济二矿复杂地质构造综放工作面综合防火技术

姜希印 李毅恒 陶维国

（1.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东 济宁 272000；3.西安天河矿业科技有限责任公司，陕西 西安 710000）

矿井热动力灾害是煤矿的重大灾害类型，矿井火灾是矿井热动力灾害中一种，而其中以煤自燃导致的矿井火灾尤为严重。它不仅会造成资源的大量损失，同时也易引起酸雨、雾霾等环境问题，而且还会产生温室气体（CO和CH4）、有毒有害气体（CO、SO2、H2S、N2O、NOX等）和微量元素（As、F、Se、Hg等），对井下工作人员身体健康造成严重威胁。因此，运用正确的方法，采取恰当的防火措施，对煤矿火灾防治工作具有重要意义。

济二矿11310 综放工作面在煤层厚、断层多且落差大、推进速度慢、丢煤多及冲击地压灾害严重等复杂因素影响下，存在煤自然发火隐患，此前进行三次封闭处理。济二矿对研究11310 综放工作面回采期间和停采撤架期间的防火技术十分重视，紧密结合实际情况，分析工作面煤自燃危险性，制定针对性的综合防火方案，采取有效防火技术措施，消除工作面在正常回采和停采撤架期间的自然发火隐患，保障11310 工作面完成回采及撤架工作。

1 工作面概况及煤自燃危险性分析

1.1 工作面概况

11310 综放工作面位于十一采区西部。11310 综放工作面所采煤层为二叠系山西组3 煤及3下煤，黑色，以亮煤为主。工作面煤层结构复杂，含一层或多层粉砂岩夹矸，夹矸厚0.2～2.0 m。工作面整体地层为西部高、东部低的单斜构造，煤层倾角2°～15°，平均7°，工作面中、西部煤层倾角较大，东部煤层倾角相对较小。

1.2 煤自燃危险性分析

（1）松散煤体。11310 综放工作面受断层影响，采空区丢煤量大，出现自然发火隐患。另外由于综放工作面架后遗煤量较多，均具备自然发火的环境，架后其他地点仍存在自燃高温的可能。

（2）漏风供氧。采空区存在大量漏风供氧通道，漏风充足，为采空区自燃以及隐患点复燃提供了良好的供风供氧和自燃蓄热条件。

（3）氧化时间。由于回采条件复杂、顶板破碎等因素影响，工作面推进速度慢，停留时间较长，为煤自燃或复燃提供充足的时间保障。

2 工作面防火方案及综合防火技术

2.1 工作面防火方案

结合11310 综放工作面的实际条件和各种防灭火技术特点，按照尽快减少采空区漏风、降低采空区氧浓度、消除高温点的原则，确定治理方案：施工碎煤墙、隔离垛，建立防火隔离墙，铺设风筒布，并在进风端头及断层前后注凝胶建立胶体隔离带；向采空区压注液态CO2，降低采空区氧浓度和空气温度；同时减少采空区遗煤量，断层丢煤隐患点注凝胶处理。对综放工作面进行综合治理。

2.2 综合防火技术应用

2.2.1 工作面监测预报

（1）每天对工作面两隅角、回风流、支架后方、架间监测孔、采空区预埋束管气体进行取样分析 1 次，分析成分有 CH4、CO2、CO、O2、C2H6、C2H4，发现有气体异常时及时采取措施进行处理。

（2）瓦斯检查员必须每班对工作面两隅角、回风流中的CO 气体浓度、空气温度进行检查，发现异常立即汇报。

（3）将11310 工作面采空区束管引入循环系统，每天循环监测一次，并记录形成报表，发现异常立即采取措施进行处理。

2.2.2 回采期间防火技术措施

（1）堵漏风技术

① 综采一区每间隔5 m 在运顺隅角施工一道碎煤墙，轨顺隅角在64#处开始施工碎煤墙，进行喷涂赛福特，减少漏风。施工碎煤墙示意图如图1。

图1 施工碎煤墙示意图

② 在两条顺槽后部采空区堆积土袋（或砂袋），建立防火隔离墙，间距为60 m。在工作面上、下隅角每隔5 m 用碎煤矸和胶体防灭火材料掺和，用水洒湿，装进编织袋，打一道挡风墙。

③ 在运输顺槽61.5#～63#点断层揭露处高冒区提前敷设风筒布，减少向采空区漏风。对进风端头及轨顺隅角各悬挂2 道挡风帘，分别位于顺槽支架后立柱及人行过桥里侧、146#支架后立柱及后部机尾，挡风帘接顶接帮。

