纳林庙煤矿采空区自然发火的综合防治技术研究

严民杰

(煤炭工业规划设计研究院，北京 100120)

煤炭自然发火是煤矿生产过程中的严重灾害之一，是制约煤矿安全、高效生产的关键因素。因此，预防矿井中煤炭自然发火，对煤矿生产安全至关重要，成为煤矿科学技术人员、专家学者的主要研究课题。

由于煤炭开采时，采煤工作面遗留了大量的浮煤，加之开采时遗留的巷道、顶板垮落时造成的裂隙，创造了良好的供氧条件。煤炭自然发火，更容易在综放开采的采空区发生。因此，预防采空区自然发火，就成了研究矿井煤炭自然发火的重中之重。

纳林庙煤矿开采的6-2煤层具有自燃倾向，自燃倾向等级属于易自燃煤层，着火温度小于305℃。地质报告提供的自然发火期为3～6个月。由于6-2煤层挥发分高、燃点低、易氧化、埋藏浅、漏风严重、综采工作面走向长(开发时间也长)、煤柱多、遗煤多(包括留顶、留底)，极易发生采空区自然发火。工作面采空区曾出现不同程度的自燃现象发生。因此，研究解决纳林庙煤矿采空区自然发火的防治问题，是刻不容缓的。

1 采空区自然发火的条件与原因分析

1.1 自然发火的条件

采空区的煤炭自燃是一个复杂的物理化学过程，其影响因素比较复杂，迄今为止，尚不能对其机理做出圆满的解释。但对于煤炭自燃的条件，可归纳为如下几个方面：①有自燃倾向性，呈破碎状，且具有一定厚度的浮煤；②有充分含氧量的气流持续地经过浮煤区；③浮煤区有积蓄氧化热量的环境；④上述三个条件同时具备，且共存的时间大于煤的自然发火期。

1.2 采空区自然发火原因分析

采空区自然发火的产生与发展，是诸多因素共同作用的结果，既有内在因素，也有外在的因素。就纳林庙煤矿自然发火而言，通过分析，归纳出如下主要原因：

1.2.1 采空区存有供自燃的浮煤

综采面全部为全煤巷道，并留有顶(底)煤，加之回采时留有一定厚度的顶煤，回采后顶板回落，造成采空区存有大量的浮煤。

1.2.2 有连续风流的供氧条件

该矿为浅地表开采，距地表30～180m，开采造成了地表有塌陷、裂隙，导致地表向采空区送风；由于采动压力与地质构造的影响，采面煤柱被压垮或密闭周围出现裂隙，造成采空区连通，采空区漏风。

1.2.3 有积聚氧化热的蓄热环境

受地质构造、开采布置、采煤方法与通风系统的影响，使得采空区的局部地点出现窝风，达到浮煤既能自燃又能蓄热的环境。

2 预防采空区自然发火的措施

“预防为主”是防治矿井火灾必须遵循的原则。贯彻“预防为主”，就是要充分利用先进的科学技术，针对采空区自然发火的条件与原因，制定预防自然发火的措施。

预防采空区自然发火要采取综合措施，要涉及到开拓、开采、通风各个生产环节。

2.1 选择正确的开拓、开采方法

矿井开拓、开采设计要满足矿井防灭火工作的要求：①新布置的综放工作面，靠大巷一侧要留有50m以上的永久煤柱；②综采工作面为避免多个采空区连成一片，要在一定的区域范围内(一般为3 个面)留有40m的隔离煤柱；③综采工作面进回风巷道连续采煤机双巷掘进时，联络巷之间的距离应尽量加大，一般不得小于55m；④综采工作面布置时，不准留设辅助切眼及泄水巷，尽量减少与采空区连通的通道以减少漏风；⑤进行回采时，尽量不留或少留顶煤。

2.2 优化矿井通风系统

合理稳定的通风系统是保证工作面定量供风的前提。在满足相邻采空区均压通风要求下，工作面尽量选择下行风，以减弱风流进入工作面采空区的能力。选择合理有效的通风构筑物位置，对影响综采面通风系统稳定的风门，都要安设闭锁装置，确保两个风门不得同时敞开。

