长距离工作面过联络巷时防自燃现象技术研究

摘 要：为解决矿井长距离工作面过联络巷时面临采空区内遗煤及三角区内破碎煤体氧化自燃问题，在采面过联络巷前、中提出采用强化监测、采空区全区域注氮、采空区回风巷侧注三相泡沫、三角区破碎煤体注水降温、高分子材料封堵漏风通道等技术措施，在过联络巷期间上隅角、采空区内CO浓度最高分别为34×10-6、41×10-6，三角区内煤体温度最高36℃，确保回采工作面过联络巷安全。

关键词：易自燃层;长距离工作面;联络巷;防灭火技术;安全监测

根据数据统计，我国主要煤炭产区中至少有130对矿井不同程度受到煤层自燃发火影响，成为制约矿井高产高效的一个重要问题。特别是矿井采用综放开采时，采空区内遗煤量较多，更容易引起遗煤自燃。现在防自燃措施主要有喷洒阻燃剂，注浆、注惰性气体、高分子材料以及三相泡沫，均压灭火，充填堵漏以及自燃发火预测预报等技术。采面过联络巷时，顶板管理较为困难，采面推进速度有所减缓，增加采空区内遗煤自燃几率。文中分析研究自燃煤层长距离工作面过联络巷期间采取防灭火技术措施。

1 工程概况

一矿81305采面开采15号层厚度3.98～7.68m，平均7.25m，倾角9～17°，顶、顶板均为泥岩，煤层具有自燃发火倾向性，发火期为45d。采面采用综放开采方式，通风方式为U型，设计通风量为1204m3/min，实际风量为1312m3/min。81305采面联络巷沿着煤层倾向布置，巷道两端分别处于进风巷、回风巷开口670m、800m位置。由于层顶底板岩性均为泥岩，为降低采面开采期间对联络巷影响，巷道支护采用锚索网+钢筋梯联合支护方式，并在联络巷与回采巷道开口围岩处注入马丽散，提升围岩承载能力。

2 采面过联络巷期间遗煤自燃危险性分析

81305采面开采期间，由于顶板岩性为松软泥岩，采空区顶板基本随采随冒，在一定长度上减少了采空区内的漏风量。采面过联络巷期间，受到联络巷强支护影响，顶板不容易垮落，造成采空区内漏风量增加;15号层在采用压力作用下，垂向及纵向裂隙较为发育，采面开采时煤壁片帮较严重，特别是当回采面过联络巷时，联络巷周边煤体在巷道开挖引起的应力及采用动压共同作用下，煤体裂隙进一步发育，极易在煤体内部出现氧化升温。特别是采面过联络巷时推进缓慢，易加剧氧化，面临较大自燃防治压力。

3 防灭火技术措施

3.1 调整通风

为了确保采面在通过联络巷时通风系统稳定，在采面距联络巷仍有30m距离时就在联络巷下口位置用草泥及板壁构建1道风障，风障中间采用罗克休填充，从而提升风障密闭及性强度，在风障上预留调节风窗。完成风障构造后，拆除联络巷进风口原有的两道风门，在采面过联络巷期间确保联络巷内风量在225m3/min。

3.2 自燃发火预报

81305采面在过联络巷期间自燃发火的关键位置是采空区，进、回风巷隅角以及联络巷，为确保采面生产安全，采用以束管监测为主，人工监测为辅的自燃发火监测系统。采空区内束管布置：随回采工作面推进，将1～3#束管采样器依次埋入采空区内，确保在回风侧采空区内距离采面60m范围有2个以上束管监测点。联络巷内束管布置：回采工作面与联络巷相距20m时，在工作面进风巷向联络巷采面帮间距60m布置2个束管监测点。在联络巷与采面三角区内布置3个测温电阻（埋入深度1m以上）监测温度，见图1布置。安全监控：在采面回风巷上隅角、距离切顶线10m内以及采面与联络巷交汇点下风口10m位置处安装CO、CH4、O2及温度传感器。并在采面内增设一个O2传感器，监测联络巷与采空区交汇处O2变化，防治采空区注入氮气溢出造成安全事故。

3.3 全断面注氮

由于15号层存在低温氧化可能，为确保采面过联络巷期间安全，采用全断面埋管方式24h不间断进行注氮，流量控制在1200m3/h。从采面距离联络巷20m时开始布置注氮管路，在刮板机位置沿着煤层倾向铺设直径50mm注氮花管，并与铺设在进风巷内的注氮管路连接。注氮管路埋入采空区20m后开始注氮，采面每推进20m布置一道氮气幕，直至采面推進过联络巷20m以上。注入氮管路买入采空区超过80m时，可以停止注氮。

3.4 注入三相泡沫

在采面与联络巷相距10m时开始在从回风巷沿煤层倾斜方向铺设长度50m注浆管，注浆管前端6m为花管，尾部与回风巷内注浆管连接，采面每推进50m铺设一道注浆管，具体三相泡沫注浆管路铺设见图2。随着推进，注浆管埋入采空区40m时开始注入三相泡沫，每次注入量为90m3。注入时，发泡器与注入点间距应控制在100m以内，以便达到最佳防灭火效果。

3.5 煤柱注水

在采面过联络巷时，采面与煤柱间的三角区煤体裂隙发育，破碎后的煤体极易出现氧化升温，加之采面过联络巷时推进速度缓慢。因此，当发现煤体内温度升高趋势时，应注水防灭火。注水钻孔布置见图3，开孔高度距离进风巷底板1.2m，注水孔孔径为75mm，采用马丽散封孔，注水采用静压方式，每个注水孔注浆量为50m3。

3.6 高分子材料封堵

采面过联络巷，采面上端头或者液压支架后方联络巷内顶板冒落不充分，采面风流通过裂隙向架后采空区漏风。为避免漏风，在联络巷顶板冒落不充分区域注入高分子材料进行封堵。①上隅角防漏风封堵：若上隅角处悬顶高度及区域较小，可采用高分子材料充填;若较大时，采用吊挂风筒布及砌筑沙袋强方式封堵;②联络巷与采面交汇处漏风封堵：在联络巷与采面交汇处顶板冒落不充分，则成为采空区漏风通道，该处范围较小，因此，在支架尾梁与悬吊风筒布，并采用高分子材料进行充填。

4 防治效果

81305采面在过联络巷时采用防灭火技术方案共耗时60d通过，具体上隅角处CO浓度、采面与联络巷三角区煤体内温度监测结果见图4、5。可以看出，采面过联络巷期间虽然上隅角处CO浓度稍有波动，但是浓度均处于低位，整体上呈现先增加后降低趋势;三角区内煤体温度个别事件段内有升温趋势，但是矿井采取设计的煤体注水方案后，温度迅速降低，确保了采面安全通过联络巷。

综上所述，长距离工作面为了通风、排水、安放设备以及紧急避难等原因，难以避免需要掘进联络巷。本文分析了导致联络巷自燃主要因素，认为采面过联络巷时防治自燃的重点应放在采空区遗煤，并强化对三角区内进行监测，发现异常及时采取综合防灭火技术措施，单一防灭火技术措施由于存在自身局限性，难以确保采面生产安全。

参考文献：

[1]马权.易自燃厚煤层留顶煤收作防治煤层自燃技术[J].煤矿现代化，2020（01）：54-55+58.

[2]曹志刚，师吉林，张海洋，褚新龙，赵凯.采空区注氮流量对氮气扩散半径的影响研究[J].矿业安全与环保，2019， 46（05）：12-15.

作者简介：

郝富强（1984- ），男，山西平遥人，本科，通风工程师，主要研究方向：煤矿通风安全与瓦斯防治。