辛置煤矿10409工作面采空区自燃综合防治技术

李 楠

(霍州煤电集团 辛置煤矿，山西 霍州 031412)

1 工程概况

辛置煤矿属高瓦斯矿井，目前主采的10号煤层厚度为2.11～3.3 m，平均2.63 m，倾角2～4°，为近水平煤层。为保障工作面正常开采，采用顺层钻孔抽采本煤层瓦斯、高位钻孔抽采裂隙带瓦斯和地面钻孔抽采采空区瓦斯。矿井开采水平标高+370 m，采用立井盘区式开拓方式，采煤方法为一次性采全高，设计生产能力为500万t/a。辛置煤矿是一座老矿，开采已有数年，井下巷道错综复杂，增加了采空区漏风的危险，而且10号煤层主要为高硫煤，经鉴定该煤层具有自燃性，属于Ⅱ类自燃煤层，矿井和煤层赋存地质条件的特殊性增加了自燃危险性，同时，辛置煤矿未开展自燃标志气体研究，致使矿井在防灭火治理方面存在一定的盲目性。本文以10号煤层东区10409工作面采空区自然发火的防治为背景，对采空区自燃“三带”分布情况进行研究，以指导辛置矿10号煤层工作面采空区自燃防治技术方案制定。

2 10409采空区自燃“三带”现场实测

2.1 测量方法

采空区自燃“三带”主要指散热带、氧化带和窒息带[1]。采空区自然发火需要具备合适的氧气浓度、适量的遗煤、合理的风速等多个因素，其中最为重要的因素为采空区中氧气的浓度。散热带指的是采空区漏风较多，采空区内氧气浓度较高，但是由于气体的流动使采空区的煤矸石热量散失较快，很少出现自燃的现象；窒息带一般为距离采煤工作面较远的采空区，工作面回采巷道内的风难以进入，该区域密封性良好，氧气浓度满足不了自燃的要求；氧化带位于散热带和窒息带之间，该区域的氧气浓度、风速满足煤体自燃的要求，为采空区防灭火的重要对象，因此，氧气可作为划分采空区自燃“三带”的标志气体[2]。本文采用采空区氧浓度法，对辛置煤矿10409工作面采空区进行自燃“三带”监测研究。在工作面埋设束管监测系统，测点布置如图1所示，在工作面支架后方布置四个测点(①～④号测点)，在10409进风巷内顶板倾斜钻孔内布置三个测点(⑤、⑥、⑦号测点)。①～④号测点沿工作面宽度方向均匀布置，管路安装完成后在周围放置石块或木垛进行保护。10409进风巷顶板钻孔内的⑤、⑥、⑦号测点，测点间垂直距离约为3 m，钻孔直径为100 mm，钻孔底部距离工作面底板垂直高度约为8.0 m，采用套管结构将采样器间隔开。

2.2 10409工作面采空区水平自燃“三带”分布

10409工作面后方布置好采样点和管束后，采煤工作面持续向前推进，工作面每回采5 m统计一次各个测点处氧气的浓度，①～④号测点测得的氧气浓度与工作面距离的变化规律如图2(a)所示。根据氧气浓度的变化规律进行自燃水平“三带”的划分，四个测点的详细情况如表1所示。以氧气浓度作为采空区自燃“三带”划分标准，最终得到10409工作面采空区自燃水平“三带”的范围如图2(b)所示。

图2 10409工作面采空区水平自燃“三带”监测结果

测点位置散热带/m氧化带/m窒息带/m测点10～180～358～5218～88>52>88测点20～3535～79>79测点30～3131～55>55测点40～2525～88>88

2.3 10409工作面采空区垂直自燃“三带”

采用上述方法得到⑤、⑥、⑦号测点氧气浓度的变化规律如图3(a)所示，同样得到采空区垂直自燃“三带”的划分情况如图3(b)所示。

3 采空区自然发火控制技术

采用井下注氮防火系统、阻化剂防火、采空区注浆堵漏等综合防治措施。阻化剂防火主要是通过工作面正常回采期间，在液压支架间和后方喷洒阻化剂，阻化剂选用氯化物。采空区采用地面固定式注氮方式，采用巷旁充填沿空留巷技术进行进风巷的留巷支护，在充填墙体下方提前布置好注氮管路，通过地面向工作面采空区注氮，采空区注氮量与采空区的几何形状、氧化带区域大小及采空区遗煤量等多个因素相关[3]，根据现场监测结果知，10409工作面采空区氧化带范围为工作面后方18～88 m，氧化带的总体积为7.2万m3，通过计算求得采空区注氮流量为800 m3/h。注氮防灭火系统如图4所示。

图3 10409工作面采空区垂直自燃“三带”监测结果

图4 辛置煤矿10409工作面采空区注氮系统示意

采空区注浆防火技术主要是为了使灌入的泥浆吸收遗煤自燃的热量，对采空区起到一个封闭和减少漏风量的作用[4]。10409工作面采空区氧化带垂直高度约为8 m，为达到对其立体注浆的目的，设计采用上隅角埋管注浆和临近巷道密闭注浆的联合注浆技术，注浆材料采用黄土浆，浆液土水比为1∶3，灌浆系数取8%，工作面每日总的灌浆量计算确定为400 m3。上隅角注浆管布置在上隅角瓦斯抽采管下方，距离巷道底板约2.5 m，灌浆量为12.8 m3/h。采空区密闭注浆布置如图5所示。

4 结 语

辛置煤矿10号煤层东区10409工作面为Ⅱ类自燃煤层，为了避免工作面回采期间采空区遗煤的自燃，保证采煤工作的正常进行，采用氧浓度法划分采空区自燃“三带”，结果表明，10409工作面氧化带为工作面后方18～88 m，据此提出了采空区注氮防火系统、阻化剂防火、采空区注浆堵漏等综合防治措施，成功地避免了采空区的自然发火，实现了工作面的安全回采。

图5 密闭注浆钻孔示意