分层开采综放工作面防灭火综合技术研究

田晴 张小雷 秦鹏

针对杨庄煤矿E3403工作面回采过程中两端头及架后部分遗煤、两顺槽之间留设的小煤柱及顶煤受压酥裂漏风的现状，通过注浆、压注防火材料、喷注阻燃剂、防灭火预测预报、专项防漏风等防火措施有效的保证了工作面回采过程中的防火安全。

一、概述

杨庄煤矿E3403工作面为底分层工作面，面内开采区域大部分已回采二分层，上部为E3202、E3201、E3206采空区，局部为实体煤区域（E3112面未采区域）。受上部采面开采影响，E3403工作面已开采区域剩余平均煤厚4.0m，未开采区域煤厚为8.5m。E3403工作面沿3煤底板布置，工作面为仰采，近水平开采，综采放顶煤工作面。工作面开采煤层为3煤，2019年7月24日委托山东省鼎安检测技术有限公司对矿东翼采区所开采的3层煤的自燃倾向性进行了鉴定，东翼采区3煤自燃倾向等级属自燃，最短自然发火期为64天。

E3403工作面上部为E3201、E3202及E3206工作面采空区， E3403轨道顺槽前进左上方与E3112工作面之间留有约3.5m的小煤柱；运输顺槽前进右帮与E3402采空区之间留有约2.6m的小煤柱；工作面顶板与上部多个采空区之间留有约1.6-2.4m厚的顶煤，工作面采用放顶煤开采，在回采过程中两端头及架后部分遗煤不能及时回收并进入采空区，工作面推进速度较慢，氧化带不能及时进入窒息带，破碎煤体持续接触氧气，存在自然发火隐患；回采过程中工作面两端头顶板跨落不及时遗煤量较多，存在自然发火隐患；两顺槽之间留设的小煤柱及顶煤由于围岩应力和矿山压力影响酥裂漏风，破碎煤体持续接触氧气自然发火期缩短，易造成采空区遗煤自然发火。

二、防滅火技术研究

为保证E3403工作面回采期间的防灭火安全，主要采取注浆、注防灭火材料、堵漏、自然发火预测预报等安全技术措施。

（一）注浆系统

1、注浆管路敷设

（1）从东翼回风大巷注浆硐室的注浆管中引出，经东翼一号回风联络巷→东翼采区运输巷北→E3403运输顺槽→E3403工作面。主要大巷主注浆管采用φ108 mm的钢管，E3403运输顺槽内的主注浆管采用φ108或φ89mm的钢管（先大后小，不准花接），其余分支注浆管采用不小于φ50mm钢管敷设。E3403工作面架内或挡煤板下方敷设一路φ32mm的高压胶管，每20米设三通阀门，用于特殊情况对工作面进行洒浆。

（2）注浆管路敷设时应按照从外向里的顺序逐节接设，连接管路的卡兰、胶圈、螺栓要完好可靠，注浆管接设前查看是否有堵塞物。注浆管路可采用吊挂或垫起方式进行敷设，采用吊挂敷设管路时吊挂点的间距与风水管路相同。采用垫起方式敷设注浆管路时，注浆管路下方用带弧度的垫木支撑，垫木厚度不小于0.15m，垫木之间的距离不大于一节注浆管长度，垫木支撑时应靠近管路卡兰连接处，以减少管路连接处受力。

（3）巷道地板局部起伏较大或在变坡点附近敷设注浆管路时，高度应适当加高，可采用金属支架或多块固定在一块的垫木支撑，尽量减小管路弯曲程度。进入E3403运输顺槽敷设主注浆管时，管路接设至距工作面切眼不大于80m处停止，主注浆管敷设时必须按标准吊挂或垫起，支管可直接落地铺设，局部低洼地点根据实际适当垫起。