优化通风系统，降低矿井通风阻力，合理布置通风设施，合理分布通风压力，提高通风设施质量，是保证通风系统稳定、预防采空区自然发火的关键措施。

2.3 加强采空区密闭

采空区密闭是预防采空区自然发火或有害气体向外扩散的有效措施，其密封工程的位置与质量，以及选择的封闭时间，均将影响采空区自然发火的预防效果。密闭漏风的大小，主要取决于密闭两端的漏风压差及漏风经过密闭的风阻。为此，需要根据实际开采情况，合理确定密闭的材料、位置、墙体厚度及密闭墙道数。在工作面进行回采时，随回采工作面的正常推进，对双巷掘进形成的所有联络巷及采空区与外界连通的巷道及时进行密闭，对有漏风迹象的密闭、煤柱及时喷浆，或采取其他措施进行处理。

2.4 保持综采面快速推进

综采工作面的快速推进，是一项极其主要的预防采空区自然发火的措施。在影响发火期程度的外因方面，工作面推进速度约占20%，是影响发火期的重要因素之一。提高综采面推进速度，使采空区的氧化自热区以较短的时间变为窒息区，减少浮煤自然发展阶段漏风对煤氧化的时间，有效地控制了浮煤自燃。

综采工作面要坚持“快掘、快采、快撤、快封”的原则，充分发挥现代化设备的效能，实现高产、高效、快速推进、快速撤离、快速封密，为防止采空区煤炭自然发火创造有利的条件。

2.5 采取措施减少采空区浮煤、阻止浮煤氧化

首先，要加强开采线、停采线、进风道、回风道管理。对综采工作面开采线、停采线、进风道、回风道进行综合治理，是预防采空区自然发火的有效措施。综采工作面开采线采取放震动炮强治放顶，使其冒落严实；综采工作面停采线必须清除干净，不留浮煤、木料及其他可燃性材料。

为了解决浮煤氧化，尽量要降低采空区丢煤量，减少煤炭暴露面，可采取将采掘过程中产生的浮煤尽力清除外运，对无法清除留有的浮煤要采取阻化措施；对其他地点的浮煤，采取沙土覆盖；对综采面开采线、停采线、进风道、回风道(均为煤壁)采取喷洒高分子阻化剂；同时，根据煤巷服务年限不同，对其分别采取喷浆、刷白措施，可有效地阻止浮煤氧化。

2.6 对采空区实施注水、注氮

对密闭的采空区，井下条件具备时，首先注水

降温，淹没浮煤，使其达不到氧化蓄热的条件。

向采空区连续注入氮气，防治浮煤自燃，是一种行之有效的防火技术措施。结合注氮强度和采空区自然发火的特点，在连续注氮的同时，可重点在开采线、停采线、煤柱、进回风道两侧及综采工作面起伏不平、不能正常推进处进行注氮，使采空区惰化。注氮管铺设在进风巷道，采用拉管移动注氮法。

2.7 加强采空区自然发火的预测、预报

采空区浮煤自燃的早期预测预报，是防止引起重大火灾事故的关键。

煤炭自燃早期预测预报的方法有：①人工取样色谱分析法；②现场人工检测；③束管监测系统；④安全监测系统。

采空区自燃早期预报的关注点为：①关注CO的变化；②关注煤焦油味与发火时间间隔；③关注标志性气体(CO和C2H4)及其浓度；④关注温度。

3 结 语

(1)由于纳林庙煤矿煤层厚埋藏浅，煤层自燃倾向性属于自燃煤层。因此，必须要弄清楚采空区自然发火的原因，根据实际情况，采取综合防治采空区自然发火的措施。

(2)分析了原因，筹划了措施，要达到采空区防治自然发火的目的，就必须严格实施措施，做到有督促、有检查、有考核。

通过采空区防治自然发火措施的实施，纳林庙煤矿就能从根本上杜绝这一类安全事故。