综合放顶煤工作面回撤期间防灭火技术研究

综合放顶煤工作面回撤期间防灭火技术研究

包勇伟

中煤集团大屯煤电公司徐庄煤矿 （江苏  沛县  221611

摘要：矿井自然发火是直接威胁矿井安全生产的主要灾害之一，煤矿井下火灾包括外因火灾和内因火灾，其中以采空区煤自燃灾害为主的内因火灾最为常见，根据事故统计得到每年因为煤自燃引起的火灾高达三百多例，随着开采技术的发展，开采深度的增加，以及工作面长度的增长和供风量的加大，工作面采空区自然发火危险性越来越大，特别是近几年徐庄煤矿所采用的综合放顶煤技术应用，最为突出的就是采空区及顶煤自然发火问题。徐庄煤矿一个自然发火严重的矿井，根据历史经验，徐庄煤矿自然发火大部分地点为综合放顶煤工作面，而综放工作面自然发火较频繁时间段为工作面回撤期间。为此，做好采煤工作面回撤至封闭期间工作面煤炭自燃防治工作，是我们研究矿井自然发火的重点。

关键词：防灭火技术；煤矿开采；应用分析

一、综放工作面回撤期间自然发火因素分析

1.采空区自燃“三带”理论分析

通过目前对采空区遗煤自燃危险的研究现状，根据通风供氧及煤氧复合理论，采空区可以被划分为三个不同的区域带，分别为散热带、氧化带和窒息带。其中，散热带距离工作面较近，漏风现象很严重，给遗煤自燃提供大量氧气，但是由于漏风严重，带走的热量大于集聚的热量，因此，遗煤不会自燃；氧化带紧邻散热带，漏风适中，给遗煤提供氧气的同时有利于热量的集聚，适合煤氧发生反应并最终导致自燃，因此，氧化带是可以发生煤自燃的区域，在此区域内O2浓度会逐渐降低，反之CO浓度逐渐升高，煤体温度也逐渐上升；窒息带位于采空区最深部，紧邻氧化带，漏风情况几乎很小，氧气浓度很小，达不到遗煤自燃所需条件，因此，也不会发生煤自燃现象。

2.综放工作面回撤期间防灭火不利因素

相比较综放工作面回撤期间，工作面正常回采期间，只要加强采空区“三带”管理，做好以下几点，就很少会发生采空区煤炭自燃。

（1）保证工作面正常回采速度，使采空区氧化带很快进入窒息带，采空区失去氧气供给，便很难继续氧化自燃。

（2）加强综放工作面放煤管理，减少采空区遗煤。

（3）回采期间，工作面风量、风压变化不大。可以通过做好综放工作面上下隅角及采空区日常封堵工作，减少采空区漏风。采空区漏风流速与氧气浓度将变小，迫使采空区“三带”前移，减少氧化带宽度，随着工作面推进，氧化带很快进入窒息带，采空区失去氧气供给，便很难继续氧化自燃。

（4）做好工作面回采期间随采随注工作。通过向采空区注浆、注惰，人为在采空区形成隔离带和窒息带，通过向氧化带内压注惰性气体，改变氧化带宽度，达到延缓采空区遗煤自燃氧化速度。

  而综放工作面回撤期间，存在以下制约防灭火不利因素：

（1）工作面回撤期间，无法利用提高推进度来改变采空区“三带”，工作面回撤期间，氧化带内遗煤将充分氧化，工作面回撤至封闭期间45天内，采空区存在自然发火隐患。

（2）综放工作面停采前，采空区将停止放煤。采空区内大量遗煤充分氧化后极易自燃。

（3）工作面回撤期间，扩大回撤通道与回撤设备两个阶段会导致工作面风阻值发生变化，从而引起工作面的风压发生变化。扩大回撤通道后，工作面有效通风面积增加，巷道风阻降低，工作面的风压值降低，虽然可减少本煤层采空区的内部漏风，但会导致邻近层外部漏风量的增加；回撤设备时，支架撤出之后，顶板垮落，采用密集木垛架进行支护，造成工作面有效通风面积缩小，且风路的摩擦阻力系数增大，工作面的风阻变大，会引起风压增大，虽然外部漏风量会减少，但会引起本煤层采空区的内部漏风量增加。因此，回撤期间的这两个阶段，通风系不稳定，引起风压变化，造成内部与外部的漏风量和风向相应发生变化，从而导致采空区浮煤氧化加剧，工作面CO涌出量增加。

