厚煤层综放工作面回撤期间防灭火技术研究

范宝同 李 敬 郭玉印

（山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿，山东 汶上 272502）

由于厚煤层综放工作面开采强度大、工序复杂、回采速度相对较慢、采空区遗煤多、冒落高度大、漏风严重等因素，使得采空区自然发火的危险明显增加。尤其在工作面末采及回撤期间，预防工作面及采空区自然发火愈加困难，使用单一的防灭火措施难以取得预期效果[1-2]。针对此难题，以阳城煤矿3306 工作面1#切眼回撤为例，研究实施了上下隅角使用瑞尔斯高分子材料封堵、工作面压注凝胶、采空区注低温CO2、漏顶区域充填LFM 轻型充填材料的综合防灭火措施，确保了工作面安全回撤。

1 工作面情况介绍

阳城煤矿3306 工作面位于三采区下山以北，3304 工作面东部（下侧），邻近3304 工作面布设。工作面面长（开采）斜距平均209.8m。正常工作面回采推进长度1076m，煤厚平均为6.5m，煤层底板标高位于-743～ -920m 之间。3306 工作面采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤方法，上行通风方式，开采煤层为Ⅱ类自燃煤层，最短发火期33d，配有完善的防灭火系统。

3306 工作面1#切眼回撤创条件过程中，在110#～135#支架区域内多处出现CO 异常点，最高浓度为176ppm，温度36.5℃，回风流中CO 最高为22ppm。

2 CO 浓度升高报警原因分析

（1）综放工作面回采率低、采空区遗煤多、煤体长期处于干燥状态等。工作面临近回采结束创条件期间不再进行放煤，采空区大量的浮煤堆积氧化。

（2）工作面创条件期间受断层影响，31d 只推进了10m，且在推采过程中，工作面部分区域漏顶、片帮严重，形成了顶部空洞及漏风通道。

（3）隅角存在漏风通道。因煤柱影响，使得上下隅角冒落不严，空隙大，导致采空区漏风量较大。

（4）工作面大型设备多，回撤周期长，煤体长期处于氧化生热状态。

（5）回采工作面埋藏较深，受地温影响采空区温度较高，遗煤氧化加速，也是导致CO 浓度升高的重要原因。

3 综合防灭火技术应用

3.1 加强自燃指标气体监测监控

（1）工作面创条件及回撤支架期间，每5 个支架设置一组监测点，重点异常区域每个支架都设置为监测点。瓦斯检查员每班对监测点架后遗煤的温度以及支架架顶、架后等气体易积聚地点的CO进行检查。

（2）瓦斯检查员每天对工作面回风流、回风隅角及工作面异常点进行人工采样，升井后通过色谱分析仪进行分析，并将同一地点分析的结果绘制成气体变化曲线，根据气体变化曲线及时调整防火措施。

（3）利用KJ95N 安全监控系统对回撤工作面的CO、温度、CH4进行实时监测。

（4）通过束管监测系统对工作面自然发火监测点定时定点进行抽样分析，密切关注好工作面气体变化。

3.2 综合治理措施

针对3306 工作面布置及回采情况，在末采及回撤支架期间主要采取上下隅角使用瑞尔斯高分子材料封堵、工作面压注凝胶、采空区注低温CO2、漏顶区域充填LFM 轻型充填材料的综合防灭火措施。由于工作面为俯采，且工作面煤层平均倾角为25°，为避免工作面底部出现大量溃浆，故不选择采空区注浆方式。

3.2.1 上、下隅角封堵措施

工作面创条件期间，每隔5m 在上、下隅角砌筑一道挡风密闭墙。工作面停采后，在上、下隅角各砌筑一道挡风密闭墙，并对挡风密闭墙的外侧、端头支架架后、前梁架顶外漏煤体使用瑞尔斯高分子封堵材料进行喷涂封堵，并利用挡风密闭墙上预留的注胶孔对上、下隅角的墙内压注凝胶，直到注满为止，减少采空区漏风。

