S2905综采工作面自燃倾向处理实践与分析

徐世波， 吴琼瑛

(辽宁铁法能源有限责任公司，辽宁 调兵山 112700)

1 问题的提出

大兴煤矿S2905综采工作面是2号矿区的主要采煤工作面，于2016年5月15日开采。5月31日，南方第二905综采工作面运输42 m，工作面框架，高角度上角，旧池梁管和5月22日(距切割眼10.5 m)和其他浓度CH4的现场检查，CO，从58#支架到尾支架发现有CO，其中96#～97#最高CO浓度为312×10-6，顶角高CO浓度为225×10-6，旧池塘CO浓度为257×10-6，且5月22日梁CO浓度为387×10-6。回风CO浓度为22×10-6，呈上升趋势。

2 工作面概况及特点

S2905工作面位于南二采区东部。工作面大面长659 m，倾斜宽190 m；小面长290 m，倾斜宽140 m。工作面面积165 810 m2。工作面周围为非采区，工作面与7-2煤层相邻，北部不开采，南部为S5719上部采空区，7-2煤层厚度在1.36 m～4.93 m之间，一般为2.96 m。9煤层的距离在33.07 m和36.73 m之间，一般为34.99 m。工作面与10-1煤层相邻。煤层的厚度在0.28 m和0.62 m之间，通常为0.45 m，这是不可拔除的。9煤层的距离介于9.69 m和28.07 m之间，一般为11.21 m。S2905工作面从2016年5月15日开始回采，至2017年7月28日回采完毕。工作面煤岩形态为舒缓向斜构造，采用走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。回采期间，共实见九条断层，断层最短延伸长度为150 m，最长延伸长度为700 m；最小落差为0.4 m，最大落差为3.1 m。工作面共实见两条火成岩岩墙，其中一条火成岩岩墙宽度为1.1 m左右，回采至400 m时开始出现，至850 m尖灭；另外一条火成岩岩墙宽度3.5 m左右，从564 m进入到工作面，延伸长度为560 m，至回采结束。回采至1 093 m时，工作面实见一条火成岩岩床。工作面“陷落柱”构造较发育，回采至804 m、814 m、868 m、1 010 m时，共实见四处“陷落柱”构造。“陷落柱”主要为角砾岩、煤块、火成岩块组成，规模一般为3 m～20 m不规则的圆形，如图1所示。

本工作面煤的工业牌号为长焰煤，南部有少量不黏煤，煤层厚度在3.39 m～4.55 m之间，一般为4.05 m。本工作面煤层呈黑色，块状构造，质较纯，以亮煤为主。煤的自燃发火期为17 d，煤尘爆炸指数为33.81%。

图1 巷道布置示意图

3 自燃倾向处理过程

本次S2905综采工作面自然发火处理过程可分为两个阶段。

3.1 2017年5月31日-6月27日自然发火防治阶段

工作面风量1 819 m3/min ，最大瓦斯涌出量27.90 m3/min，最大瓦斯抽采量14.81 m3/min。自燃发展过程如本文开头所述。

3.1.1 煤炭自燃防治综合技术及实施

3.1.1.1 封堵漏风主要技术措施

用于堵塞和降低压降和减少泵送的技术措施的主要目的是减少由于采空区内外之间的压力差引起的氧气泄漏引起的高温氧化。主要内容是防止通风系统影响采空区的漏风。工作面风量减小，工作面风量从1 800 m3/min逐渐减小到1 100 m3/min。分别于5月31日，6月19日和6月21日，下角建有永久密封墙。运顺，1#～2#框架，罗克秀1 t，4#～5#Rocco休息1 t。从6月21日到6月26日，工作面停止，前30套支架喷涂。

3.1.1.2 充填砂带主要技术措施

充填砂带措施不仅能抑制采空区漏风、降低采空区温度，更能在架后形成砂墙，减少工作面漏风量,防止灾害扩大。S2905工作面CO上升后，针对切眼10#支架及50#架后断层处遗留浮煤氧化自燃，从6月1日起，对采空区进行连续充填。5月31日～6月27日期间对两顺及切眼埋管等9处埋管点进行充填，充填总量达7 085 m3。

