沿空留巷工作面采空区综合防灭火技术研究

米永信

（山西焦煤汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司和善煤矿， 山西 沁源 046500）

煤层自燃会给井下作业安全带来严重威胁，根据有关统计结果，现阶段国内正常生产的矿井中约有56%回采的煤层具有自燃发火问题[1-2]。为了防止开采的煤炭自燃，众多的研究学者对防灭火技术展开研究，主要技术类型包括有采空区注水、均压通风、喷洒阻化剂、注凝胶、注氮以及三相泡沫等措施[3-6]。矿井开采过程中通过采取上述防灭火技术措施有效降低了煤层自燃影响。随着沿空留巷技术应用推广，矿井采掘接替紧张局面得到一定程度缓解，但是回采工作面采空区漏风率以及漏风强度有所增加，在一定程度上加剧了采空区遗煤自燃发火危险性[6]。为此，文中以山西某矿1506 综采工作面为工程实例，对沿空留巷工作面采空区综合防灭火技术研究，以期在一定程度上提高矿井安全生产保障能力。

1 工程概况

山西某矿井田面积约为36 km2，矿井核定生产能力为1.8 Mt/a，主要开采煤层有2 号、3 号、5 号、7号、11 号等，采用斜井、平硐开拓方式，现阶段生产主要集中在+800 m、+600 m 水平。矿井采用混合式通风方式。井田开采区域内水文地质条件较为复杂，生产期间正常涌水量介于356～423 m3/h 间。

1506 综采工作面开采5 号煤层，采用切顶卸压沿空留巷方式保留有回风巷，采面走向、倾向平均长度分别为1 658 m、186 m，采用Y 型通风方式，通风量正常为1 780 m3/min。回采的5 号煤层厚度平均3.5 m，顶底板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主，煤层自燃发火周期介于96～180 d。采面开采范围内地质条件较为复杂，其中DF21 断层（H=2.1～3.9 m，52°<67°）对1506 综采工作面正常回采有较大影响。

2 沿空留巷工作面采空区遗煤自燃发火风险分析

采空区内遗煤自燃需要满足遗煤具有自燃发火倾向性；煤体呈现破碎堆积态；有持续的氧化环境（供氧条件）。1506 综采工作面回采的5 号煤层自燃发火倾向性为II 类、自燃发火期最短为96 d；采面采用切顶卸压留巷方式，通风方式为Y 型，采空区内漏风范围较大、漏风强度较高，从而采空区内遗煤提供持续的氧化环境；采面在回采过程中受到地质构造、煤炭回采等因素影响，采空区内遗留有大量的煤炭。通过上述因素分析可知，1506 综采工作面采空区内遗煤存在一定的自燃发火风险，需要针对性采取防灭火技术措施，以便为采面回采创造相对安全环境。

3 综合防灭火技术

3.1 采空区遗煤自燃发火危险性预测

在1506 综采工作面邻近的1502 采空区布置防火观测点，采取定期取样、人工检查方式对采空区内气体成分进行测定；在1506 工作面液压支架架挡位置、回风上隅角位置、留巷侧位置等均布置防火观测点，其中在留巷侧位置布置的防火观测点间隔为60 m，对各个观测点进行定期取样分析、人工检查。当发现采空区内有自燃发火标志性气体时，应立即采取措施对采空区遗煤自燃发火进行治理。

3.2 采空区漏风封堵技术

在采面回采前即对留巷侧煤柱进行注浆加固，每隔10 m 布置一个注浆钻孔，注浆浆液选择封堵效果好的高分子化学浆液。在1506 进风侧密闭墙以及巷道顶底板、巷帮等进行喷浆堵漏，从而减少巷道漏风量。随着1506 综采工作面不断推进，采面底抽巷与采空区间形成贯通的漏风裂隙，会增加采空区漏风，为此，封闭采面下部用以瓦斯抽采的底抽巷，以便隔绝漏风通道。

合理优化采面供风量，在1506 综采工作面正常回采期间，在留巷段位置布置侧风点对不同风量下采空区漏风范围、漏风强度等进行现场实测，结果发现工作面供风量控制在1 500 m3/min，其中机巷、风巷风量分别控制在1 100 m3/min、400 m3/min 时通风不仅可满足采面生产需要，而且采空区漏风较小。为此，将采面供风量由1 780 m3/min 降低至1 500 m3/min。

3.3 采空区灌浆技术

通过地面东风井灌浆站对1506 综采工作面采空区进行集中灌浆。在1506 工作面风巷内布置一趟集中灌浆管路，并在留巷侧使用Φ50 mm 灌浆管在采空区内每隔30 m 布置一个灌浆孔用以对采空区循环灌浆，具体采面灌浆系统布置见图1 所示。

图1 采面灌浆系统布置图

在1506 综采工作面初采期间由于采空区内遗煤量较多，通过循环灌浆方式进行遗煤防灭火，初采期间灌浆量累积达到2.10×104m3；采面回采至DF21 断层位置时，受断层影响采面推进速度缓慢、采空区内遗煤量显著增加且遗煤破碎，为此，在此期间增加黄泥浆灌注量，期间共计灌注黄泥浆约2.18×104m3。

3.4 采空区灌注化学阻燃材料

根据井下巷道布置层位关系并减少灌注化学阻燃材料给采面煤炭回采影响，提出在东翼3 号煤层瓦斯抽采巷内施工钻孔，通过钻孔向1506 综采工作面采空区灌注化学阻燃材料。布置的钻孔沿着采面倾向布置，钻孔间距为300 m、共计布置4 组、每组包含4 个灌注钻孔。通过灌注钻孔向采空区内灌注史达夫化学阻燃材料，从而在采空区内形成隔离条件。在1506 综采工作面回采期间共计注入史达夫化学阻燃材料约62 t。

3.5 其他防灭火技术

在1506 综采工作面回采期间向煤壁以及顶底板遗煤等位置喷洒阻化剂；采面适当增加推进速度等方式尽快将采空区内遗煤进入到窒息带。在留巷段内对部分漏风较大区域适用高水充填材料构成密封墙体，减少采空区内漏风量。

4 现场应用效果分析

在采面留巷段位置布置测点对采空区内自燃发火气体成分进行测定，其中在采面回采初期布置1 号测点，在过DF21 断层期间布置2 号测点，具体各测点监测到的采空区内CO 浓度（质量分数）情况见图2 所示。

图2 采空区内CO 浓度监测结果

从监测结果看出，采面在初采期间、过DF21 断层采空区CO 浓度（质量分数）均控制在15×10-6以内，取得较好采空区遗煤防灭火效果。

5 结论

1）1506 综采工作面采用切顶卸压留巷技术将采面风巷保留下来为邻近的1508 工作面生产服务，同时采面由传统的U 型通风方式转换成Y 型。受开采的5 号煤层具有自燃发火倾向性、采空区漏风量较大以及采空区内遗煤量较多等因素影响，工作面采空区遗煤存在一定自燃发火风险，给采面回采安全带来一定威胁。

2）提出采用监测手段对采空区内自燃发火标志性气体进行监测，并提出降低采空区漏风、灌浆以及灌注化学材料为主的综合防灭火措施，并辅助采用喷洒阻化剂、减少采空区遗煤以及适当增加采面推进速度等防灭火措施。现场应用后，采面回采初期以及过DF21 断层期间采空区内CO 浓度（质量分数）均控制在15×10-6以内，采面正常回采期间采空区内基本监测不到CO，现场使用的综合防灭火技术取得较好应用效果。