Y 型通风采煤工作面采空区遗煤防火技术研究

赵泽鑫

（山西汾西矿业集团柳湾煤矿，山西 孝义 032300）

0 引言

沿空留巷技术可降低井下回采巷道掘进工程量，并使得采面通风方式由原有的U 型转换成Y 型，解决回采上隅角瓦斯集聚、超限等问题[1-2]。随着沿空留巷技术推广应用，Y 型通风工作面数量不断增加，采用Y 型通风使得采面工作人员、机头及机尾设备均在新鲜风流中，改善采面环境质量并提高安全保障能力[3-5]。采用Y 型通风时，由于回风段无保护煤柱同时进、回风两端存在有风压差，导致采空区内漏风较为严重，当开采煤层有自燃发火倾向性时，采空区遗煤防灭火难度较高[6]。山西某矿8205 综采工作面采用Y 型通风且回采的8#煤层具有自燃发火倾向性，文中就以8205 综采工作面采空区遗煤防灭火为工程背景，结合现场通风及采空区漏风情况针对性提出采空区遗煤防灭火技术，现场取得较好的防灭火效果。

1 工程概况

1.1 地质概况

8205 综采工作面回采的8# 煤层厚度在2.35～3.27 m，均值2.78 m，煤层倾角3～8°，顶底板岩性以炭质泥岩、粉砂岩以及砂质泥岩等为主。8#煤层具有瓦斯突出危险性，煤层具有自燃发火倾向性，自燃发火周期介于80～135 d。采面设计推进长度为680 m、倾向长度为198 m，采用切顶留巷方式将5205 巷（材料巷）保留下来为邻近的8207 工作面生产服务，采用采用Y 型通风方式，2205 巷（运输巷）及5205 巷均用以进风，配风量分别为1 350、480 m3/min，留巷段用以回风，采面通风方式，如图1 所示。2205 巷及5205 巷断面均为矩形，净高2.8 m、净宽4.5 m，采用锚网索支护方式，5205 巷留巷段主要通过喷洒封堵材料、悬挂风筒布等方式减少采空区漏风量。

图1 8205 工作面通风示意图

1.2 采空区漏风情况

8205 综采工作面采用Y 型通风方式，由于进风巷（2205 巷）及采面与回风段（5205 巷留巷段）间有较大的风压差，导致采面回采期间采空区存在漏风问题。采用SF6 示踪气体测定8205 综采工作面采空区漏风情况，布置如图2 所示。现场测定发现，采空区有持续漏风情况，同时1#测点位置示踪气体量较大，表明大量漏风流经采空区深部并在回风巷汇集。采用综采开采方式可减少采空区内遗煤量，但是难以避免会遗留少量浮煤，若针对性采取采空区遗煤防灭火技术措施，在采空区漏风影响下可能会出现较为严重的遗煤自燃发火问题。

图2 8205 采空区漏风示意图

2 采空区遗煤防灭火技术

2.1 开采初期采空区防灭火技术

8205 综采工作面开采初期，由于开采推进距离较短，采空区顶板未垮落或者垮落不充分，采空区内在漏风影响下极其容易出现自燃问题，此时注氮起不到较好的防灭火效果。在初期开采时提出采用喷洒阻化剂方式进行防灭火，同时通过适当加快推进速度技术减少采空区遗煤氧化时间，具体采取的防灭火技术措施为：

1）在8205 综采工作面回采之前即在2205 巷及5205 巷分别安装一套防灭火液压泵站，通过泵站向采面机头、机尾侧采空区内、液压支架后方采空区内喷洒阻化剂。

2）确保采面连续生产直至停采线位置，采面生产过程中应保持正常的推进速度。

3）在采面正常推进期间，2205 巷顶板需提前退锚，确保进入采空区后巷道顶板可及时垮落。在5205巷切顶留巷位置，综采队结合现场情况并沿垂直液压支架方向连续封堵，封堵厚度在1 m 以上，一次封堵长度为5 m，通过端头封堵可减少采空区漏风量、降低采空区内遗煤氧化进度。

2.2 正常回采期间防灭火技术

2.2.1 采空区漏风点封堵

1）端尾采空区封堵。8205 综采工作面推进后，采面尾部端头支架采用U 型钢+金属网+风筒布进行端头封堵，减少采空区漏风量。将风筒布布置在金属网外侧并滞后支架10～20 m，以便采空区瓦斯可随着风流排出。

