顶板裂隙带注水孔防灭火在西二708采场的应用

摘 要：文章介绍了我矿西二708采场回采期间，在高瓦斯煤层防治自燃发火防治所采取的各项措施，并对效果进行了比较，其中以在工作面顶板裂隙带进行消火钻孔注水、白泥、三项泡沫效果最佳，同时结合采空区埋管注氮、注砂、上邻近层瓦斯道注浆、工作面合理配风等技术措施防治采空区自燃发火，通过采取以上综合防治自然发火措施，有效的控制了西二708采空区自然发火隐患，保证了西二708采场正常回采、安全回撤，同时对研究大采高复合煤层顶板综采工作面防治发火提供了宝贵经验。

关键词：顶板裂隙带；注水孔；应用技术

引言

我矿在防治煤层自燃发火方面不断加大安全投入，积极引进新技术、新工艺，通过多年的实践，总结出一套行之有效的措施。根据采场不同的地质条件、布置方式等因素采取最佳的措施方案，确保了矿井安全生产。

1 工作面概况

1.1 西二708工作面概况

1.1.1 东侧以172火成岩体，S1705工作面为界；西侧以FW2-2号断层为界；南侧与W2706工作面相邻；北侧以西二运输大巷为界。本煤层为复合煤层，赋存稳定，结构复杂，煤质一般，煤层最大厚度8.30m，最小厚度3.30m，平均4.20m，上覆为5煤层和4煤层，层间距分别为18.5m和20.8m，下覆9煤层，层间距23.60m，煤厚3.60m。

1.1.2 工作面设计小切眼、斜切眼，工作面面宽56/187m，工作面回采长度327m，回顺里段79米，回顺外段246米，可采面积45394.8m2。采用倾斜长壁后退式采煤法，采高4.2米，采用W型通风方式，煤层自燃发火期为1-3个月，煤种牌号为长焰煤。煤质一般，灰分Ad%：39.36，全水Mt%：12.5，全硫St%：0.30，发热量Qnet，ar（MJ/kg）：15.76，挥发份Vadf%：41.0，煤尘爆炸指数43.66%，绝对瓦斯涌出量：35m3/min。

1.2 工作面生产前防灭火设计

1.2.1 永久注浆充填系统

水池容积为300m3，注浆充填管路由北风井注浆充填站至西二708工作面；日常管理，注浆充填系统必须保证完好，注浆充填管路畅通，两顺各备存30米管路（管径∮108mm），保证系统能随时投入使用。

西二708运顺充填倍线=2581m/472m=5.47

西二708回顺充填倍线=2748m/470m=5.85

当切眼推进20m，沿运顺充填管路向原W2706回风道与切眼交叉点高顶处注砂，当切眼推进30m，沿运回顺充填管路向开切眼前后三角点埋管及距开切眼30m处前后三角点埋管注砂，以后工作面每推进50m向前后三角点注砂一次，当工作面推过斜切眼与工作面交叉点时，对交叉点高顶处注砂。运回顺充填管路末端安设压力表，当向前后三角点埋管注砂时，充填管路压力达到0.6Mpa停止注砂，防止充填管路堵塞。

1.2.2 永久注氮站系统

制氮机安设在北风井泵站院内（制氮机2台、额定流量2000m3/h、管径：立孔∮219、干管∮159、采场∮108），管路由北风井地面制氮站经∮159注氮管路至西二总排，经∮108管路至西二706回中上山至采场运顺前三角点，当工作面推进50m后开始向采空区注氮，此时开始预埋第二趟注氮管路，当工作面推进100m后改由第二趟注氮管路向采空区注氮，以此类推。

1.2.3 永久消防火系统

地面静压水池容积为1000m3，工作面运、回顺均设置消火水管，每隔50米设一个三通阀门，水管直径运、回顺均为∮50mm。水管末端距工作面不大于30米，并备有足够接到工作面的∮50mm管路。