3.1.2 防治效果

采取各种措施后，工作面的CO排放量有两个波动。6月4日，工作面CO排放总量为170 m3/d(返回CO的平均浓度为23×10-6)。6月5日至6月17日，CO涌出总量逐渐减少并稳定在80 m3/d。风CO的平均浓度为13×10-6。从6月18日到6月22日，工作面的CO排放总量增加。回风CO的平均浓度为8×10-6)。

3.2 2017年6月28日～7月9日自然发火防治阶段 6月28日四点班工作面恢复生产，7月4日～9日工作面停产放假，运顺已回采133 m、回顺回采136.8 m。

3.2.1 自燃发展过程

6月28日工作面CO涌出总量47.5 m3/d(回风CO平均浓度7.08×10-6)，7月1日工作面采取均压通风措施后，工作面CO涌出量186.9 m3/d(回风CO平均浓度38.16×10-6)。7月3日工作面取消均压通风，恢复负压通风，当日CO涌出量336 m3/d(回风CO平均浓度128.38×10-6)。7月4日工作面CO涌出量上涨最高达348.1 m3/d(回风CO平均质量分数155.24×10-6)。

3.2.2 煤炭自燃防治综合技术及实施

3.2.2.1 工作面均压通风措施

在S2九层轨道中巷设2组型号为2×55 kW和1组型号为2×45 kW的对旋式局部通风机，风机额定供风风量为三台运转、三台备用。在距S2905运顺口70 m处、S2905回顺防火门处建设3道反向临时风门。在S2905运、回顺风门里侧10 m～15 m各设一个束管，引到最外侧风门外，连接压差计及压力传感器。在S2905瓦斯道闭前15 m处建一道增阻框。

S2905工作面回采期间均压风筒末端风量为1 500 m3/min左右，工作面风量控制在1 100 m3/min左右，运顺侧风门外观测压差控制在100 mm～120 mm H2O。CO涌出量及回风CO浓度均大幅上涨，均压措施失败。

3.2.2.2 恢复负压通风、堵漏主要技术措施

7月3日工作面取消均压通风，工作面恢复负压通风。恢复运顺风量至865 m3/min。同时在停产期间对工作面前三角点和前50组支架进行喷浆。在6月30日、7月1日、7月4日分别对前三角点大墙空隙注罗克休3.1 t。

3.2.2.3 两顺采空区埋管充填措施

6月28日～7月9日期间对运回顺3处采空区埋管点进行充填，总量达1 440 m3。

3.2.2.4 注氮措施

6月28日～7月3日继续对5月29日埋管、6月10日埋管、6月16日埋管向采空区内进行注氮，日注氮量在1 300 m3/h左右。本阶段共计注氮39.3万m3。

3.2.2.5 注液态CO2降氧降温措施

为快速有效置换S2905综采工作面采空区内气体，创造一个惰化采空区，对S2905综采工作面采空区、南五719采空区注液态CO2。

7月5日～7月9日，对运顺5月29日埋管连续注入液态CO2，共计55罐车、110 m3。7月7日，利用南井充填系统对南五719回顺闭过堂管路连续注入液态CO2，共计2罐车、52 t。

4 结论

5月31日至7月9日，S2905工作面累计充填河沙8 525 m3、注氮总量144.9万m3、注液态CO252 t、注水13.1万m3、注罗克休5.1 t。

边采边加支架、初采推进速度慢等因素给防火工作增加难度。

常规注氮气防火措施在灭火过程中没有发挥惰化和降温作用。工作面正常回采期间常规防火措施，必须坚持使用氮气防火措施。如出现自然发火隐患，需要根据发火点位置和CO变化趋势，及时调整注氮位置。必要时，联合注液态CO2措施进行防灭火工作。

针对切眼内的地质构造区域，实施的防火工程量较少。应加强对切眼内的地质构造区域的防火管理，在切眼贯通后回采前，采取喷浆、施工消火孔注泥、动态取样观测、预埋效果管路等措施，确保工作面出切眼阶段不留隐患。

均压通风技术缺少经验，对于均压通风技术在本次防治自然发火的实际应用中是失利的，但不代表不能在其他工程上投入使用。