2）端头漏风点封堵。在采面端头位置施工土袋墙，减少端头漏风点漏风量。在采面正常回采期间，2205 巷顶板需提前退锚并构筑宽度1 m 的土袋墙，实现端头漏风点封堵，减少向采空区内漏风量。

3）对5205 巷切顶留巷段采空区帮进行喷浆，封堵潜在的漏风裂隙。8205 综采工作面推进后采空区顶板沿着切顶线垮落，采空区顶板垮落压实段沿着采空区帮进行喷浆，喷浆厚度控制在100 mm 以上，顶板靠近采空区帮侧喷浆宽度在1 m 以上；喷浆滞后采面距离控制在50 m 以内，从而降低采空区遗煤与采空区内漏风接触面积。

2.2.2 采空区注氮、喷洒阻化剂及灌浆

1）采空区注氮。在采面正常回采期间在2205 巷采用迈步式注氮管路向采空区内持续注氮，注氮管为2 趟Φ100 mm 的PE 管。具体8205 综采工作面注氮量可通过公式（1）计算[7-8]：

式中：QN为采空区注氮量，m3/h；Q0为采空区氧化带内漏风量，取值为10 m3/h；C1为采空区氧化带内氧气体积分数，10%；C2采空区内惰化指标，取7%；CN为注入氮气体积分数，取98%；k 为备用系数，取1.2。将上述参数带入到公式中求得QN=432 m3/h。结合现场情况，具体8205 综采工作面采空区注氮量保持500 m3/h，在确保采面及回风流中氧气体积分数不低于18.5%的前提下尽量增加采空区注氮量。

2）喷洒阻化剂。在2205 巷、5205 巷内安装BH-40/2.5 防火液压泵站，通过泵站、高压软管将质量分数为20%的MgCl2溶液送至雾化发生器，雾化发生器在高压作用下喷洒阻化汽雾，汽雾随着风流流向采空区内；每天均通过雾化发生器向采空区内喷洒阻化剂，喷洒的阻化剂应均匀、尽量全覆盖，阻化剂喷洒量应不小于4.5 t/d。

3）灌浆。建立采空区灌浆系统，在8205 综采工作面回风绕道外安全位置建立临时灌浆系统，将灌浆管路铺设至2205 巷、5205 巷停采线位置。当8205 综采工作面采空区遗煤出现异常或者采面处于非正常推进状态时，则应立即向采空区进行灌浆，消除遗煤自燃发火风险。

2.2.3 强化采空区防火监测

1）强化监测预警。在5205 巷切顶留巷段距离调节风口10～15 m 位置安装CO、温度、CH4传感器，其中CO、温度、CH4传感器预警指标分别为φ（CO）≥24×10-6、环境温度≥26 ℃、φ（CH4）≥1%；在切顶留巷段从初采线位置起按照150 m 间隔布置一台CO传感器，预警指标为φ（CO）≥24×10-6。通过布置传感器可24 h 不间断的对采空区内CO 涌出情况以及回风流温度进行监测，确保出现异常时可及时预警。

2）强化人工检测。在5205 巷切顶留巷段间隔40 m埋深一段规格Φ50 mm×2 000 mmPE 管，并在PE 管内铺设束管，通过束管取样并分析8205 采空区内气体成分，采样分析频次为每周2 次；在2205 巷内向采空区内铺设有保护套的束管，按照每周2 次频次取样分析采空区内气体成分；按照每周2 次频次取样分析8205 回风流气体成分。每天安排专职瓦检员巡回测量8205 工作面中部、端头、端尾、回风流以及架后等位置瓦斯浓度、CO浓度以及温度，每班均应不少于3 次。

3 结语

8205 综采工作面回采的8#煤层为容易自燃煤层，采面5205 巷采用切顶留巷技术保留下来为邻近的采面生产服务。8205 综采工作面采用Y 型通风方式，受进、回风侧风压差以及留巷段漏风裂隙等影响，导致采空区漏风量较大，采空区遗煤容易出现自燃问题。为确保8205 综采工作面安全回采，提出通过减少采空区漏风、多点注氮、喷洒阻化剂等方式进行防灭火，同时强化采空区遗煤自燃发火监测。现场应用后，8205 综采工作面回采期间采空区未出现遗煤自燃发火问题，取得较为显著的防灭火效果。