超长综采工作面设备回撤期间采空区遗煤自燃防控技术研究

卫志敏

（山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司， 山西 沁源 046500）

煤层自燃是矿井煤炭回采面临的主要灾害类型之一，煤层自燃不会产生有毒有害气体，严重时甚至伴随瓦斯、煤尘爆炸等灾害，威胁井下作业人员安全[1-2]。随着矿井综合机械化设备的应用推广，采面推进速度不断增加、采空区内遗煤量有所减少，因此采面正常回采时采空区内遗煤自燃风险相对较低。但是在综采设备回撤期间，由于生产停滞，采空区内遗煤在漏风作用下会持续氧化，从而自燃风险较高[3-7]。因此，在综采工作面设备回撤期间采取针对性措施对采空区遗煤自燃进行防治可在一定程度上提高综采设备回撤安全保障能力。文中以山西某矿9605 超长综采工作面为工程实例，对综采设备回撤期间采取的采空区遗煤自燃防控技术进行探讨，以期为其他矿井类似情况下的采空区遗煤防灭火工作开展提供经验借鉴。

1 工程概况

9605 综采工作面回采的9#煤层埋深平均530 m，煤层厚度平均为2.68 m，为自燃发火煤层（自燃发火期介于33～120 d），采面回采过程中揭露有24 条断层，受地质构造影响，采空区内遗留一定的煤炭，现场统计得到9605 工作面煤炭综合采收率为85%。工作面设计走向1 320 m、倾斜长度为328 m，采面属于超长综采工作面，采用传统的U 型通风方式，推进速度平均4.8 m/d。正常情况下采面供风量为680 m3/min，采空区内漏风量平均38 m3/min。通过对采空区内氧气浓度进行测定，初步判定采空区内散热带、氧化带以及窒息带宽度分别为采空区后方0～28 m、28～57 m、57 m 以内。

采面推进至停采线后，受到进风巷侧漏风、工作面内液压支架数量多、设备回撤周期长等因素综合影响，采空区内遗煤自燃发火危险性显著增加，给液压支架回撤带来显著的安全威胁。

2 采空区遗煤自燃防控技术措施

截止到2020 年6 月21 日，9605 综采工作面已停采接近20 d，期间共回撤10 台液压支架，其中还剩余217 架，为了确保液压支架安全回撤，提出采用束管监测对采空区气体成分进行探测，并通过堵漏、降温等综合措施进行采空区遗煤自燃发火治理。

2.1 采空区气体成分监测

在9605 综采工作面停采后即安排专业人员对工作面进风、回风隅角以及回风流中气体成分进分析，当发现气体成分存在异常时则及时采取治理措施。将束管监测系统引入到采空区气体成分测定中，每天循环测定一次，并做好记录，当发现异常及时上报并预计预案采取治理措施。

2.2 采空区封堵

在液压支架顶梁后铺设风筒布减少采空区内漏风量。在与停采线相距20 m 位置处，在液压支架顶梁上铺设风筒布、钢丝网等减少漏风。在现场使用的风筒布规格为330 m×21 m，在末采期间通过风筒布将回撤空间与采空区间相隔离，可起到有效降低采空区漏风率目的。具体在液压支架上风筒布铺设情况见下页图1 所示。

图1 液压支架上风筒布铺设示意图

2.3 采空区惰化

1）使用液态二氧化碳降低采空区温度。通过注入管路向采空区后方灌注液态二氧化碳，液态二氧化碳由液态向气态变相过程中会吸收大量的热量，从而迅速降低采空区内温度，同时二氧化碳变相过程中体积会膨胀560 倍，显著降低采空区内氧气浓度，从而使得原本属于氧化带的空间过渡到窒息带。具体在采空区内灌注液态二氧化碳装置包括有CPW-20 型气罐、罐体、平板车以及控制阀等构成，通过采面进风、回风巷顶板预留的措施孔、灌浆管路等向采空区内灌注液态二氧化碳。

2）采空区灌浆。向采空区内灌注的防灭火浆液包括主要为MEA 防火剂，具体MEA-1 防火灭剂、水、阻化剂等按照一定配比组成的胶体，具有保水性好、耐高温以及密闭性强等优点，可提高采空区内阻燃效果。使用注浆泵通过预留的措施孔向采空区内灌注MEA 防火剂，并优先在采面133 号—168 号液压支架顶板上灌注，终孔位置应在采空区遗煤较多位置。具体灌浆可依据现场实际情况确定，并调整灌浆孔施工参数、数量。

2.4 防灭火效果分析

在9605 综采工作面设备回撤期间，通过漏风点封堵、采空区注液态二氧化碳、灌注MEA 防火剂等措施后，采空区内自燃发火标志性气体浓度（质量分数）得以明显降低，最终稳定到36×10-6；在回撤空间内未再监测到CO。表明，通过采取针对性的采空区遗煤自燃防控技术后，架后采空区迅速由氧化带进入到窒息带，遗煤自燃问题基本得以控制。具体在液压支架后方布置的各个测点获取到的CO 浓度（质量分数）变化情况见图2 所示。

图2 测点获取到的CO 浓度（体积分数）变化情况

3 结论

9605 综采工作面开采的9#煤层具有自燃发火危险性，由于斜长达到328m，液压支架回撤耗时较长，加之开采过程中受地质构造影响采空区内遗煤量较大，从而使得综采工作面在设备回撤期间采空区遗煤存在一定的自燃威胁。

依据工作面实际情况，从监测监控、减少漏风、降低采空区内温度以及氧气浓度等方式进行遗煤自燃防控，具体措施为：在工作面液压支架后方铺设风筒布，将液压支架回撤空间与采空区间隔开，从而减少采空区漏风量；通过预留的措施孔向采空区内灌注液态二氧化碳，通过二氧化碳变相降低采空区内温度以及氧气浓度；在遗煤量较多区域灌注MEA 防火剂，避免遗煤自燃。

现场应用后，采空区内一氧化碳浓度最终控制在36×10-6以内，综采设备回撤过程中基本作业空间内基本探测不到一氧化碳，现场取得较好的采空区遗煤自燃防控效果。