（4）工作面巷道与旧采空区相连，开采过程中采动压力大，进回风巷与相临采空区之间的隔离煤柱易被压酥和破碎，煤柱两侧在风压差的作用下出现漏风，加速了破碎煤体的氧化，工作面回撤期间，随着时间的延长，热量不断积聚，将导致破碎的隔离煤柱自然发火。

二、工作面回撤期间防灭火技术研究

工作面防灭火工作应采取“预防为主、防治结合、综合治理”的指导思想，以预防为主为首要防灭火目标。

（1）加强监测监护及预测预报工作。实现人工取样化验和远程在线监测相结合的预测预报系统，安装工作面采空区束管监测及光纤测温系统，实现工作面防灭火标志性气体浓度及温度的在线监测。

（2）建立工作面均压防灭火系统

①工作面回撤期间，通过设置的局部风机和调节风门，在保持局部通风机风量不变的前提下，通过增加工作面的有效通风面积，并调节回风巷风门通风面积，使风门通风面积小于工作面有效通风面积，从而减少采空区内部与外部漏风。

②工作面回撤期间，适当降低工作面风量，减少工作面上下端压差，从而降低采空区漏风，迫使采空区遗煤“氧化带”前移并缩小，风量调整后采空区“三带”分布情况如图1-1所示。

（3）做好采空区堵漏风工作

①工作面回撤前，要做好进、回风隅角堵漏风工作，确保上下隅角及时冒落，当有悬顶未冒落时应及时构筑袋子墙工作（工作面上下隅角每隔3米构筑一道袋子墙）。并做好工作面上、下隅角及架后封堵充填堵漏风工作。

②工作面回撤准备期，铺网的同时配合使用密封性较好的矿用阻燃彩条布，通过铺网过程，逐渐将彩条布压入采空区，停采后，在工作面与采空区之间形成了一到隔离布墙，此矿用阻燃彩条布能够有效减少向采空区的漏风量，从而大幅度降低了煤层自然发火隐患（如图1-2）。

（4）回撤期间防灭火措施

①采空区预埋措施管路

针对停采后深部采空区遗煤，在回撤准备前期，根据采空区“三带”测试范围，在“氧化带”区域范围内，提前通过上下两巷向采空区内布置φ108的注浆、注惰管路，工作面停采后，可通过注浆管路向采空区注浆、注惰或压注普瑞特防灭火材料进行预防或治理。

②架顶打钻

工作面停采前，每隔5架（顶煤破碎、断层带加大密度）架间、架后方向各施工一个钻孔，孔深以穿过整个顶煤为宜，通过钻孔一是可以监测架间、架后一氧化碳等气体浓度，发现异常采取相应措施；二是进行预防性压注防灭火材料。通过施工钻孔向顶煤压注防灭火材料，达到堵漏风防止顶煤氧化自燃。

③架间打钻注浆、注胶

针对架后浅部采空区内遗煤发火的隐患，工作面停采到回撤期间，设计在架间打钻注浆、注胶，通过钻孔向采空区浅部遗煤空间注入普瑞特防灭火材料。平均每间隔3～4架布置一组长短配合钻孔，孔深5～10m，同时加强两端头30m范围的注浆、注胶钻孔布置密度。注胶站可布置在工作面上、下出口或其他便利位置，如图1-3所示。

③超前钻场布钻注浆

针对回撤期间两端头采空区遗煤发火的隐患，需提前在工作面距离停采线前15m的位置，分别在进、回风巷布置临时钻场，通过硐室向两端头架后采空区打钻，通过钻孔向采空区遗煤易自然发火区域注入普瑞特防灭火材料，如图1-4所示。

图1-4 回撤期间超前钻场及钻孔布置示意图

三、结论

本章研究了综放工作面回撤期间综合防灭火技术，立足以“防”为主的思想，包括准备回撤期间的堵漏风技术，均压防灭火技术，采空区“三带”预埋灌浆管路，架间、顶煤打钻注浆（注胶）和超前钻场注浆（注胶）等综合防灭火技术。该技术使用将有效防止综放工作面回撤期间自然发火危害的发生。

参考文献：

[1]李彦斌，杨永康，康天合，等.浅埋易燃厚煤区综放工作面防灭火手段[J].采矿与安全工程学报，2011（3）.

[2]李全贵．地面钻孔注浆灭火手段在煤矿的应用[J]．科技创新与应用，2012，9:105．

作者简介：

包勇伟，1982年1月23日出生，男，汉族，籍贯：江苏扬中市，本科学历，研究方向：矿井防灭火。