回采工作面过地质构造带期间防灭火技术应用

董学文

摘 要：回采工作面受地质构造带影响，推进速度较慢，引起CO浓度异常。针对上述情况采用降低回采面供风量，密闭采空区以及注N2等技术措施，降低了采空区内氧气浓度，消除了采空区内煤炭自燃风险，保证了回采工作的正常推进。

关键词：回采面;地质构造;防灭火

煤炭回采时难以避免的会在采空区内遗留部分煤炭，而采空区遗煤自燃严重影响回采工作面的安全生产。当煤层本身具有发火性时，加之回采工作面推进速度慢，采空区漏风等，都增加了煤炭自燃的可能性。特别是回采面过地质构造带期间防灭火工作十分必要，因此，针对回采面的具体特征，针对性的采区防灭火技术对保证矿井的安全生产具有重要意义。

1 概况

某矿为年产240万t，主材5号、8号、13号等煤层，现在井下回采30803回采工作面，开采8号煤层，回采面标高为+930～+980m，地面标高为+1208m～+1329m，回采面位于3采区西北侧，北侧为井田保安煤柱，东侧为集中运输巷，周边为均为实体煤。5号、8号、13号煤层自燃发火倾向性灯具均为II类，属于自燃煤层。回采面在生产期间先后通过落差0.8m、3～5m的地质构造带，回采工作面推进速度降低，采空区内溢煤量增加，回采面检测出CO浓度异常。

回采面正常生产期间的配风量在1200m3/min，绝对瓦斯涌出量为0.45 m3/min，回采面设计开采时间为10个月，整个采面的煤炭资源为240万t，工作面走向长度为1800m，倾斜长度为260m。

2 治理方案

2.1 回采面CO浓度异常原因

①采空区内遗留煤炭增加。回采面过地质构造带时受到断层影响，回采面在通过地质构造带时，在通过落差为0.5m的断层期间，断层的最大影响面积达到450m2，在通过落差为3～5m的断层时，断层的影响面积达到3650m2，过断层期间煤层的平均厚度在3.5m，采空区遗漏的煤炭量增加，遗煤时间长;②回采面推进过程中受到地质构造影响明显，在接近停采线附近仍有一落差为3.5m断层，工作面的日均推进速度仅为1m，同时受到政策影响，回采面停产一周，在该位置停留时间过长;③回采面推进时不能保证正常的推进速度，造成遗漏在采空区内的处于氧化带的煤炭时间过长，遗煤有较长的时间发生氧化，且未能采取有效的技术措施，减小向采空区内的漏风量，当氧化产生的热量集聚到一定程度时，加之氧气充足，煤层发生自燃;④开采的8号煤层硫含量为4.2%，属于高硫煤，煤层中含有黄铁矿以及其他含硫矿物质，能够与空气中的氧气迅速结合出现氧化反应，释放出热量，加速煤炭的氧化进度。

2.2 治理方案确定

由于30803回采工作面受到地质构造带影响遗留的煤炭大多居于采空区的上部位置，同时采空区内自燃发火发生在冒落位置较高的区域，采用常规的注浆、喷洒阻化剂等技术手段往往不能达到自燃发火区，起不到较好的治理效果。向采空区内注入惰性的N2可以较好的从充填发火范围，降低采空区内氧气浓度，起到灭火作用。因此，针对30803回采面过地质构造带期问题，采用封闭采空区并向采空区注入N2，并加强观测及数据记录。

3 具体实施方案

3.1 密闭施工

在回采面的进风以及回风巷施工密闭墙，采用不燃砖砌筑，密闭墙体的厚度不小于300mm，砌筑两道间隔400mm墙体，并在中部充填黄土，夯实严密，确保不漏风。并在墙体周边进行掏槽，具体的底槽、帮槽以及顶槽的深度均为300mm。施工的密闭墙体应与巷道周边连接密切，并用水泥抹面。按照有关规定设置观测孔、注氮孔、束管控等。

3.2 注氮系统

注氮灭火实际就是向采空区的氧化带注入N2，降低氧化带内的氧气含量（一般降低到3%以下），消除煤炭出现氧化的条件，达到防灭火的目的。

在井下采用移动式制氮泵，由工作面的进风巷开始注入，注入的流量为8m3/min，注入的N2浓度不得小于98%，以尽量减少采空区内氧气含量。注氮前后做好日常的检修，管理以及记录工作，保证移动制氮泵的正常运转。

3.3 回采面监测

对可能出现CO异常的地点安装束管监测系统，利用束管以及传感器等对回采面进风巷、回风巷以及密闭墙体内外、上隅角位置的气体成分进行监测，具体需要监测的主要参数有氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳等气体含量及浓度，具体的束管布置如图1所示。

3.4 其他辅助措施

当回采发现CO浓度异常时，在保证回采面通风需要的前提下尽量的降低供风量，减小向采空区的漏风量;并对回采面附近的煤壁进行喷浆，并喷洒阻化剂;查看回采面对应的地表裂隙情况，当发现地表有裂缝时及时进行注浆封堵。

4 防治效果分析

4.1 取样成分分析

从开始对回采面采空区进行封闭注N2之后，回采面上隅角CO浓度分布如图2所示。在2月28号发现CO浓度异常时采用降低通风量、施工密闭墙、注N2等一系列措施，在随后的2周之间内CO浓度持续升高，后迅速降低。到3月2号之后CO浓度降低到安全值以内。

图2CO监测数据

4.2 治理效果

在对回采面进行密闭注N2之后，由于注N2初期，采空区内氧气浓度较高，遗煤继续发生氧化，上隅角CO浓度增高，并伴随着CH4浓度增加，随着注N2量增加，采空区氧气浓度迅速降低，CO、CH4开始降低，但是由于采空区内仍可能存在有高温点，当上隅角测定的CO浓度降低到10ppm之内，O2浓度降低到3%以内，且数据保持1个月之上，采能確定采空区发火隐患已经完全杜绝，可以启封密闭墙，回采回采工作面的正常生产。

5 总结

回采面生产受到地质构造带影响，回采面推进速度缓慢，采空区内遗落煤炭量增加，结合矿井生产实际情况及防灭火设备，提出采用降低回采面风量，并向采空区注N2的防灭火技术措施。现场应用结果较为显著，消除了采空区发火隐患，保证了回采工作的正常开展。

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