（4）在架后敷设注浆管时必须连接牢固，严禁悬空，局部不平可以用黄土袋子垫平，避免顶板垮落砸坏注浆管而在注浆时跑浆。

（5）新安装的注浆管应在注浆前进行打压试验，打压试验期间发现问题及时处理，保证正常注浆顺利进行。

2、注浆方法

（1）由地面注浆站集中制浆，采用静压注浆方式向工作面送浆，利用埋管对采空区进行灌浆。

（2）回采前在E3403工作面架后提前敷设第一路注浆管，长度以管路末端进入轨道顺槽内为宜，注浆管管径不小于50mm，注浆管与运输顺槽主注浆管连接，从运顺端头注浆管弯头处向外不小于10m的顺槽内的分支注浆管每3m左右打设一个出浆口，以便浆液覆盖运顺端头遗煤，此路注浆管在工作面推进30～40m后开始注浆;从第一路注浆管向外40±5m按以上方式在工作面架后敷设第二路注浆管，依次循环直至工作面回采结束。达不到注浆时机时顺槽内的管路随工作面推进而延伸。

（3）工作面停采线处的注浆管按以上方式敷设，停采线处的注浆管在采空区封闭后开始注浆。根据工作面坡度，可以适当调整出浆口的间距。出浆口之间的间距可随坡度的增加而增大。

（4）除第一路注浆管在工作面推进30～40m后开始注浆外，其余注浆管在敷设下一路时对上一路进行注浆，所有注浆管路注浆完毕均不再向外延伸（特殊情况除外）。

（5）注浆前将位于泵站或顺槽内的注浆机出浆口与注浆管路连通，向采空区注浆期间如果出现跑浆溃浆严重时应启动注浆机并添加胶凝剂，添加量为注浆量的0.05%～0.1%，按每小时1～2袋。

3、注浆量

（1）按照公式Q=K×A×L×H×B计算，其中：Q——每循环应注浆量（m³）；A——工作面面长（m）；L——埋管间距（m）；H——泥浆沉淀的厚度（m）；采空区取H=0.025m；停采线、开切眼取H=0.05m；K——采空区冒落表面不均衡系数， K=1.0—2.2，取K=1.6；B——浆液水土比之和。

（2）结合以上注浆量计算及以往工作面防灭火经验，工作面始采线、终采线处每道管路的注浆量不小于2300m³；架后埋管期间每路注浆量不小于1100m³，溜头或工作面开始出浆时可停止注浆，如停止注浆后注浆量达不到要求，间隔一段时间再进行补注。

（二）注防灭火材料

采煤工作面局部出现发火隐患时可采用凝胶防火。将碳酸氢钠与水玻璃以一定比例加入水中，通过气动注胶泵将混合液输送到混合器后再压注到破碎煤体微小裂隙中用于封堵松散煤体、隔绝氧气，反应过程中胶体不断吸热同时降低煤体温度。通过隔绝与降温导致煤体自身氧化放热性能逐步降低，有效地抑制了煤体的自燃，达到防灭火的目的。

（三）回采期间防漏风安全管理技术措施

1、E3403工作面上部为E3201、E3202及E3206采空区，两侧为E3112及E3402采空区，上部及两侧的工作面在回采期间灌注了大量的泥浆，能有效封堵煤体裂隙。但回采期间需要留意工作面两顺槽遗留煤柱的片冒情况，同时加强严重片冒区域及工作面、回风流处的有害气体检测，异常及时对隐患区域采取喷浆、喷涂LFM防灭火材料或打孔压注防灭火材料进一步封堵漏风通道。

2、E3403工作面回采期间各监测探孔及束管经检测发现CO浓度超过24ppm且逐渐升高或出现其他自然发火指标气体时，根据现场实际对两顺槽顶帮合理范围采取喷浆、喷涂LFM防灭火材料或打孔压注防灭火胶体，进一步封堵裂隙，减少巷道的漏风强度，降低破碎煤体氧化自燃速度。

3、E3403工作面回采期间需调整通风系统时必须考虑风阻与压差之间的关系，避免因通风系统调整造成与E3403工作面相邻的采空区密闭墙内外压差陡增，漏风加剧。工作面回采推进至E3403切眼延伸段后，因E3112轨道顺槽位于E3403轨道顺槽上方，回采时需加强有害气体检测。

三、效果分析及总结

（一）采取以上综合防灭火措施后，采空区及回风流一氧化碳浓度持续在允许范围内，未发生自然发火隐患。

（二）注浆是防灭火的一项常规重要手段，能够有效的覆盖采空区遗煤，减少遗煤氧化速度。

（三）对于多漏风通道的工作面来说，如何有效的减少漏风通道是急需解决的问题，对漏风通道进行喷注或者压注防火材料是可行的。