回采工作面回撤封闭期间防灭火技术

余伟亮

（山西焦煤汾西矿业救护大队，山西 孝义 032300）

煤炭开采过程中，瓦斯、水、低温、煤层自燃等均会给煤炭安全生产带来制约，特别是随着矿井采掘深度增加，煤层开采条件更趋复杂，从而给矿井灾害治理带来一定制约[1-3]。在正常情况下，采面保持一定的推进速度，采空区内遗煤在自燃发火期以内即会进入到采空区窒息带内，一般不会出现采空区遗煤自燃问题；当采面回采遇地质构造或者其他原因导致推进停滞时，采空区遗煤自燃发火概率增加[4-7]。采煤设备回撤是煤炭开采末期重点工序，受煤炭开采设备重量大、井下环境条件恶劣等因素制约，设备回撤一般耗时较长，采空区内遗煤极其容易在此阶段自燃[8]。为此，文中以3202采煤工作面回撤以及密闭期间防灭火为工程实例，针对性提出防灭火技术措施，以期更好地促进煤炭开采工作。

1 工程概况

山西某矿3202采煤工作面为3采区首采工作面，采面开采矿区浅部2号煤层，煤层埋深平均290 m、厚度均值6.3 m，煤层具有自燃发火倾向性。2号煤层赋存较为稳定，仅局部区域赋存有构造，煤层顶板、底板岩性均为炭质泥岩、粉砂岩以及石灰岩，具体岩性参数如表1所示。

表1 2号煤顶底板岩性

3202采煤工作面设计走向、倾向距离分别为1 359 m、238 m，采面采用综放开采工艺，采放比为1.1.22。3202采煤工作面于2019年5月开始回采，至2020年6月回采完毕。采面综放设备回撤共耗时75 d，后续对采面进行密闭。

2 采面回撤封闭期防灭火技术分析

2.1 注氮

在3202采煤工作面密闭区采用注氮方式进行防灭火，具体工艺措施：

1）在采面采空区内埋设全花眼PVC管路（管径50 mm、长度240 mm），花眼直径10 mm、间距200 mm。

2）在注氮管路埋入到采空区后方50 m时即开始注氮，从而在采空区内形成高浓度注氮密闭区，减少采空区内氧气浓度，在开始注氮的同时在铺设另一条注氮管路，管路间距50 m。

3）采面采空区内注氮管路按照上述方法依次铺设。

4）在采面距离停采线120 m时，将注氮管路铺设距离由50 m缩短至30 m，待采面与停采线间隔在40 m时将注氮管路铺设距离缩小至10 m。

5）采面回撤期间持续注氮，待回撤完成并进行密闭后方停止注氮工作。

6）在采面综放设备回撤期间，注氮压力0.12 MPa、24 h不间断注氮、注氮速度为1 000 m3/h，在采面回撤期间注氮量接近6万m3。

地面制氮机→回风立井→总回风巷→综采工作面进风顺槽→3202采煤工作面，注氮主管路规格为Φ100 mm×4 mm的无缝钢管。注氮设备为两套型号FDA-2300-98的制氮机，一用一备。FDA-2300-98型制氮装置产气量为33.3 m3/min、装机功率为4×160 kW、出口压力为0.6 MPa、电压为380 V。

2.2 灌浆

末采时用跨步埋管方式向采空区内进行持续灌浆，具体灌浆技术方法：

1）在采面按照跨步式方式铺设全花眼PVC管（管径50 mm、长度10 m），灌浆管路中花眼直径10 mm、间隔200 mm，灌浆PVC管路与回采巷道内主灌浆管连接。

2）末采期间铺设的灌浆管路埋入到采空区距离依次为70 m、45 m、25 m，待管路埋入采空区后10 m即开始进行灌浆。

3）在采面综放设备回撤期间进行间歇灌浆，灌浆速度保持在60 m3/h，在采面设备回撤至密闭区间累积灌浆量可达到7 500 m3。

2.3 构建隔离带

3202采煤工作面与停采线间距30 m时强化放煤管理，期间重点需要放净煤，可适当放松对煤质管理。从而在采空区内形成一定宽度10 m隔离带，有效隔绝深部采空区与采面回撤通道间联系通道。具体采面内注氮、灌浆以及隔离带布置如图1所示。

图1 注氮、灌浆以及隔离带布置示意图

2.4 温度监测

在采面推进至停采线10 m时开始铺设测温用钢管（管径50 mm），在采面共计布置6个测点，测点间间隔30 m。在测温钢管内布置束管、铂电阻等，以便对采空区内气体成分以及温度等进行监测。具体温度监测布置如图2所示。

图2 温度监测示意图

2.5 漏风封堵措施

在采面回风隅角位置以及综放支架后方采用喷涂方式降低采空区漏风，具体采面喷涂分两步完成。在采面末采期间，每天对回风隅角喷涂，以便减少回风隅角漏风量，喷涂长度控制在15 m以上。采面停采后，在支架后方全断面挂网并喷涂密闭，以便降低采空区漏风量并避免注氮大量外溢。

3 采空区温度、气体成分监测结果分析

在常温常压状态下，煤与氧气接触氧化后会缓慢出现升温，特别是采空区内遗煤体松软，与空区接触面积大，在散热条件不好时容易导致局部热量集聚；采空区遗煤氧化自燃过程中会释放一定量的CO等气体，通过对采空区内温度以及气体成分等进行监测，可掌握密闭范围内采空区遗煤氧化自燃情况。

在3202采煤工作面采空区密闭后持续进行75 d监测，在监测期间未有CO浓度以及温度异常等情况出现，具体监测获取得到的采空区气体成分如表2所示。

表2 综合防灭火措施应用前后标志性气体浓度变化情况

由表2看出，采取综合防灭火措施后，3202采煤工作面密闭空间内气体成分均在正常范围内，结果表明，现场综合使用的注氮、灌浆、构建隔离带等综合防灭火措施可有效防止密闭区内遗煤自燃问题，现场采用的防灭火措施取得较好成果。

4 结语

当开采煤层具有自燃发火倾向时，如何避免采空区内遗煤自燃是需要重点关注的问题。3202采煤工作面采用综放开采方式，回采的2号煤层为自燃煤层，同时由于采面斜长为238 m，综放设备回撤时间长，在设备回撤期间采空区遗煤容易自燃发火，给矿井生产安全带来制约。

为避免采空区遗煤自燃，提出综合使用注氮、灌浆、构建隔离带、降低漏风等措施进行防灭火，并通过监测采空区内温度、气体成分方式对采空区内遗煤氧化自燃情况进行监测。在3202采煤工作面现场应用后，采空区内遗煤在综放设备回撤期间未有自燃发火征兆，为采面综放设备回撤高效回撤创造良好条件；对采面密闭后采空区内未发现自燃发火标志性气体（CO）浓度出现明显变化，同时采空区内温度保持稳定。文中所提出的采煤工作面回撤封闭期间采用的防灭火技术可避免采空区遗煤自燃发火，现场取得较好成果。