自燃煤层沿空留巷防灭火技术研究与应用

查庭棚

（冀中能源股份公司 葛泉矿，河北 邢台 054000）

1 概 况

冀中股份葛泉矿位于河北省邢台市西南约18 km 处。矿井西北以F5 断层为界，西南以F4、DF6断层为界，东北以F12、F13 断层为界，东南至9号煤层露头线，井田面积11.330 6 km2，水文地质类型复杂型矿井。

1.1 通风情况

葛泉矿采用中央并列抽出式通风，共有副立井和主立井2 个井筒，其中，副井进风，主井用于提升和回风。矿井通风系统稳定、通风设施齐全。采用立井单水平开拓，分南北两翼。各采区、工作面及主要硐室均实现了分区通风和独立通风。葛泉矿实际测定矿井总进风量为6 443 m3/min，矿井总回风量6 562 m3/min，矿井有效风量为5 974 m3/min，有效风量率为92.4%，矿井等积孔3.13 m2。

1.2 瓦斯情况

葛泉矿为低瓦斯矿井，根据2020 年矿井瓦斯等级鉴定报告，矿井瓦斯绝对涌出量为3.574 m3/min，相对涌出量为2.039 m3/t。矿井二氧化碳绝对涌出量为3.748 m3/min，相对涌出量为2.139 m3/t。

1.3 自燃发火情况

葛泉矿主采煤层为2 号、2下煤、5 号煤层，2020 年5 月经中煤科工集团重庆研究院鉴定，2 号煤为Ⅲ类不易自燃煤层，2下煤、5 号煤层均为Ⅱ类自燃煤层。2016 年经中国矿业大学鉴定，2下煤层最短自然发火期为39 d，5 号煤层煤层最短自然发火期为41 d。2下煤层可作为煤层自然发火的指标气体有CO、C3H8、C2H4和C2H2。CO 的出现表明煤层已经开始氧化；C3H8的出现表明煤层局部温度达到90 ℃以上；C2H4的出现表明煤层局部温度达到150 ℃以上，已进入加速氧化阶段；C2H2的出现标志着煤层局部温度已超过336.5 ℃。

5 号煤层可作为煤层自然发火的指标气体有CO、C3H8、C2H4和C2H2。CO 的出现表明煤层已经开始氧化；C2H4和C3H8的出现表明煤层局部温度达到140 ℃以上，已进入加速氧化阶段；C2H2的出现标志着煤层局部温度已超过336.3 ℃。

为确保矿井安全生产，防止发生煤层自然发火，矿井建有安全监控、束管防灭火检测、监控系统、井下注浆站系统，矿井防灭火一般采取采后注浆措施，重点地区配合采取喷洒阻化剂、喷浆堵漏、均压等综合防灭火措施。

1.4 安全监测监控

葛泉矿在用的安全监控系统型号为KJ83X（A），生产厂家为煤炭科学技术研究院有限公司，井下按规定安设有CH4、CO、温度、风速、烟雾、风机开停、风筒、馈电等各类传感器合计230 余台。传感器报警值等按规定设置，监控数据准确有效，监控系统运行正常。

2 132下04 工作面沿空留巷

葛泉矿北翼2下煤三采区位于矿井北翼，布置有2 条上山，2下煤三采区轨道上山作为采区进风巷，2下煤三采区运输上山作为采区回风巷，采区现布置有1 个回采工作面、2 个掘进工作面，采区进风量为1 378 m3/min，回采工作面设计配风量340 m3/min，掘进工作面采用FBDNO.6.0(2×15 kW)局部通风机供风，需要配风量170 m3/min，实际配风量190 m3/min，能够满足生产需要。

葛泉矿132下04 综采工作面位于2下煤三采区，所采煤层为2下煤，132下04 工作面走向长910 m，平均倾斜长120 m，最大面长161 m，平均煤厚1.77 m，工作面实际可采储量32 万t。按月产3.5 万t，132下04 工作面服务年限为9.1 个月。工作面采用走向长壁区域后退式综合机械化采煤法，全部跨落法处理采空区。回采期间最高瓦斯绝对涌出量为0.24 m3/min，平均瓦斯涌出量为0.20 m3/min。

132下04 工作面进风巷自F404 断层探巷开始采用沿空留巷技术，该巷道总长400 m，巷道采用4.0 m×2.6 m 锚网支护。132下04 工作面自留巷开始，增大运料巷供风量，一路风过工作面进入工作面回风巷，另一路风经沿空留巷进入全风压通风段巷道132下03 运料巷。沿空留巷段按照160 m3/min进行配风，实际达到180 m3/min。沿空留巷实际供风量以满足瓦斯、CO、人员、最低风速等需要。该工作面沿空留巷采用全风压通风方式。

