崔木煤矿煤层自燃发火综合防治技术体系与应用

赵振中，吴正海



崔木煤矿煤层自燃发火综合防治技术体系与应用

赵振中，吴正海

（皖北煤电集团崔木煤矿，陕西 宝鸡 721599）

针对崔木煤矿综放工作面末采和收作期间及采空区巷道存在的自燃发火隐患，提出了“1264”防治煤层自燃发火防治技术体系，建立了防灭火注氮系统、灌浆系统、注三相泡沫系统和束管监测系统，形成以监测监控、人工检测和色谱分析相结合的“三位一体”综合预测预报系统，并成熟地实践了堵漏、均压、注氮惰化、预防性灌浆、注三相泡沫、注新型防灭火封堵材料等综合防灭火技术措施。实践表明，该技术体系有效保障了崔木煤矿复杂条件下特厚煤层综放工作面的顺利开采，为矿井的安全、高效发展及同类矿井工作面的防灭火提供了宝贵的经验。

煤矿煤层；监测监控；防治技术；新型防灭火材料

1 引言

崔木煤矿3煤为Ⅰ类易自燃煤层，煤尘具有爆炸性，自燃发火期为38 d。2013-06，21301工作面回采期间发生煤层自燃，造成工作面未采完即封闭；2014-04，21302工作面收作期间采空区遗煤自燃，造成崔木煤矿直接或间接经济损失数亿元，严重影响了矿井的安全生产。经多年的探索创新，矿井逐步建立了一套特厚煤层综放开采煤层自燃综合防治技术体系，为矿井的安全开采奠定了可靠的技术保障。

2 煤层自燃发火综合防治技术体系

为解决崔木煤矿综放工作面末采和收作期间及采空区巷道存在的自燃发火隐患，崔木煤矿建立了“1264”防治煤层自燃发火防治技术体系，即“一策、二体、六技、四制”。“一策”，是指“预防为主，综合治理”的防治煤层自燃发火指导性管理策略。“二体”，是指矿井防火和灭火两个管理体制。矿井在以预防为主，综合治理防治煤层自燃发火管理策略的指导下，以“控漏风、降氧气、强观测”九字方针为核心，形成严密的防火管理体制。由于煤炭自燃发火受多种条件影响，不可预测出现火灾时，以“控漏风、降氧气、消高温、防复燃、强观测” 十五字方针为核心形成高效的灭火管理体制。“六技”，是指建立成熟的注氮技术、注凝胶技术、灌浆技术、注三相泡沫技术、注新型方面灭火堵漏材料和安全监测监控等六项技术。“四制”是针对防治煤层自燃发火管理的关键人物和关键环节设计科学、可行的管理制度加以激励、约束和控制，包括防治煤层自燃发火责任制、防治煤层自燃发火计划制、日分析制、科技创新制等四项制度。

3 煤层自燃发火防治措施

崔木煤矿建立了完善的防灭火注氮系统、灌浆系统、注三相泡沫系统和束管监测系统，初步形成以监测监控、人工检测和色谱分析相结合的“三位一体”综合预测预报系统，结合煤层自燃发火隐患分析，成熟地应用了堵漏、均压、注氮惰化、预防性灌浆、注三相泡沫、注新型防灭火封堵材料等综合防灭火技术措施[1-2]。

3.1 末采期间预防性防灭火措施

工作面在进入末采期间（距收作线前80 m），主要采取老塘隔离、黄泥灌浆、氮气置换、端头堵漏、监测监控几种措施。

老塘隔离：当工作面推进至距收作线17 m时，工作面开始铺网，网上铺一层长191 m、宽20 m的风筒布，随工作面推进进入采空区，在采空区侧形成一道屏障，隔离采空区，减少漏风，阻止采空区遗煤氧化。

黄泥灌浆：在工作面机巷、风巷距收作线37 m、57 m处各预埋一趟ø108 mm灌浆管路出口；回采收作期间，随工作面推进逐个开启灌浆；灌浆时，地面灌浆站加三相泡沫、水玻璃、黄土、水，比例为1∶50∶50∶200，用量为三相泡沫0.2 t/h，水玻璃10 t/h，黄土10 t/h，水40 t/h，灌浆时在井下加复合胶体，每小时50 kg（2袋）。

氮气置换：在工作面机巷距收作线24 m、44 m及74 m处（即架后12 m、32 m及62 m处采空区），各预埋一趟ø108 mm注氮管路，管路出口进入采空区后，至少保留2个氮气出口同时向采空区连续注氮，氮气浓度不低于97%，末采收作期间24 h连续注氮。

端头封堵：端头封堵是为了控制采空区漏风，工作面距收作线前42 m（即架后30 m）时，上、下隅角每圆班进行建隔离墙，宽度为巷帮至工作面支架掩梁里侧。在工作面进回风隅角每班挂设风帘，减少采空区漏风；在巷道隅角堆积煤袋（或沙袋），建立隔离墙，间距3.2 m，并用撒阻化剂处理，每个生产班使用量不少于10 kg，在墙顶部预埋注胶管（出口距收作线20 m、30 m、40 m），向墙内压注水玻璃和凝胶，比例为1∶1.采空区两道沙袋充填如图1所示。

图1 采空区两道沙袋充填示意图

监测监控主要包括束管监测、工作面安全监测和工作面日常观测，具体如下。

束管监测：在工作面距收作线92 m、62 m、32 m（即架后80 m、50 m、20 m采空区处）时，分别在工作面机巷、风巷贴顶预埋束管采样头，待束管采样头进入采空区后，每天定时采气样进行分析；上隅角采空区2 m处的束管分析采样头随工作面推进移挪，加强监测自燃标志气体（CO、O2、CO2、CH4、C2H4、C2H2和T）的变化情况，以便掌握采空区浮煤自热或自燃的发展状况，进入回撤阶段后，增加人工对采空区气体进行束管气样分析。

