高地温综放工作面撤面期间防灭火技术研究

牛红杰 王冬冬 李国芳

（山东新巨龙能源有限责任公司，山东 菏泽 274000）

1 工作面概况与自燃危险区域识别

1.1 工作面概况

3302工作面采用综放开采方式，所采煤层属于3#煤层，平均厚度8.5m，采3.5m放5m。煤系地层平均地温梯度为3.23℃/100m，工作面地温高达42℃以上，最短自然发火期46d。因此，综合分析3302综放面撤面期间采空区防灭火存在以下几个难点：

（1）煤层埋深大、地温高。工作面煤层原岩温度高，自然发火期明显缩短。

（2）综放面开采强度大，散热量大，所需配风量大，配风量的增加造成漏风强度增强，工作面自燃危险区域范围增大。

（3）回采过程中，工作面及采空区涌水量可能较大，将会影响推进速度，自燃危险性较大。

（4）综放面开采煤层厚度大，采空区范围大，漏风严重，供氧充足。

（5）综放面尤其是“两道两线”丢煤多，即上、下顺槽、停采线、开切眼等。由于上下顺槽采用锚网支护，顶煤难以垮落，采空区漏风严重，极易造成采空区浮煤自燃。

（6）综放面采空区防灭火区域大，一旦浮煤有发火迹象，自燃火源将迅速扩展，危及整个矿井的生产，防灭火难度更大。

自燃火灾经常引发矿井瓦斯爆炸，灭火时常伴随水煤气爆炸，给矿工生命安全造成极大威胁。因此，为确保矿井防火安全，对矿井火灾进行精准识别和分级分类，有针对性地综合应用多种防灭火技术，对矿井自然发火治理技术进行系统性研究十分必要。

1.2 煤自燃危险区域识别技术

3302工作面回撤期间，根据工作面开采后采空区遗煤自燃特点，通过向采空区预埋管进行测温、气样色谱分析来检测数据，掌握采空区内部温度、气体浓度随工作面推进的变化情况，以此来判定自燃危险区域，并采取相应的防灭火措施，排除煤自燃危险性。

采空区的气体成分和温度观测采用埋管真空泵抽气法和埋设热电阻测定法，监测点在两道的采空区里，约50m设一探头，保持采空区内部一侧三个探头，上下顺槽同时观测，监测点布置如图1所示。

图1 3302综放面“三带”观测测点布置示意图

预埋管采用Ф50mm钢管，在其中穿入三根Ф6mm不同颜色的束管，每根束管负责一个测点的气样，将束管、测温探头及其导线送入钻孔直到采空区。埋管探头具体设计如图2所示。架间测点位于进风巷采空区靠近煤壁和综放面回风巷采空区靠近煤壁处，两测点等间距布置，相隔约50m，各测点距采空区底板的距离分别约为5.0m、5.4m、5.8m、5.2m、5.6m、5.0m。

图2 埋管观测探头布置图

2 3302工作面危险区域观测结果

观测工作是通过采空区预埋管路进行测温、气样分析等，掌握采空区内部温度、气体浓度随工作面推进的变化情况，同时测定工作面风量、温度、气体浓度等参数。各监测点均利用束管监测系统抽取气样，分析的气体成分为O2、CO、CO2及CH4等烃类气体。对3302综放面采空区进风巷70、75、80以及回风巷85、90架后束管监测系统异常数据整理分析，结果如表1所示。

表1 采空区进风巷70架测点气体浓度表

3 3302撤面期间防火技术应用

根据3302综放面出现的异常情况，为保证工作面回撤期间采空区防火安全，实施了胶泥辅助建墙堵漏、加大注浆量系列措施，并在工作面回撤期间采用束管监测系统，对回撤期间工作面实际情况进行监测，分析工作面典型气体位置。

3.1 3302综放面气体分析

3302综放面回撤期间气体浓度变化曲线图如图3所示。8月24日CO浓度升至779ppm；氧气浓度随着时间递增呈现下降趋势，最低可达到7.8%。说明3302综放面在撤面期间工作面出现煤体与氧气接触，出现煤自然氧化的隐患，表现在回撤面80架后CO浓度显著升高而O2浓度显著下降这一特征，即3302综放面回撤期间出现煤自然氧化倾向，具有煤自燃危险性。

图3 80架气体曲线图

图4 下25埋管气体曲线图

为了进一步确定隐患具体位置，如图4，于8月22日对工作面80架后下25埋管，测定3302综放面进回风气体浓度变化情况。通过进回风侧气体浓度测定，可以将工作面进出风分为两段，下隅角至75架为进风段，75架以上为回风段，80架附近为临界点。由于3302综放面回撤期间通风方式为上行风，结合下25埋管监测CO/O2浓度变化情况，综合判定综放面回撤期间出现煤自燃异常点并非80架，而应该是在80架后下半部分受漏风点强烈的距离处为煤自燃隐患所在地点。因此，在3302综放面下行巷下60埋管对该过程中气体浓度进行实时监测，结果如图5所示。

图5 下60埋管气体曲线图

下巷60埋管氧气浓度在7月7日～7月17日持续保持在20%左右，CO浓度基本没有变化。这说明在3302工作面初步撤面期间，基本保持稳定状态，没有出现煤体自然氧化现象。而当3302综放面回撤的7月18日～7月27日，CO浓度突然出现快速增加（最高可达180ppm）现象，下行巷道氧气浓度迅速递减。这表明在这段回撤时间内，煤体出现自然氧化现象。结合现场实际情况：巷道通风条件良好，采空区遗煤量较大，平均浮煤厚度可达到0.9m，测定下行巷巷道漏风量大，为遗煤提供自然氧化时间充足。因此，综合判定3302综放面下行巷采空区位置处为回撤期间工作面自燃隐患点。

3.2 采区的防治措施

为了减少下巷漏风强度，于8月26日将上行风改为下行风，为了掌握调风后工作面漏风变化规律，有针对性地注胶堵漏、压注液态二氧化碳，对架间深孔及部分浅孔进行了风向测定。高分子胶体可有效封堵架间漏风通道，粘着力强，可有效吸附煤体，隔绝与氧气的接触，阻止煤体进一步氧化。3302工作面注胶分为架间普注（每孔2袋）、重点区域强化压注、深孔定量压注。下巷注氮，调风前通过下巷埋管及2架深孔注氮，调风后改为149架深孔压注。上下巷敷设二寸液态二氧化碳专用管路，减少了变径，有效降低堵管频率，利用架间深孔、上巷埋管向采空区压注液态二氧化碳。

3.3 气体监测及效果分析

工作面支架停止推进后，在架间设置了固定束管监测点，每10架一个测点。重点取样色谱分析位置为回风隅角50架、70架、80架、110架。观测点布置涵盖了架间特殊区域、重点危险区域，形成了全方位气体监测，为采取及时有效的防火措施提供了有力数据支撑。

通过分析色谱检测数据，经过采取注胶堵漏、接续注氮、压注液态二氧化碳等一系列措施后，各测点一氧化碳浓度大幅降低，且均降至正常水平，基本排除了3302综放面回撤期间的自燃危险性。由于回风侧架间一氧化碳浓度、氧气浓度均保持正常水平，说明针对3302综放面所采取的一系列防火措施均落实到位，调风恰当，防灭火效果较好。

4 结论

针对新巨龙公司3302综放工作面煤层开采的实际情况，采用有针对性的防灭火技术措施，对工作面采空区煤自燃进行了预测和控制，成功地实现了3302综放面的安全生产和回撤，为高地温矿井综放面的防灭火技术提供了新的应用案例，具有推广应用价值。