2 问题提出

西二708采场于2010年6月23日开采，由于工作面设计小切眼、斜切眼，边采边安装支架，使回采速度减慢造成采空区浮煤自燃氧化带存在时间长；另外西二708旧巷及西二708运顺巷道时间长达5年巷道周边煤柱及顶板复合煤层氧化时间长；工作面瓦斯涌出量大，平均达到35m3/min，采场运回顺、旧巷断面大采场配风大、抽放量大造层成采空区漏风量多；上邻近层4层煤层间距18.5米层间距小，前期施工瓦斯道煤层遇火层岩侵入煤层变质程度高；本煤层斜切眼、小切眼存在火层岩侵入煤层变质程度高。2010年7月1日，工作面推进32米出现一氧，取样化验分析，回风流一氧化碳浓度8PPm、小面上隅角一氧化碳浓度29PPm，瓦斯道抽放管一氧化碳浓度4PPm，并有上升趋势。根据采场观测点气体分析化验情况，采取了以下措施：利用北风井三台制氮机向运顺采空区埋管注氮；运回顺三角点注砂、注水、注浆，埋管注浆、注水；在回顺、旧巷施工透瓦斯道消火钻孔，经消火钻孔向顶板瓦斯道注白泥、注水、三项泡沫等措施。

通过采取以上措施，虽然取得了一定的效果，但采空区自然发火隐患并没有得到有效的控制，2010年7月13日，工作面推进69米，小面对接完毕，期间工作面回风流一氧化碳浓度最高达到11PPm，小面上隅角一氧化碳浓度最高达到312PPm，瓦斯道抽放管一氧化碳浓度达到36PPm，2010年8月12日，工作面推进到122米，回风流一氧化碳浓度稳定在4-6PPm，工作面上隅角一氧化碳浓度稳定在200PPm，瓦斯道抽放管一氧化碳浓度稳定在45PPm。

3 方案的确定

为了加强采场自然发火管理，有效控制采空区自然发火隐患，通过采场各观测点气体化验情况分析，采空区产生一氧化碳原因为煤层顶板复合层夹煤初期氧化，工作面顶板冒落后落入采空区继续氧化造成，根据采场现有条件决定在回顺、旧巷施工顶板裂隙带注水钻孔，钻孔方位40-50度倾角在10-20度的注浆孔，孔底位于采空区裂隙带上部，利用螺杆式注泥泵及井下消防火管路静压灌注方法向钻孔注水、三项泡沫、氯化镁、白泥等防火材料。采用此措施可吸热冷却复合煤层顶板煤体温度，包裹煤体、隔绝煤体表面与氧接触，提高煤阻化性，充填堵塞煤体缝隙，达到防止采空区及旧巷煤帮煤体自燃发火。

4 施工工艺

钻场距回采工作面60米，钻孔孔底达到采空区裂隙带下部。

4.1 技术要求

4.1.1 钻孔终孔位置要处在采空区裂隙带下部，终孔点沿工作面投影平均分布。

4.1.2 由于受工作面超前动压影响，施工钻孔处煤壁产生裂隙，影响注水效果，因此要求钻孔封孔长度不小于20米，用水泥砂浆封孔，封孔管直径25mm。

4.1.3 在西二708采场回顺安装一台螺杆式注泥泵，通过注泥泵向钻孔注白泥，水和三项泡沫，比例为1∶5∶0.25。

4.2 施工工艺

4.2.1 采用SGZ-ⅢA型液压钻机施工，钻头直径94mm，钻杆直径50mm，扩孔钻头直径133mm，钻杆长2.0m。

4.2.2 湿式钻孔工艺，水泥浆封孔，封孔长度20米，封孔后凝固24小时开始注浆。

5 结束语

注浆效果：钻孔开始注浆后，随工作面推进顶板逐渐出现均匀淋水，每个钻孔覆盖工作面顶板长度平均在15-30米，西二708采场在后期回采及回撤过程中，通过采取上述措施，有效控制了采空区自然发火，2010年8月19日工作面推进192米后，采場后三角点CO浓度降低到100ppm，工作面推进到240米以后，回风上隅角CO浓度稳中有降，降低到100ppm以下，保证该工作面安全回采完毕。

作者简介：姜庆伟（1966-）男，满族，1987年毕业于抚顺煤炭工业学校通风专业。助理工程师，现任铁法煤业（集团）有限责任公司大隆矿保安区主任工程师。