施进行处理。

（5）及时对照工作面开采进度，利用回风道仰角钻孔对工作面上方煤体和采空区进行注水和阻化剂，抑制煤体氧化的同时，防止采空区残留浮煤氧化产生CO隐患；同时为防止上隅角及自上隅角向下20m范围内软帮发生CO隐患，利用软帮插花管，對软帮进行喷洒阻化剂。在上隅角埋设灌浆管路，工作面每推进20m，利用地面灌浆系统对后部采空区进行一次预防性灌浆。

（6）对照工作面断层带及冒落不充分、易氧化发火部位，在回风道施工灌浆消火钻孔，钻孔终孔标高布置控制在距工作面顶板垂高10-15m，增大灌浆钻孔覆盖范围，灌浆波及范围。

（7）利用掘进期间机道施工的顺层钻孔对硬帮煤体进行高压注水，同时针对两巷顶板防火小钻孔隐患情况，针对性地进行注水、注灰，工作面推进至隐患点前，必须消除，防止CO隐患留至采空区。

（8）在工作面下隅角码放袋子，码放范围不得小于5m，必须做到码严码实，防止向采空区内漏风，不利于防灭火工作。

综上所述，高瓦斯易发火煤层采掘工作面火与瓦斯等灾害问题，通过科学的分析和论证，因地制宜采取合理有效的预防和治理手段是可防可控的，本文所述的三水平南部区18号层采煤工作面计划可采储量18.5万吨，实际采出原煤27.3万吨；因此，通过在实践中不断学习和摸索，生产过程中存在的诸多难题也一定能够得到解决。

作者简介：

陈仁海（1970.7-），男，1995年6月毕业于黑龙江矿业学院采矿工程专业，本科学历，工程师，现任黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司益新煤矿副矿长。