改进工作面收尾期间拆架工艺预防采空区发火

闫秀军

（山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿，山西 太原 030022）

自然发火是制约煤矿安全生产的重要因素，因此预防并提高此类煤层防灭火技术显得尤为重要[1-5]。山西焦煤集团官地矿8#煤层28417 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭冒落、破碎后遗留在采空区内，且煤柱侧以及进风侧存有漏风现象，若工作面的拆除时间超过30 d，此处煤炭极易发生自燃。通过改变原有工作面拆架工艺技术，有效消除工作面收尾拆架封闭期间的自然发火隐患。

1 矿井概况

山西焦煤集团官地矿设计能力为330 万t/a。经测定，矿井绝对瓦斯涌出量为91.67 m3/min，相对瓦斯涌出量为13.61 m3/t，属高瓦斯矿井，建有地面高、低浓度集中瓦斯抽放泵站。矿井采用平硐～斜井联合开拓方式，井田内共布置有10 个井筒（6 个进风井、4 个回风井），井田内分南、中、北三条石门大巷延伸划分为南部、中部、北部三个区域，逐步由浅向深、至上而下开采，采区内条带式布置工作面，采用倾斜长壁后退式回采。现开采28417工作面正巷741 m，副巷689 m，切眼200 m，采用走向长壁后退式采9#煤放8#煤综采低位放顶煤综合机械化采煤方法。其中8#煤层总厚度5.85 m，9#煤层平均厚度3.21 m，煤层倾角 3°～20°。采9#煤时，采取跟顶跟底一次采全高，平均采高3.2 m，保证采高不高于3.50 m，不低于3.0 m（工作面布置如图1所示）。开采煤层中8#煤层为Ⅱ类自然煤层，最短发火期89 d，且此煤层煤尘具有爆炸性，爆炸指数为20.14%。工作面正常生产期间，工作面及两巷端头喷洒阻化剂，注氮泵24 h 不间断对28417 工作面采空区进行注氮防灭火，要求氮气浓度保持在97%以上，流量保持在870 m3/h，同时加强日常的预测预报工作。

图1 28417 工作面布置示意图

2 发火原因分析

28417 工作面拆架封闭期间发火原因综合分析如下：

（1）架顶煤炭及网上煤炭氧化自燃

① 工作面停采后支架和后部溜子上方的煤炭主要呈裂隙状，其破碎程度在停采初期相对较小。随着支架逐渐拆除，此处煤炭由于失去支撑力而逐渐冒落、破碎，此时当风流流经该区域时，此处煤炭氧化自燃的可能性将大幅增加。若工作面的拆除时间超过30 d 时，此处煤炭极易发生自燃现象；

② 工作面在距停采线15 m 处需进行铺网以便安全拆除支架，此部分顶煤冒落破碎后将遗留在网内，会在支架后方的采空区内形成宽度约15～20 m、长度近似等同于工作面倾斜长度的破碎煤条带。此时采空区漏风会为此部分遗煤持续提供氧气进行持续氧化，同时封闭空间导致其氧化所产生热量不易扩散，因此，此部分遗煤极易发生自燃现象。

（2）采空区漏风增加

① 在开采作业中，由于上下巷道煤柱的支撑作用，在靠近煤柱侧存有未冒实的三角漏风带，特别是进风侧受风流冲击作用会使得大量风流进入采空区，为采空区遗煤自燃提供了连续供氧条件。此处风流对采空区内“三带”影响范围最深，这是综放工作面极易发火的主要原因；

② 工作面进行拆架期间，由于支架顶部煤炭失去支撑力后会冒落堆积到切眼处，导致原有通风断面将逐渐缩小，此处局部通风阻力大幅增加，此时风流会扩散到采空区内部，采空区漏风量增加使得“三带”宽度增大，最后导致采空区后方停采线与采空区约50 m 之间范围内的遗煤极易发生氧化自燃。

3 新拆架工艺技术应用及效果分析

3.1 新拆架工艺技术应用

传统工作面支架拆除时，常采用副巷拆架运输、正巷回风的方式。此种拆架工艺必须在工作面支架拆除后，在掩护支架后部及时加打“#”型木垛，才能确保回风通道畅通。此种拆架工艺所需时间过长，为采空区遗煤提供了较长的氧化时间，导致发火风险增大。经对传统拆架工艺进行改进，可有效降低发火风险，具体技术如下：

（1）在工作面切眼40#支架（约60 m）处预先施工一条回风联络巷，将此巷作为正、副巷出架时的回风通道。

（2）工作面采用正、副巷同时拆架方式，其中1#～38#支架经工作面正巷拆出，39#～135#支架经工作面副巷拆出。具体为：工作面首先拆除第一个支架（40#支架），然后将39#支架作为副巷拆架方向木垛架，依次往外进行拆架，同时将38#支架拆除后作为正巷拆架方向木垛架，依次往外进行拆架。

（3）在28417 正巷皮带头20 m 处安装两台功率为22 kW 的局部通风机，对正巷拆架处进行供风；在距28417 副巷口20 m 处安装两台功率为30 kW的局部通风机，若发生副巷拆架处顶板垮塌，造成回风通道堵塞时，立即启用局部通风机供风进行拆架。拆架期间，28417 工作面通风系统如图1。

（4）正巷处1#～38#支架拆除完毕后，提前在正巷口构筑永久密闭，对正巷进行永久封闭，从而消除工作面自然发火隐患；而副巷（39#～135#）拆架处由于支架数量多，拆架工作相对滞后，需继续利用全负压通风系统进行供风拆架；待副巷拆除完毕后，在副巷口构筑永久密闭，对工作面进行彻底封闭。工作面拆架完毕封闭后通风系统如图2。

3.2 效果分析

此次28417 工作面收尾拆架采用正、副巷同时进行拆架作业，且在拆架过程中，工作面在拆除1#～38#支架时，不需要在掩护架后部架设木垛维护通风断面，减少工人的劳动强度，使得工作面拆架速度加快。同时，工作面在拆除1#～38#架时采用局部通风机供风，与全负压“U”型通风系统相比可以减少后部采空区漏风。此法大幅度减缓了工作面遗煤氧化速度，迫使采空区遗煤提前由氧化带进入窒息带。工作面1#～38#架拆除完毕后，正巷可以提前施工永久密闭，实现分段提前封闭，这将有效抑制其自燃发火的可能性。经现场对CO 浓度实时监测，回撤后期回风流CO 浓度由常规拆架工艺时的60～80 ppm 降低到10 ppm 以下，后期所测浓度均降到《煤矿安全规程》要求范围内，使CO 浓度显著下降。

图2 28417 工作面拆架期间通风系统示意图

图3 28417 拆架工作面封闭后通风系统示意图

4 结 论

（1）通过对8#煤层自燃特性以及28417 工作面发火原因分析，改变了传统工作面支架拆除方式，采用正、副巷同时出架回撤，同时合理调整、优化了原有拆架时的通风方式，有效减缓了遗煤的氧化速度。

（2）经对回撤后期回风流中CO 浓度实时监测，其浓度均降低到安全范围内，防灭火效果显著，有效地抑制了煤层自然发火现象，使得采空区遗煤提前由氧化带进入窒息带。