炮采放顶煤工作面自燃火灾的防治技术研究

王 捷

（霍州煤电集团团柏煤矿通风科，山西 霍州 031400）

随着科学技术的发展，防治煤炭自然发火、防治瓦斯灾害的方法日益增多，技术水平日益提高。然而就具体煤矿而言，并非每一种方法都能同时达到矿井防火、防瓦斯的目的。霍州煤电集团团柏煤矿10-117炮采放顶煤工作面开采过程中有煤炭自然发火隐患，防灭火难度大，同时瓦斯含量高，涌出量大，必须进行瓦斯灾害治理。高分子水溶胶防治技术的应用能达到防瓦斯、防灭火的治理效果。

1 团柏煤矿10-117工作面概况

10-117工作面位于团柏煤矿-770m水平，煤层顶板松软破碎，随采随冒落，自然发火期为3～6个月，煤尘爆炸性指数为37.23%，煤层厚为1.3～4.5m，煤层倾角20°～46°，工作面倾斜长度128m，采用炮采放顶煤回采工艺，回采高度2m，全部垮落法管理顶板，采用锚网、锚索支护技术支护。该工作面属于高瓦斯地区，正常情况下的瓦斯绝对涌出量为3.4m3/min，爆破后的瓦斯绝对涌出量为6.0m3/min。通风系统为“U”型上行通风，运输平巷进风，回风平巷回风，工作面配风为680m3/min。由于多种原因，该面从2012年5月6日开始采煤，至2012年8月30日，工作面上隅角里200 mm处CH4达10%以上、CO达60ppm、CO2达6.6%。

2 高分子水溶胶防治技术的机理分析

高分子水溶胶防治采空区煤炭自燃的机理是将高分子水溶胶压注到漏风区进、回风侧的松散破碎煤（岩）体后，高分子水溶胶以其良好的流动性和粘附性渗透到煤和岩石裂隙，充填包裹松散破碎煤（岩）体，与煤及矸石一起形成隔离带。在工作面进、回风隅角的一定范围内压注高分子水溶胶时，将起到以下几个作用：（1）在工作面进风隅角的一定范围内，高分子水溶胶与煤及矸石一起形成严密的隔离带，大大减少主风流对采空区的扩散漏风，显著缩小采空区的自燃带宽度；（2）工作面进、回风隅角的一定范围内高分子水溶胶与煤及矸石一起形成严密的隔离带，降低工作面及上隅角的瓦斯浓度；（3）高分子水溶胶渗透到煤和岩石裂隙后，使煤体形成隔氧阻化层，从而起到防瓦斯、防灭火作用。

3 高分子水溶胶防治技术的实践应用

3.1 高分子水溶胶材料配置

配置高分子水溶胶时，应考虑以下几个原则：

（1）充分利用高分子材料的特殊性能，如溶液粘度比同等浓度的低分子溶液要高得多，固水性强等，配制时以高分子聚合物为载体。

（2）配制的材料与水是溶胀关系，而非完全溶解关系，有较强的失水再生能力、耐高温性能。

（3）将高分子聚合物和多种相容的具有阻燃、促焦、成模作用的无机盐类优化复合，使得高分子水溶胶同时具有高聚物与无机物的优点。

因此，配制防治煤炭自燃的高分子水溶胶材料由主料和辅料组成，主料包括聚乙烯醇添加致密剂、成膜剂、消烟剂、促焦剂等，辅料包括有机溶剂、活性增稠剂及憎水剂等。

3.2 灌注高分子水溶胶防治采空区自燃技术工艺

首先，在10-117回风平巷通过TBW50/15型泥浆泵和注浆管路向工作面回风隅角灌注高分子水溶胶。第1～3d，在10-117回风平巷用Φ12mm钢管插管子注高分子水溶胶，插管子深度为2.5m，每天注高分子水溶胶材料3kg，并预埋一趟Φ50mm铁管。待工作面向外推8m后，采用Φ50mm铁管向采空区注高分子水溶胶，同时仍采用Φ12 mm钢管插管子向工作面上隅角注高分子水溶胶，达到工作面上隅角堵漏、阻化自然发火的目的。从第4d起，每天注高分子水溶胶材料20kg，一直持续到第37d，注入高分子水溶胶时安排专人进行观察，待工作面上有高分子水溶胶流入时，停止注高分子水溶胶工作。

其次，为了防止10-117进风隅角向采空区窜入风流，同时在10-117运输平巷采用Φ12mm钢管插管灌注高分子水溶胶，10-117运输平巷采用XRB2B型乳化液泵向10-117进风隅角的碎煤岩灌注高分子水溶胶。灌注高分子水溶胶时，安排专人进行观察，如高分子水溶胶向工作面运输平巷流入，则必须向溜子尾上部改插管子，继续注高分子水溶胶。将运输平老下帮至工作面双抗网下端向上3m之间的距离充填高分子水溶胶，每天注入的高分子水溶胶防火剂材料不低于5kg。高分子水溶胶材料与水的配比，严格按6kg高分子水溶胶材料配1000kg水。

高分子水溶胶材料在料箱中同水配比是否均匀是该工艺的关键，具体操作方案为：边加水边加料，在加料剂时，要充分利用交汇接触面往上翻起的水浪（花）把料剂带走、混合，以达到均匀混合、致密成胶的目的，即水加满，料加完。因10-117防尘水压为1.9MPa，10-117回风平巷水压达1.3MPa。

4 实践效果分析

4.1 减漏风效果

采用单元法测定的灌注高分子水溶胶前后工作面有效风量变化见表1和图1，根据图表可以看到灌注高分子水溶胶后的工作面有效风量增加了41.6～61.9m3/min，也就是减少了向采空区漏风的数量。

表1 灌注高分子水溶胶前后工作面有效风量变化表

图l 灌注高分子水溶胶前后工作面有效风量变化曲线

4.2 防治自燃效果

高分子水溶胶材料使用前后CH4、CO2、CO及温度变化情况见图2和图3。高分子水溶胶材料使用后，随着工作面的推进，上隅角里200mm处的CH4由10%以下降到1.4%，CO2由6.6%降到0.3%，CO由60×10-6降到0，温度由30℃降到24℃；回风流的CH4由0.8%降到0.54%，CO2由0.2%降到0.1%。说明高分子水溶胶和碎煤、矸石一起形成有效的隔离带，消除了原先出现的CO气体，有效地防止了工作面采空区煤炭自燃隐患，减少了采空区的瓦斯涌出。

图2 上隅角里200mm处CH4、CO2及CO变化曲线

5 结语

通过对霍州煤电集团团柏煤矿10-117高瓦斯炮采放顶煤面实例研究表明，高分子水溶胶可有效地控制炮采放顶煤倾斜工作面煤炭自燃，可有效地抑制采空区有害气体涌出，解决了现行防灭火技术对炮采放顶煤工作面防灭火效果不好的问题，为控制工作面煤炭自燃、抑制采空区有害气体涌出开辟了一条新路。

图3 回风流CH4、CO2变化曲线