自燃煤层大倾角综放面综合防火技术研究

文/梁建光

矿井自燃火灾是困扰煤矿安全生产的难题之一。自燃火灾不仅会烧毁大量的煤炭资源、物资和设备，造成物质损失，而且燃烧会产生大量的有毒有害气体，造成人员伤亡和损害人员身体健康。

大倾角综放工作面开采条件下，工作面推进速度慢，采空区丢煤较多、漏风较大、氧化带较宽，更容易自然发火。

一、建立井下束管火灾监测系统

火灾的早期发现和监测是矿井火灾防治的前提，根据《矿井防灭火规范》规定：一、二级自燃矿井应建立火灾预测预报系统，以CO、C2H4、C2H2三种气体作为自然发火的预报指标气体。

通过束管取样，利用安装在地面的抽气泵，将所采样的气体送入分析仪进行分析。对5-103综放面上隅角、 采空区及回风流的 O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2等气体含量实现 24 小时连续循环监测，经过对自燃火灾标志气体的确定和分析，及时预测预报工作面的自然发火危险程度，为煤矿自燃火灾事故的防治工作提供科学依据。

二、大倾角综放面不同开采阶段的防灭火技术

1.工作面初采期间的防火

在工作面开采初期，主要的发火隐患来自于开切眼周边破碎煤体，以及开切眼附近采空区是自燃易发生地点。因此，应该首先采用压注、喷洒阻化剂的方法，预处理开切眼煤壁裂隙及采空区浮煤；此外，还应及时建立采空区隔离阻燃墙，减少采空区供氧。

（1）压注喷洒阻化剂处理开切眼煤壁裂隙及采空区浮煤。为防止工作面开切眼、巷帮煤柱自然发火，应采取钻孔压注阻化剂的措施。钻孔间距根据阻化剂对煤体的有效扩散半径确定，取3～5m。钻孔深度应视煤壁裂隙深度确定，取5～10m，阻化剂使用浓度为20%。

对架后浮煤喷洒阻化剂。阻化剂附着在煤体表面，可起到长期抑制煤炭氧化的作用。实验表明，阻化剂的防灭火效果好、使用方便、安全无毒害、对设备无腐蚀、经济合理，其应用浓度为10%～20%。采空区喷洒时，吨煤用液量为30～40Kg。

阻化剂喷洒工艺与装备。阻化剂喷洒工艺是，将受一定压力下的防火剂溶液通过喷头喷向采空区浮煤；阻化剂溶液在浮煤处形成有效渗透，进而阻止煤的氧化升温。

阻化剂喷洒工艺示意图

（2）工作面正常开采期间的防火。工作面正常开采期间选择以采空区化学注浆、构筑隔离阻燃墙、均压、减少丢煤、发火期内推进度大于氧化带宽度等措施。同时进行采空区动态跟踪观测，必要时启动井下移动式制氮机，惰化采空区气体。

化学注浆。化学注浆材料主要是由两种浆液及添加剂组成，当两种浆液混合后，便产生无机的化学胶体泥浆。在向采空区压注过程中，浆液可向采空区周围空间、漏风通道及煤壁裂隙扩展，并逐步形成凝胶体，起到降温、堵漏、隔氧的作用。而且药液中含有阻化剂，可以大大提高防灭火的效果。

采空区化学注浆示意图

均压防灭火。在保证工作面风量需求的情况下，采用均压通风技术，在回风巷布置调节风门。使上下隅角的风压压差减小，减少漏风量，减少采空区氧化带的范围降低采空区上下隅角压差，减小氧化带宽度。

隔离阻燃墙。在进、回风隅角的密集支护后部，用黄土等不燃性材料构筑阻燃墙，厚度不小于0.5m，并在其表面喷涂防火材料，形成不漏风的隔离层，减少采空区漏风。隔离阻燃墙的设置需要根据采空区漏风状况以及施工难度而定，经研究试验，大倾角综放面每推进约30m左右时，建立隔离阻燃墙效果较好。

（3）综放面推进缓慢时的防火。当大倾角工作面由于倒架、遇到构造而造成推进缓慢或因故停采时，采空区自然发火的可能性增大。此时是预防自然发火的关键时期，应加强跟踪监测，采取采空区注氮、化学注浆、均压、建立隔离阻燃墙等综合防火措施。

大倾角综放面采空区注氮防火工艺和方法。大倾角综放面采空区防火注氮，采用埋管注氮工艺，根据对火情的预测情况，可选择连续或间断注氮。

采空区埋管注氮的具体作法是：在综放面的进风侧沿采空区埋设一趟注氮管路。当埋入30～50m后开始注氮，第二趟注氮管路与第一趟管路的埋设步距为30～50m。当第二趟注氮管口埋入向采空区注氮，同时停止第一趟管路的注氮，并重新埋设下一趟的注氮管路，如此循环。采空区注氮防火期间，对注氮口应采取保护措施，防止采空区泥浆等堵塞。

加快推进速度。通过采取各种技术措施，加快工作面的推进速度，缩短氧化带停留时间，防止采空区残煤进一步氧化升温。

（4）工作面撤架期间的防火。由于综放面在停采撤架需要时间较长，而且不放顶煤，必然造成工作面顶板以及采空区留有大量煤炭，容易引起自然发火。这也是煤矿开采普遍存在的问题，尤其在综放面问题愈加突出，这是由于大倾角综放面撤架困难所致。

工作面回采及巷道布置措施。当工作面推进到距离停采线一定距离时，逐渐抬高工作面，使支架顶部靠近煤层顶板，这样可以防止大量顶煤落入采空区。当采空区撤架时，综放支架上方为煤层顶板岩层，这样对快速撤架及预防自然发火极为有利。

减小风量及均压通风。为减弱漏风、缩短氧化带，在工作面停采撤架期间适当减少工作面风量，在工作面回风顺巷中设置一道控制风量的风窗，提高工作面回风侧压力，降低进回风之间的压差，使工作面风量和采空区漏风减少，减少采空区自然发火的可能性。

三、结论

对大倾角综放面初采、工作面正常开采、工作面推进缓慢及工作面撤架期间防火存在的问题，采取了有针对性的防火措施。通过实施采空区注氮、采空区注化学浆、喷洒阻化剂、采空区堵漏风、均压等综合防火措施，解决自燃煤层大倾角综放面防火难度大的问题，可有效保障工作面安全回采。