沿空切顶留巷采煤工艺采空区自然发火技术研究

王强 刘正超 罗虎

摘 要：近年来煤矿在推广应用沿空切顶留巷采煤工艺，该工艺有效缓解了采掘接替紧张的局面，多回收了煤炭资源。但该工艺不留煤柱开采，采空区处于“敞口”状态，在Y型通风条件下，采空区漏风范围及强度大大增加，不利于采空区自然发火管理，因此大大制约了该工艺的应用范围。我矿7135工作面采用该工艺回采，71煤为自然煤层，因此工作面回采期间采空区的防灭火管理是重点和难点。

关键词：切顶留巷；Y型通风；漏风；自然发火

Abstract：In recent years，coal mining technology is widely used in coal mines，which can effectively relieve the shortage of coal mining and recover more coal resources.However，this technology does not leave coal pillar mining，and the goaf is in an “open” state.Under the y-type ventilation condition，the scope and intensity of air leakage in the goaf are greatly increased，which is not conducive to the goaf spontaneous combustion management，so it greatly restricts the application scope of this technology.Mine 7135 working face adopts this technology mining，71 coal is natural coal seam，so the goaf fire prevention and management during the working face mining is the key and difficult point.

Key words：Cut top lane；Y - type ventilation；Air leakage；Spontaneous combustion

1概况

祁东煤矿7135工作面是安徽省首个在自然发火矿井采用沿空切顶留巷工艺的采煤工作面。该工作面位于矿井井田东翼一水平三采区，沿走向布置，机巷毗邻7137采空区留设7m煤柱。工作面平均倾向宽185m（平距），走向长约1688m，工作面采用Y型通风方式，回采的71煤为自然煤层，最短自然发火期97天。

2 采空区自然发火治理技术

2.1 采空区自然发火隐患分析

煤自燃三要素为：煤自身有自燃倾向性、有持续供氧条件、有呈破碎堆积状态下的煤。

（1）工作面回采的71煤为Ⅱ类自燃煤层，最短自然发火期为96天；

（2）工作面风巷无煤柱开采，Y型通风条件下，采空区漏风强度及漏风范围大，有持续供氧条件；

（3）进风侧沿空7m煤柱在回采后受采动压力影响进入采空区、工作面在初采线、过断层范围及收作线留有遗煤。

综上，工作面采空区存在自然发火风险。

2.2 留巷侧采空区漏风强度及范围观测

为研究采空区漏风规律在7135工作面布置7个测风点，分别为风机巷进风各一个，工作面回风隅角往留巷方向30m开始每隔100m布置一个、回风巷布置一个，其中1#、2#、3#点随着工作面向前推进位置随之改变，其余各点固定。通过观测分析，采空区漏风量范围为380 m3/min -415m3/min之间，留巷侧采空区漏风范围为工作面上出口往留巷方向0-330m，其中漏风强度最大的范围为230-330m之间。

2.3 采空区危险区域划分

通过工作面每天搜集的素描图绘制工作面回采期间采空区遗煤范围图，并标注遗煤厚度，采空区存在遗煤大于0.3m的区域及工作面初采线、F7断层区域、停采线划分为防火危险区。

2.4 综合防灭火治理技术

通过分析采空区自然发火隐患及采空区自然发火危险区域的划分，选择以堵漏风、灌浆及灌注化学材料为主，人工检查、在线监测和色谱分析三位一体的预测预报手段为辅的综合防灭火治理技术，具体实施如下：

1.堵漏风技术

（1）沿空侧煤柱注浆堵漏：工作面回采前，对机巷沿空煤柱每隔10m施工一个注浆孔，采取注浆加固堵漏措施。

（2）進风侧封闭墙喷注浆堵漏：对邻近7137采空区进风侧即7137机巷封闭墙墙面及顶底帮围岩进行喷注浆加固。

（3）封闭东翼1#抽采巷：因工作面距离下部底抽巷距离为10-15m，受采动影响，东翼1#底抽巷1#联巷产生裂隙与采空区沟通，对该巷道进行封闭，隔离漏风通道。

（4）优化工作面通风系统

合理调配工作面风量，工作面回采期间，通过在留巷侧布置测风点，观测不同风量下采空区漏风强度及范围，最终将工作面总风量控制在1500m3/min左右，其中机巷1100m3/min左右，风巷400m3/min左右。

2.采空区灌浆技术

采用地面东风井固定式灌浆站集中灌浆。工作面风巷布置一趟灌浆管路，风巷留巷侧采用Ф50钢管自切眼开始每隔30m布置一个灌浆孔，灌浆孔外露200mm，布置完毕后用闷盖闷死，灌浆时利用钢编软管将风巷灌浆管路与灌浆孔连接并加设闸阀进行灌浆。

3.灌注史达夫技术

利用巷道层位关系，在三采区东翼2#抽采巷施工防火措施孔（见附图4），钻孔沿工作面倾向布置，位于工作面采空区上风侧，每组16个钻孔，共计施工4组，利用该孔向采空区灌注史达夫，形成采空区隔离条带，累计灌注量59.5t。

2.5.预测预报

（1）邻近采空区：邻近7137、7133采空区沿空侧布置防火观测点，定期人工检查、取样分析。

（2）工作面：回风隅角、支架架裆、留巷侧采空区设置防火观测点，定期人工检查、取样分析。其中留巷侧防火观测点每60m布置一个。

（3）底抽巷：施工防火措施钻孔兼做措施钻孔，定期人工检查、取样分析。

3 应用效果

由于对新工艺、新技术条件下采空区的防灭火治理经验不足，在工作面回采初期，采空区出现乙烯，通过认真分析并对异常区域采取以上综合防灭火措施，最终将异常消除；F7断层附近采空区CO最大达到107ppm，通过采取连续灌浆及灌注史达夫等措施，CO浓度控制在10ppm以内。目前工作面已回采结束进入收作阶段，采空区未发现防火气体指标异常。具体效果如下：

1、留巷侧采空区观测点

选择里段1#和7#点为考察对象，其中1#点为开切眼位置，7#点为DF7断层位置。工作面两个危险区域沿空侧CO浓度均控制在15ppm以下，目前已稳定在0-5ppm之间。

2、底抽巷防火观测点

工作面过DF7断层范围CO最大达到107ppm，通过采取留巷灌浆、底抽巷灌注史达夫等综合防灭火措施，CO浓度得到有效控制，目前CO均为0。

4 推广应用

7135工作面沿空切顶留巷技术为安徽省首个在煤与瓦斯突出矿井及自然发火矿井使用的工作面，工作面的安全顺利回采推广了该技术的应用范围，为今后该技术的使用提供了可靠的实践经验。

参考文献

[1]王德明.矿井火灾学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.

[2]王省身，张国枢.矿井火灾防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990.

作者简介：

王强，1984年5月出生，安徽淮北人，男，技术员职称，从事一通三防技术及管理工作，现为祁东煤矿通防科科长。