综放工作面收尾期间自然发火防治技术探讨

2022-08-18陈建飞

江西煤炭科技 2022年2期

陈建飞

（山西焦煤有限责任公司官地煤矿，山西太原 030022）

煤炭作为我国主要能源赋存广泛，由于煤炭形成时期、环境等不同，部分煤炭有自然发火[1-2]的特性，严重影响煤炭资源的安全高效开采。广大技术人员结合不同开采地质条件，对煤炭开采防灭火技术进行了研究[3-4]。本次结合官地煤矿生产实际，探讨如何防治综放工作面收尾拆架期间采空区自然发火的难题。

1 工程概况

官地煤矿现开采8 号煤层和9 号煤层，煤层倾角为10°。 8 号煤层厚3.5 m，8 号上煤层厚0.65，两层间距为1.7 m；9 号煤层厚3.21 m，距上部8 号煤层0.93 m；8 号煤层属Ⅱ类易自燃煤层；9 号煤层为Ⅲ类不易自燃煤层；8 号和9 号煤层间距较小，采用综放联合开采8 号和9 号煤层，一次全高采9 号煤层，放8 号煤层。28417 工作面，切眼长200 m，可采长度617 m，其上部为16405、16407、23414、23416、23418 工作面采空区，东部和西部分别为28412 和28416 采空区。

2 自然发火分析

2.1 发火地点

（1）架后网上煤炭自燃。为维护工作面顶板安全，在工作面末采期间需停止放顶煤，并铺网维护顶板，铺网宽度为15 m，工作面回采过后，该区域顶煤冒落与采空区，长时间热量积聚，含氧量上升，极易氧化自燃。

（2）架顶煤炭自燃。工作面末采铺网及停采拆架时，支架上部和由于后溜上部煤炭遗留未放出，拆架后顶煤冒落，风流扩散对冒落煤炭供氧，若拆架时间过长，则会导致冒落煤炭自燃的可能性增加。

2.2 发火原因

（1）通风断面变小局部阻力增大。停采后准备拆架时，工作面通风断面较大，拆除部分支架后，支架上部顶煤冒落，导致已经拆架区域通风断面变窄，通风阻力增大，风压升高，工作面风流会向采空区深部扩散，使得工作面采空区大范围漏风，氧气含量身高，遗煤出现氧化自燃的概率大幅升高。

（2）拆架时间长。根据以往经验，工作面停采拆架用时长，一般超过30 天，采空区遗煤内部热量不断积聚，加之通风阻力大，新鲜风流不能将热量带走，导致遗煤自燃可能性增大。

（3）采空区漏风严重。工作面支架可以阻挡工作面风流使其漏入采空区，支架拆除后无法起到挡风作用，工作面风流漏入采空区；工作面进风、回风隅角由于有煤柱的支撑，顶煤冒落不严实，会形成一个漏风带，特别是进风侧风压大，漏风深度更深，造成采空区“三带”中的氧化带区域加宽，增加了遗煤自燃着火的危险性。

3 防治技术

3.1 强化预测预报

在工作面回风隅角、工作面、回风流以及支架间设置自然发火观测点，每班安排专人对回风隅角、工作面、回风流以及支架前、后部间隙的CH4、CO2、CO、O2、温度等情况进行综合检查，制定专项检查表，对数据进行跟踪、整理、分析，实时掌握工作面的自然发火情况，防患于未然。

3.2 实施顶煤注浆

针对顶煤冒落空隙大，具备大量漏风通道[5-6]，形成氧气积聚，采用预注浆减小漏风通道。工作面拆架通道形成后，在邻近支架之间施工注浆钻孔，进行顶煤注浆，加固顶煤，增大顶煤冒落的完整性，减少漏风通道和漏风量，同时通过注浆使氧化带提前进入窒息带，从而降低采空区遗煤自燃风险。注浆钻孔布置参数如下：①开孔位置位于相邻两个支架前端，终孔位置位于支架尾梁后端采空区氧化带内，总计施工129 个钻孔；②钻孔孔深为11.4～15 m，倾角为27°，钻孔封孔长度为6 m；③注浆材料采用速凝固化剂，注浆料与水的比例为1:1.5。注浆过程中一旦支架后部或顶部的煤炭裂隙漏出浆液，立即停止注浆，总计使用注浆材料28 t。钻孔布置如图1 所示。

图1 注浆钻孔布置

3.3 优化拆架工艺

以往工作面支架拆除时，采用副巷拆架运输，正巷回风的方式，为保证回风通道畅通，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；此种拆架工艺，拆架效率低，拆架时间过长，采空区遗煤自然发火风险大。本次工作面收尾采用优化拆架工艺，即采用正、副巷同时出架的回撤方案，缩短拆架时间。其具体工艺如下：①通过施工回风联络巷，使工作面形成两个拆架通道，回风联络巷位于工作面上部40 号支架处，距正巷60 m。②形成通风系统后，分上下两部，通过正、副巷同时拆架。工作面先拆除40 号支架，之后按照邻近原则，1#～38#支架按照倒序逐步经工作面正巷拆出，39#～135#支架按照正序依次经工作面副巷拆出。③采用两端双通道拆架，需调整工作面通风系统，除正常供风外，为保证拆架期间通风稳定，需在正巷皮带机头安装局部通风机，对工作面上部1#～38#支架拆架处进行供风；同时为防止39#～135#拆架期间因顶板垮落堵塞通风通道，在副巷安装局部通风机作为备用，通风系统如图2 所示。④局部采空区及时密闭。由于工作面上部拆架数量少，在其完成拆架后，需及时进行永久密闭，降低工作面自然发火危险性。同时利用局部通风系统，对下部区域39#～135#架拆架处进行供风，工作面1#～38#架区域封闭后通风系统如图3 所示。⑤工作面采空区整体密闭。工作面拆架完毕后，在正、副巷口及时构筑永久密闭，彻底封闭采空区。

图2 拆架期间通风系统

图3 工作面1#-38#架区域封闭后通风系统

3.4 控制风量

根据工作面瓦斯涌出来量，拆架作业人数，综合确定工作面回撤期间的供风量；通过降低配风量使后部采空区氧化带的含氧量降低，使氧化带提前进入窒息带。供风量由正常回采时的1 200 m3/min 降低至400～500 m3/min。

3.5 持续注氮

工作面拆架期间，使用回采期间的注氮系统[5-6]，持续保持对采空区注氮，以降低采空区含氧量，防止遗煤自燃。在工作面停采前将注氮口埋入采空区，距离不少于30 m，注氮口距底板不少于300 mm，氮气浓度大于97%。

3.6 快速封闭

为提高采空区密闭速度，采用新材料进行永久密闭施工。在封闭通往采空区的巷道时，先用料石在巷道内构筑密闭前后墙，之后中间充填材料改为速凝固化剂，该材料与水混合可以通过泥浆泵直接注入墙体内，提高了封闭速度和封闭效果，比传统封闭工艺节省5 天时间。

4 效果分析

官地煤矿综放工作面，以往拆架耗时40～50 d；采用正、副巷同时出架工艺后，支架拆除仅用时25～30 d，拆架时间大幅缩短，拆架效率提升约40%。针对自然发火威胁，采用综合防治技术后，工作面在回撤后期回风流内CO 浓度由以往的60～80 ppm 降低至18 ppm，大大降低煤层自然发火危险，取得了良好的效果。