3.2.2 工作面压注凝胶

工作面停采后，对采空区压注凝胶，形成架后凝胶隔离墙，封堵采空区漏风。

（1）对工作面上下端头支架施工注胶孔，压注凝胶，进一步封堵端头漏风。如图1 所示。

图1 端头支架注胶孔布置示意图

（2）利用工作面支架的间隙施工注胶孔，每隔一个支架施工一个架中孔，然后交替施工支架前、架后孔，形成“W”注胶孔布置方式。架中孔孔深6～7m，仰角45°～60°；架前孔孔深8～9m，仰角30°～45°；架后孔深5～6m，仰角大于60°。如图2 所示。

图2 工作面注胶孔布置图

注胶量计算：根据注胶孔设计，注胶防火控制单个支架倾向长度约12m，支架宽度1.5m，控制高度约为5m，则需处理的浮煤体积12m×1.5m×5m=90m3。采空区浮煤孔隙率按40%计算，需注凝胶90m3×40%=36m3。考虑1.5 的富余系数，计算结果单个支架需注胶36m3×1.5=54m3，可覆盖煤体氧化通道。若发现漏胶严重，要及时停止注胶，重新打孔下注胶管补注到设计注胶量。

利用布置的注胶孔，对工作面架顶、架后遗煤进行注胶封堵，形成胶体隔离墙，防止漏风。

3.2.3 深部钻孔压注CO2

CO2比空气的密度大，可快速沉入采空区底部而挤出O2，扩散并充满其空间，使采空区内O2浓度急速下降。与此同时，大量的高浓度CO2的扩散必然会提高采空区内的气体静压，进而会降低采空区的漏风量，可以使采空区长期处于惰化状态。

工作面创条件过程中，推采速度慢，采空区漏风严重，架后遗煤氧化升温快，普通的注胶方式不能有效的处理采空区深部遗煤。为及时处理深部遗煤氧化自燃的隐患，在轨顺距工作面煤壁往外5m 处，施工钻探硐室，使用ZLJ537 煤矿用坑道钻机在高位处向工作面架后施工钻孔。终孔间距约15m，终孔设计位置位于支架上部岩层5m，深度距离支架后尾梁约20m。如图3 所示。

使用钻机依次施工1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#钻孔，每次施工完钻孔后，对钻孔进行压注低温CO2，流量调节至200m³/h，每个钻孔设计总流量为1500m³。每孔压注完CO2后，为防止CO2外溢，在拔钻杆过程中，每拔4m，压注凝胶15m³。使用该技术不仅惰化了采空区环境，而且在拔钻杆过程中压注凝胶，该区域得到了降温封堵。

图3 钻孔施工示意图

表1 钻孔设计施工参数表

3.2.4 对漏顶区域的处理

向局部漏顶区域施工钻孔充填LFM 轻型充填材料。LFM 轻型充填材料是一种不燃烧也不助燃的发泡充填加固材料，工艺简单，耐压强度大。通过风葫芦向漏顶区域施工钻孔，并通过钻孔经便携式注浆泵将LFM 轻型材料充填至漏顶区域，不仅起到加固顶板作用，还有效地封堵了漏风通道。

4 应用效果

在3306 工作面1#切眼回撤过程中，采空区共压注凝胶5100m3，注低温CO2约115200m3，对漏顶区域充填LFM 轻型材料约380m3。在回撤支架过程中，经过人工检测及气相色谱仪分析，工作面回风流中CO 浓度稳定在5ppm 以下，温度最高为26℃。通过采取以上综合防灭火技术措施，保证了工作面的安全回撤，杜绝了火灾事故的发生。

5 结语

（1）自燃厚煤层综放工作面回撤创条件期间，由于设备多，创条件推采速度慢，且不再进行放煤，采空区遗煤多。因此，为预防自然发火，应对工作面上下隅角进行注胶封堵，减少采空区漏风[3]。

（2）加强工作面开采末期各项自然发火指标的监测，充分利用监测监控、色谱分析等手段，并及时对指标进行统计总结，分析规律。

（3）采空区遗煤自然发火治理较为复杂，应根据工作面推采地质情况，先对异常区域进行有效的控制。

（4）采取深部钻孔压注低温CO2的防灭火措施，可以迅速惰化采空区坏境，有效杜绝采空区遗煤的氧化自燃。