苏村煤矿综采工作面 自燃原因分析及防治技术

文/程恳

山西中阳华润联盛苏村煤业有限公司设计产能90 万吨/年，全矿井划分 6 个采区，可采 4、5、6、10 号煤层。其中4号、5号煤层位于山西组，6号、10号位于太原组。10313工作面位于三采区北部边界，开采上下限：1010m~1045m，走向长480m，面长171m，煤层倾角16°，煤厚平均6.1m，综采放顶煤回采工艺，支架采高2.5m（1.7～3.2m），走向长臂后退式回采方法。该面回采范围内有落差分别为2.5m、3.5m、3.5m和4.0m四条正断层。

10313工作面进回风巷高差为12.5m，进风侧高于回风侧。经鉴定，10号煤层吸氧量0.78cm3/g，自燃倾向性等级为I类容易自燃煤层，自然发火期1~3个月。本文就苏村煤矿综采工作面自然发火原因分析及防治技术进行了阐述。

一、10313工作面CO气体发生过程

10313工作面于2012年2月形成系统，同年10月开始回采。受各种因素影响，截至2013年12月工作面推进92米。在采煤生产中发现10313面回风隅角最后一个支架（114架）后部尾梁处有水蒸气，经查有CO气体。随即采取进、回风巷隅角打挡风墙，进风侧挂35米挡风帘，进风量从760m3/min降到350m3/min，打钻向隅角注阻化剂，向采空区注氮。

114架尾部CO气体达到250ppm，回风巷CO气体为27ppm，经全面检查，CO气体浓度最高处在114架处，为出风点。当CO气体升到410ppm，回风巷升为32ppm。经分析认为，工作面推进速度慢是煤层自然发火是主要原因，114架位置处于工作面最低处，底板存有积水，自燃可能性较小。自燃源应在断层影响段，即60～95架间，该段破底严重，达2.2m左右，遗煤量多。

二、10313工作面CO气体超标原因分析

1.由于煤层本身属容易自燃煤层，自然发火期短，仅1～3个月。

2.工作面开采条件差，面内有4个2.5～4.0m落差断层，造成工作面有21m和65m长、破底厚1.2m～2.3m两处矸石段，加之仰推10°～16°角度回采，工作面多处冒顶，冒顶高度达2～8m，导致回采困难，致使工作面推进度受到严重影响。月推进度不足6米，导致采空区浮煤长期受到氧化，给采空区遗煤自燃创造了浮煤、蓄热、供氧条件，导致遗煤自燃。

3.未注意邻近煤矿越界开采问题，以致对采空区后部漏风没能采取预防措施，导致采面后部长期漏风氧化、自燃。

4.煤层出现CO气体后设备维护检修不够重视，防灭火关键时刻注氮设备发生损坏，影响了注氮防灭火。

三、10313工作面自燃综合防治技术

1.支架间打钻注凝胶

凝胶由水、基料（水玻璃）和促凝剂（一般为碳酸氢铵）按90∶8∶2的比例混合而成。还可以向其中添加0～30%的增强剂（砂土或粉煤灰）。

利用专用的胶体压注机把各种胶体材料按比例混合、搅拌，输送到火灾隐患区域。使用时，把水、促凝剂、基料从各自的料箱加入，通过固料推送器把促凝剂定量送入混合器，利用配比泵通过自吸管路把基料吸入混合器中。水、促凝剂和基料在混合器中混合后，通过主泵加压后输出，经注胶管路、分流器（如需要）、钻孔注入隐患区域。基料、促凝剂添加量的控制由无级调速器来实现，若需要改变某种材料的配比时，只需调节无级变速器的转速即可。注胶结束后，停止基料和促凝剂的添加，用清水冲洗设备及管路，以防堵塞设备和管路。

当全部开启工作面，并排除工作面瓦斯至《规程》规定的范围内时，人员进入工作面内检查无发火迹象后，就需要从支架架间向采空区打钻孔压注凝胶进行防灭火处理，达到堵漏风和固氮作用，抑制采空区火区复燃。

注凝胶钻孔布置在支架间，1#~114#每个架间均布置一个钻孔。钻孔开口位置距支架底板1.5m，终孔位置距支架顶梁向后5m以上。胶体隔离带注凝胶钻孔布置图见图1。

2.施工措施巷

在进风巷密闭外10m位置施工平行于进风巷的措施巷80m，从巷道内朝采空区不同方向施工3个钻孔。措施巷采用锚网支护，尺寸3m×2.4m，作为采空区充填和回采过程中采空区火区状态监测。

3.地面打钻注CO2治理

根据以往资料，分析火源位置及发展趋势，圈定治理区域，设计并施工地面钻孔，通过钻孔灌注干冰，监测火区状态，确定启封时机。一般情况，采空区氧化升温带范围在距离工作面5~20m以深，70m以浅。

从CO再次升高，注氮机损坏，架顶部有热源出现，初步判断因风量调小，采空区自燃危险区域位置前移，热源发展时间长，自燃区逐渐由回风侧向进风侧移动。在76架处有大量CO冒出的情况，说明自燃点继续向进风侧移动。采空区自燃危险区域发展范围预测图见图2。

图2 采空区自燃危险区域发展范围预测图

目前，进回风均密闭处理，采空区继续注氮。采用以区域为重点的大范围注CO2和注氮治理。

在实际施工中，每个钻孔注CO2完毕后需及时封闭，并作为监测钻孔，以便及时了解采空区遗煤自然发火状态。地表钻孔注CO2时要和井下注氮配合使用，使火区熄灭，达到启封条件。如外部有漏风通道易跑气、供氧，实施效果将受到影响。

4.火区监测

地表钻孔除作为注胶或者注干冰等使用外，同时可以作为监测钻孔，利用地面钻孔测温装置监测钻孔温度变化，利用钻孔抽气装置抽取气体，利用气相色谱仪进行气体分析。