3 沿空留巷防灭火技术方案及措施

3.1 采空区堵漏风

留巷巷道采用复合浆体材料对沿空帮及巷道顶部进行喷涂封闭，喷浆覆盖整个采空帮，并向巷道顶板延伸1 m 范围。喷涂前，对隅角及沿空帮落岩空隙用不燃性材料充填，使喷层表面尽量平整。喷层厚度不少于20 mm，沿空帮及巷道顶部喷涂封闭滞后工作面不超过30 m。在第一次挂浆变硬后，进行复喷。喷涂封闭要严密不漏风，发现有开裂现象，及时补喷。复合浆体材料水泥∶粘土∶水∶水玻璃∶玻璃纤维=1∶1.5∶2∶0.02∶0.003（重量比）。

3.2 注浆系统

132下04 运料巷注浆管路接至工作面，覆盖整个沿空留巷巷道，并保证完好畅通，在132下04 沿空留巷采空区内预埋注浆管路，根据采空区气体检测情况，适时采取采空区注浆措施。

3.3 预裂切顶措施

在巷道面帮侧顶板施工压裂孔，采用顶板进行预裂，减小巷道顶板悬臂长度，阻隔工作面回采后向留巷的应力传递，减少留巷维护量。在采空帮喷浆封闭，杜绝采空区漏风，在施工中观测、总结留巷压力显现规律，最佳时机整修巷道，减少留巷变形量及防止二次变形。

3.4 阻化防灭火

根据132下04 沿空留巷气体观测情况，遇地质构造留设顶底煤时，在132下04 工作面进风隅角安装气动阻化剂雾化装置实施雾化阻化和工作面喷洒阻化剂双重措施，雾化时采用BH-40/2.5 型气动阻化泵配合20%浓度氯化镁溶液进行喷雾，每天不少于600 L，防止采空区自然发火。

3.5 防灭火监测

（1）在沿空留巷内机电设备使用地点上风侧设置检查点，检查瓦斯、二氧化碳等气体情况。

（2）在132下04 沿空留巷回风口10～15 m、132下04 回风隅角以及132下04 工作面回风10～15 m 设立自然发火观测点，瓦斯员每班检查CO、温度不少于2 次。

（3）132下04 沿空留巷每隔200 在留巷的采空区侧，预埋温度和气体防灭火观测管，每周一次防灭火普查，并进行取样化验。

（4）在132下04 沿空留巷回风口10～15 m、132下04 工作面回风隅角、132下04 工作面回风巷距回风口10～15 m 设置一氧化碳传感器，报警浓度≥24 ppm。

（5）在132下04 沿空留巷回风口10～15 m、132下04 工作面回风巷距回风口10～15 m 设置温度传感器，报警值≥26 ℃。

（6）在132下04 沿空留巷内回风口10～15 m设置甲烷传感器，报警值≥0.8%，断电值≥0.8%，复电值＜0.8%，断电范围为132下04 工作面、132下04 沿空留巷及其回风巷内所有非本质安全型电气设备。

（7）在132下04 工作面距离煤壁10 m 范围内设置甲烷传感器、传感器设置报警值≥0.8%，断电值≥0.8%，复电值＜0.8%，断电范围为132下04工作面及其回风巷内所有非本质安全型电气设备；在132下04 工作面回风距离回风口10～15 m 设置甲烷传感器，报警值≥0.8%，断电值≥0.8%，复电值＜0.8%，断电范围为132下04 工作面及其回风巷内所有非本质安全型电气设备。

（8）停采或临时停采。为避免采空区浮煤发生氧化自燃，132下04 工作面应加快推进速度，期间不应出现临时停采，如无法避免，每次临时停采3 d 及以上时，采取强化防灭火措施，停采7 d 及以上时，制定专项防灭火措施。

4 结 论

（1）葛泉矿沿空留巷防灭火技术研究与应用，保证了132下04 工作面的正常采掘生产，避免了采空区自然发火，确保了全年产煤任务指标的顺利完成，沿空留巷节省了390 m 煤巷进尺，多回收煤柱5 000 t。

（2）由于葛泉矿可采资源紧张，开采成本高，沿空留巷技术推广应用后降低了巷道掘进量，缓解了采掘接替紧张局面。采用喷涂、注浆、隅角监测和人工取样检测等综合防灭火措施，确保工作面安全回采，沿空留巷技术为矿井工作面布置和巷道成本预算等方面带来明显的经济效益和社会效益，为在2下煤采区全面推广沿空留巷提供了经验。

（3）沿空留巷防喷涂漏风措施，虽然解决了采空区煤炭自燃情况，但采空区瓦斯向风流中的逸散问题没有得到根本治理，在实际生产过程中，要采取可靠措施，确保沿空留巷区域稳定的通风系统和足够的风量，防止出现瓦斯积聚、超限。

（4）工作面过地质构造是采空区防灭火的关键环节，实际生产过程中，严格生产管理，减少过地质构造带采空区遗煤量，同时超前采用注惰、阻化等措施，做好预防采空区煤炭自燃工作。