④ 在运顺揭露9F38 断层处施工高位钻孔，利用运顺双液泵（1#泵），对施工的钻孔压注水玻璃胶体，单孔压注量为50～300 m3。根据回采进度，利用运顺2#双液泵对碎煤墙间注满水玻璃胶体，形成隔离实体，每个墙间注胶量不得低于90 m3。注胶钻孔剖面图如图2。

图2 注胶钻孔剖面图

⑤ 工作面支架后方沿倾斜方向铺设高压胶管贯穿整个工作面，工作面移架时，对采空区进行注浆作业。每次开阀数量一般为2～4 个。当工作面下机巷有浆涌出时，即可停止注浆。工作面注浆每进一刀注浆一次。

（2）降氧抑温

通过11310 运顺端头每20 m 预留管路向采空区内压注液态CO2，降低采空区内O2浓度及空气温度。随工作面回采及碎煤墙施工预埋管路的情况，待预埋管路进采空区30～50 m 范围内时，及时更新惰性气体管路连接情况，保证压注范围保持在采空区50 m 以内。

（3）其他措施

① 减少采空区遗煤量。综采一区加强放煤管理，后方放煤要见矸，并根据情况对两顺槽施工的锚带进行退锚，实施放煤。

② 断层丢煤隐患点处理。对断层的丢煤隐患点进行注凝胶处理。自工作面60#架开始向机尾方向打钻，对钻孔压注凝胶，预计单孔注胶量10～20 m3。

2.2.3 停采撤架期间防火技术措施

（1）堵漏风技术

① 对运顺端头悬挂2 道挡风帘，分别位于顺槽支架后立柱及人行过桥里侧；对轨顺隅角悬挂2 道挡风帘，分别位于146#支架后立柱及后部机尾。挡风帘必须接顶接帮，防止向采空区漏风。

② 停采前架后铺设风筒布。

③ 轨、运顺端头注胶。利用双液泵超远距离注胶系统，对两顺槽76#及75.5#两道碎煤墙间充填凝胶，注胶量不得低于100 m3。钻孔施工，压注凝胶。停采后利用双液泵对架间和架后钻孔进行注胶，单组孔注胶量不少于10 m3。根据工作面内架后丢煤情况，重点处理两端头及9F38 断层面附近，每5组支架施工深钻孔，单组孔注胶量不少于50 m3。

④ 架间防灭火钻孔压注凝胶工艺，严格控制凝胶比例，水玻璃按12%配比，小苏打按5%配比，成胶时间控制在0.5～1 min。停采后10 d 内完成注胶工作。

（2）降氧抑温

在11310 轨顺敷设1 路PVC 管路，通风系统调整后利用72#、74#预留管路向采空区内压注液态CO2，降低采空区内O2浓度及空气温度。

（3）其他措施

① 减少采空区遗煤。工作面停采开始上网时必须沿顶截割，减少停采线丢煤。综采一区减少采空区丢煤及停采位置留顶煤情况，及时清理工作面浮煤。

② 减小设备回撤周期。合理安排工作面撤架工作，保证工作面机械设备有序、安全、快速、高效地撤出。

3 应用效果分析

3.1 回采期间防火效果分析

工作面及回风流CO 浓度存在异常，在此期间，采取相应的防火措施，工作面和回风流CO 浓度均呈逐渐下降的趋势。其中回风流CO 浓度由最大值80 ppm 逐渐下降至0 ppm；工作面CO 浓度由最大值287 ppm 逐渐降至0 ppm（图3、图4）。这说明防火措施起到消除自然发火隐患的作用，为工作面正常回采提供有力保障。

期间，2018 年4 月，CO 浓度出现略微的升高，是由工作面推进速度减慢造成的。

图3 工作面CO 浓度变化情况

图4 回风流CO 浓度变化情况

3.2 停采撤架期间防火效果分析

由图5 和图6 可知，工作面停采撤架期间虽出现短暂CO 浓度升高情况，但均未超过24 ppm，由此可知防火措施有效消除了11310 综放工作面停采撤架期间自然发火隐患。

图5 工作面CO 浓度变化情况

图6 回风流CO 浓度变化情况

4 结论

（1）从松散煤体、漏风供氧、氧化时间三个角度对济二矿11310 工作面进行煤自燃危险性分析，阐述11310 工作面存在的煤自燃隐患，以便后续开展准确有效的防治工作。

（2）根据11310 工作面煤自燃危险性，结合工作面基本情况，按照尽快减少采空区漏风、降低采空区氧浓度、消除高温点的原则，提出针对性的煤自燃治理方案。

（3）通过应用堵漏风、降氧抑温以及减少采空区遗煤量和断层丢煤隐患点处理等有效的防火技术措施，明显降低了工作面和回风流的CO 浓度，从而消除煤自燃隐患，保证11310 综放工作面正常回采和停采撤架期间工作的顺利进行。