工作面安全监测：在上隅角及回风流中装设CO、CH4、T传感器，进行实时监测。

工作面日常观测：每班派专人携带CO便携仪、CO检定管、光干、甲烷氧气两用仪、红外测温仪对工作面CO、O2、CO2、CH4和T进行巡回检测。

3.2 工作面停采收作期间防灭火措施

工作面停采撤架期间，除继续采取以上灌浆、注氮、堵漏等措施外，还要采取降低风压、老塘隔离、钻孔注胶、调整通风系统、束管分析等防灭火措施，具体如下。

降低风压：停采后，在保证风排瓦斯不超限的情况下，将工作面供风由1 300 m3/min降为1 000 m3/min左右，以降低进、回风侧的压差，减小采空区漏风。

老塘隔离：为减少采空区及上、下隅角漏风，工作面停采后，支架掩护梁挑高，架后遗煤清理干净，支架尾梁至底板喷瑞克劳尼；工作面上、下隅角分别对工作面后部布置长度30 m风障，减少上、下隅角采空区漏风。

钻孔注胶：工作面停采撤架期间，为防止工作面架后停采前未放出的大量浮煤自燃，应通过工作面支架向采空区打钻孔压注高分子凝胶，对浮煤进行有效的堵漏和降温，确保工作面正常撤架。在工作面布置注胶孔时，沿工作面支架后插梁间及顶梁施工注浆孔，孔径ø42 mm；终孔位置距架后（切顶线）6～8 m，钻孔角度约30°~45°；支架前后立柱架间施工顶板注浆孔，终孔位置距架顶6 m，钻孔角度约60°~70°。注胶量：支架间每个钻孔注胶量不少于2 m3，机巷、措施巷两巷钻场钻孔的注胶量每孔不少于30 m3，上、下隅角内施工的端头钻孔注胶量每孔不少于60 m3。

调整通风系统：工作面三机收完后，及时调整通风系统，降低风量，减小采空区漏风。

束管分析：工作面采空区新增束管分析检查点，工作面每隔10架支架后，布置一个检查点，利用ø20 mm钢管，长度为2 m采样花管，进入采空区不小于1.5 m，采样并分析采空区内气体变化情况；安排专职瓦检员每班对工作面架后（每10架布置一个测点）、上隅角、回风流中的CH4、CO2、CO、O2及温度等进行检查，每班至少检查3遍，每天对上隅角、架后采样一次，利用气相色谱仪分析其气体成份；工作面收作期间利用环境CO传感器，在线监测回风流、上隅角的CO浓度变化情况；技术人员每天分析采空区煤自燃的动态发展，如果发现自燃标志气体（主要是CO）连续升高或出现C2H4等出现，则说明有煤层自燃趋势，根据实际情况采取进一步的防灭火措施。

工作面机巷、风巷、措施巷，每条巷道施工两道永久封闭墙，即“两墙夹一芯”封闭墙构筑技术。当两道密闭墙之间形成斜巷时，使用黄泥灌浆技术有效封堵采空区瓦斯。采用间歇性灌浆方法，当顶板淋水时，停止灌浆，待黄泥沉淀至底层后，利用密闭墙体卸压孔及观察孔，将清水释放，再进行灌浆充填，如此反复直至黄泥覆盖，形成致密隔绝层。

3.3 新型防灭火材料使用

如果井下出现高温异常点，则在高温点中心及其前后20 m范围内施工注浆孔，间距2 m，孔深2.4 m，利用注液泵系统，先向孔内带压注水，利用水的冷却能力迅速降低高温点温度。待温度降至正常范围后，再用KA-DL防灭火封堵材料封孔，利用该材料良好的堵漏止水、防漏风性能，隔绝裂隙内煤层与外界空气接触，避免后期该处发生二次氧化自燃。且新型材料反应凝固过程中无热量释放，带压注水结束后，即可检验堵漏效果，确定温度不会回升后再喷浆处理，将裂隙内煤层与外界空气二次隔绝，最大限度地提高该处裂隙封堵效果。KA-DL防灭火胶体凝固效果如图2所示。

图2 KA-DL防灭火胶体凝固效果图

4 结论

建立了“1264”防治煤层自燃发火防治技术体系，并在崔木煤矿21306、21308、22304等7个工作面成功应用，已安全回采煤炭2 000余万吨，为矿井的安全、高效开采奠定了可靠的技术保障；建立了完善的防灭火注氮系统、灌浆系统、注三相泡沫系统和束管监测系统，初步形成以监测监控、人工检测和色谱分析相结合的“三位一体”综合预测预报系统，结合煤层自燃发火隐患分析，成熟地应用了堵漏、均压、注氮惰化、预防性灌浆、注三相泡沫、注新型防灭火封堵材料等综合防灭火技术措施。

［1］王德明.矿井通风与安全［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2007.

［2］吴正海，吴义春.易自燃特厚煤层综放开采煤层自燃监测防控一体化技术［J］.能源技术与管理，2019（1）：52-54.

2095－6835（2019）07－0149－02

TD752.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.149

赵振中（1982—），男，安徽淮北人，工程师，现任皖北煤电集团崔木煤矿副总工程师，长期从事采矿技术与管理工作。

〔编辑：王霞〕