易燃厚煤层综放工作面综合防灭火技术探析

文/徐永和

易燃厚煤层综放工作面综合防灭火技术探析

文/徐永和

柴里煤矿是山东能源枣庄矿业集团公司的骨干生产矿井之一，于1964年10月建成投产，是我国第一对厚含水冲击层下开采特厚煤层的实验型矿井。目前，矿井现残存老火区达10余个，现行开采的三煤层属易燃厚煤层，自然发火期仅为35天，且经过50多年开采，煤矿可采资源日趋减少。因此，准确、快速、有效地预防自燃危险区和治理自然发火隐患点，对确保工作面的安全生产具有重要意义。

一、易燃厚煤层综放工作面自燃隐患综合探测

1.漏风通道测定技术

漏风通道的确定对判断和预测自然发火取样有重要作用。柴里煤矿采取释放六氟化硫（SF6）气体来进行测定漏风通道，SF6气体作为一种无色、无味、无毒和不可燃且透明的惰性气体，稳定性好。

释放六氟化硫（SF6）气体时，二人一组，在地面用100ml注射器抽取浓度是99.9%SF6气体100毫升，3分钟内一次性把100mlSF6释放完毕，释放后30分钟取第一次气样，此后每隔10分钟取样一次，连续取样4个小时，直到接收到SF6为止。取样的同时记录注射器编号与取样时间，上井进行分析，通过取样中SF6含量和取得时间判断有无漏风通道及其漏风强度。

2.探气技术

通过施工钻孔对巷道高冒区、巷道与老巷道、老硐室联系区、漏风通道发育区、采空区等进行气体取样分析，判断气体成分，并根据实际情况，选择一氧化碳（CO）作指标气体，结合“烷烯比”进行判断煤炭自燃情况。

3.深部（浅部）温度探测技术

温度能直接反映煤层自燃进展情况，如煤炭在化学吸附阶段温度达到70℃时就会分解，与氧分子结合，进而发生自燃。因此，煤炭温度探测对防治煤炭自燃有重要作用，可分为煤体浅部探温和采空区深部探温两种技术。深部探温技术是通过探温电子元件与温度显示仪器相结合，能有效探测50m以内的深部采空区煤炭积热温度情况；浅部探温技术能对10m以内的煤体进行静态探温，并可结合监控系统进行动态温度探测和监控，对于防治煤炭自然发火效果显著。

二、易燃厚煤层综放工作面防灭火技术应用

1.工作面概况

作为易燃厚煤层综放工作面——23下604北工作面井下位于236采区东北部，原设计为23308工作面，因23309通道自然发火隐患被迫分为23308东、西工作面，北邻23400工作面采空区，南邻23309工作面采空区，东邻23308东工作面采空区，工作面中部为23309通道老火区。为最大限度提高工作面可采储量，柴里煤矿将23下604北工作面、23308西工作面所在区域和23308东西两面之间的未采区域合并，作为23下604北工作面一并开采。

由于23下604北工作面周围为已开采区，受矿井采动压力影响，在掘进施工中存在较多高冒区，且与老巷道、老硐室联系，造成该区域漏风通道发育，采空区相互联通。柴里煤矿技术人员通过对23下604北工作面及其周边区域采空区高温火区进行有效探测和判断，发现23下604切眼漏风通道发育，运输巷400#棚-500#棚与23400采空区沟通联系，23309通道、原23604上分层切眼等地点存在自然发火隐患，需采取精确深孔探温注浆、浅孔密集钻、注凝胶、注三相泡沫、锚注、注水降温及其温度探测等综合防灭火技术措施进行治理。

2.23309通道自然发火隐患点治理

23309通道基本为南北向，巷道长度160m，南高北低落差25m，与南皮巷道上下重叠，落差南段高差30m、北段高差25m。2013年1月份，技术人员在南皮巷道中利用巷道倾斜高差，由高向低，向23309通道施工Ф42mm防火钻孔高位孔7个，对该处巷道进行全范围覆盖。通过钻孔取样、探温分析，23309通道仍存有CO，浓度35ppm，温度37℃，说明该区域存在自然发火隐患，需要重点加强自然发火隐患治理。基于此，矿井施工人员通过对7个防灭火钻孔进行注凝胶20t，发三项泡沫1530 m3，从而将23309巷道全部进行充填。治理后期通过取样和探温，发现自燃隐患点得到了有效治理，为下一步进行23下604工作面掘进施工提供了安全施工环境。

3.深部钻孔和浅孔密集钻相结合技术

利用深部钻孔注浆。在23下604轨道巷向上分层停采线施工Ф42mm注浆高位孔6个，终孔点高于上分层底板5m；距外帮1m开始沿停采线方向间距3m施工1高位孔，共施工3孔；沿采空区方向间距3m一孔，施工5孔。运输巷施工过23上604停采线50m后，向外帮23400采空区，施工Ф42mm压浆、注胶钻孔，20m一孔；距离运输巷道12点位置向外每10m施工1个深部钻孔。通过上述深部钻孔进行取样、探温、压浆、注凝胶等防灭火材料治理自然发火隐患。

利用浅孔密集钻探气和注水降温。在23下604两巷掘进过程中，对高冒区、顶板破碎区，每隔10棚，施工Ф32mm浅孔探气钻孔一组，定期进行取样、测温、注水，并根据监测情况进行有效分析，加大或减少注水量和取样密度，做到防灭火工作有的放矢，即治理到位又降低成本。

4.高分子材料充填及堵漏

传统上的压浆防灭火技术在防治自燃隐患上具有局限性，其性质决定压浆在空间上受到很大限制。为最大限度发挥压浆防灭火作用，柴里煤矿技术人员在黄土浆中添加新型防灭火材料，两者配合使用，最大限度地充填覆盖破碎煤炭和充填裂隙，克服了常规压浆防灭火只能覆盖底部堆积碎炭引起高温点，泥浆从高向低流动的缺点。

新型防灭火材料中的高分子阻化泡沫由表面活性剂、高分子保水材料和化学阻化剂组成，具有保水保湿作用，能将覆盖碎炭湿润，降低煤体表面温度，隔绝与氧气接触，阻化剂能降低破碎煤炭高温自燃几率，氮气能降低采空区中氧气浓度，达到消除高温点的目的。矿技术人员采取该项技术，通过深部高位孔向23604原停采线注凝胶10t，发泡1200m3，向23309通道进行注凝胶20t，发三项泡沫1530m3，彻底消除了自燃隐患，保证了工作面正常生产。

同时，分别在23下604转运、23下604轨道巷停采线漏风巷道使用高分子化学防灭火材料进行喷堵，在轨道巷、运输型靠近切眼、23下604切眼对高冒区、冒顶区等漏风通道进行充填，封堵了漏风通道，杜绝了漏风，起到了较好的防灭火效果。

三、结论

自然发火是制约厚煤层开采工艺发展的因素之一，也是煤炭行业多年来努力解决的一个课题。柴里煤矿针23下604北工作面实际特点，通过漏风通道探测、气体探测、温度探测等综合防灭火技术，确定自然发火隐患区域，取得了显著的治理效果，顺利实现了工作面的安全开采，具有显著的社会效益和推广价值。

（作者系山东能源枣矿集团柴里煤矿矿长）

（责任编辑：周琼）