特厚易燃多煤层下分层综放仰采过断层期间综合防灭火技术的研究与应用

曹富荣 周喆 徐忠峰 白镓泺

(中国华能华亭煤业集团有限责任公司净石沟煤矿,甘肃平凉 744201)

特厚易燃多煤层下分层综放仰采过断层期间综合防灭火技术的研究与应用

曹富荣 周喆 徐忠峰 白镓泺

(中国华能华亭煤业集团有限责任公司净石沟煤矿,甘肃平凉 744201)

受产能限制,净石沟煤矿下分层21515综放工作面仰采过F2逆断层,期间工作面反复出现垮帮冒顶、支架倾倒、接顶不实、挤架咬架、推移困难等现象,多次陷入停产、半停产状态。根据工作面推进速度缓慢,煤层自然发火期短,地质条件复杂,空间位置特殊的现状,积极采取了以监测预报、堵漏隔离、阻化惰化、降温增湿等综合防灭火措施,在工作面平均日推进0.35m情况下,持续防火攻坚150d,工作面实现了零发火,确保了矿井生产安全,为适应矿井深部开采复杂条件下火灾预防和治理提供了技术借鉴。

特厚易燃 分层开采 过断层 综合防灭火

1 工作面概况

21515综放工作面位于矿井西翼二采区二区段，属煤5层下分层工作面，采用倾斜分层走向长壁综合机械化低位放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板，“U”型后退式上行通风，运输顺槽732m，回风顺槽710m，切眼90m，煤层均厚12m，倾角28°。21515工作面开采煤层为黑色、半暗半亮型长焰煤，煤质低灰、低硫、中磷，属易自燃煤层，自燃倾向等级为“Ⅰ”级，最短自燃发火期为18d，且煤尘具有爆炸性，爆炸指数33.69%。

2 发火原因分析:

2014年3月14日，工作面个别架顶、架尾CO浓度和温度明显上升，尤其是工作面上段54#-59#支架区域和下段7#-21#支架区域，CO最高达286ppm，温度27℃，自燃发火征兆明显，防火形势严峻。综合分析，原因如下。

2.1 开采煤层极易自燃。

煤5层本身属于长焰煤，是易自然发火的煤层，其自燃倾向等级为“Ⅰ”级，最短自燃发火期为18d左右，自然发火期3-6个月。

2.2 空间位置特殊。

回采的21515综放工作面其上部为煤5上分层21514综放工作面采空区，在21514综放工作面采空区上部2～6m垂高又有煤4-2层21423综放工作面采空区，这样该区段在垂高约20m的高度上就有3个采空区近距离重叠，形成了多重易燃煤层采空区，在空间上呈立体自然发火带，上下通透，漏风环境复杂，供氧条件充分。

2.3 地质条件复杂。

一方面，揭露断层带将工作面沿倾向分为煤-岩-煤三部分，即工作面上段54#-59#支架区域和下段1#-20#支架区域为煤层，中部为煤岩混合体，受张拉、挤压、揉搓等作用导致煤层错位，裂隙发育，工作面顶板呈煤、岩破碎状，致漏风通道增多，采空区浮煤堆积量大，且破碎带交界处煤岩分离明显，整个工作面稳定性极差，架前、架顶易超前破碎垮落，抽槽冒顶现象严重，架顶漏空高冒区较多，煤体漏风蓄热条件充分；另一方面，过断层推进期间，受工作面爆破碎岩、采煤机强行割岩，支架阀组窜液，通风断面减小等外界因素影响，工作面产生热量增多。

2.4 推进速度缓慢。

截止2014年7月15日，工作面沿走向累计推进不足52m，月推进距离最大13m，最小9.5m。推进度(见表1)

3 综合防火措施:

表1 21515综放工作面过F2逆断层期间推进度一览表

3.1 定点监测预报措施。

1)专职瓦检员定点监测汇报。过断层开采初期，在21515综放面安排专职瓦检员利用光干涉瓦检器、英思科MX4便携式多参数报警仪等，对工作面、上下隅角等地点的CH4、CO等有害气体、O2含量、温度实行三班蹲点监测汇报，发现问题立即汇报处理。2)人工采样分析。信息中心安排专人对工作面支架后尾梁侧的高温点、气体异常区域通过负压采样泵、气囊进行气样采集，并送到地面实验室进行色谱化验分析，检测气样中O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等参数情况，掌握采空区浮煤蓄热氧化动态。

3.2 采空区堵漏、浮煤阻化措施。

在工作面上、下隅角各码放一道严实的黄土墙，墙体紧贴煤壁，缝隙用黄泥做封堵处理，并在墙体外侧设置导风障，将上、下隅角端头漏风通道堵死，坚持做到工作面上下端头 “走时设置导风幛，停时码黄土密封墙”的原则，要求黄土墙封堵工作随工作面及时跟进，以减少采空区漏风供氧。对于工作面上、下段煤体裸露部分、断层分离空间、煤岩交接部分、支架架缝等区域利用筛选的细黄土和成黄泥进行抹满封堵，特别是在工作面支架倾倒停止推进的情况下，在架尾老塘侧以里码放一道致密的黄土隔离墙(筛选的细黄土装在编织袋中，注水浸湿，形成泥浆)，缝隙利用黄泥浆二次抹满封堵，使其与岩石段部分接壤为一体，从架尾、架缝、老塘连成一体，将采空区与外界彻底隔离，形成独立的密闭空间，封堵漏风通道，打破供氧平衡条件。

3.3 科学注氮防火措施。

首先，结合我矿多重采空区立体“三带”考察结果，氧化带位于10m～45m范围，故在21515综放面运输顺槽预埋单趟4寸注氮拖管(深度34m)的基础上，再增加一趟2寸注氮管路，埋入深度11m左右，氮气释放口高于底板500mm，直对氧化带进行注氮，目的在于通过氮气的排氧惰化及吸热降温作用，抑制氧化带浮煤自燃。其次，将注氮时间由原来的6h调整为24h连续注氮，并打开上分层21514采空区和煤4-2层21423采空区注氮控制闸阀，实行三个采空区同步注氮，目的在于让持续、大量的氮气充填整个上下通透的采空区间，形成微正压，置换出有毒有害气体，形成氮气惰化屏障，杜绝采空区漏风。

3.4 异常区降温防自燃措施

为有效解决工作面7#-16#、45#-59#支架区域决温度持续上升，气体居高不下的问题，(如图1所示)分别在21515综放工作面回风顺槽和运输顺槽布设措施孔，以支架上部、后侧垂高7m处的顶板为终孔，通过钻杆、插管静压注水、压注阻化剂溶液及优乐防灭火“Ⅰ”号材料等手段，实现了对煤体的降温和包裹，使煤体与外界隔离，抑制氧化条件形成，此方法有效降低了支架顶板及后帮部煤体的温度。

3.5 其他措施

破碎漏顶区防火。针对架后浮煤、架顶裂隙和高冒区，工作面调架稳架期间，架前冒顶垮塌，沿综放面倾向斜长约15m，最严重的35#支架处架顶冒落高度约4.5m，宽度约5m；47#—59#支架段架顶漏空，高度2.5m-3m，宽度约3m；另外架尾上部浮煤松散，局部地段钻场辐射范围不到，顶板的破碎煤，漏顶区在空气中暴露时间长，防火困难。成为整个防火部署的难点。为此我们采用了定点目标注氮和插管注浆相结合的措施(如图2所示)。除此之外，还沿工作面倾向对后溜以里的浮煤喷洒浓度≥15%的氯化镁溶液进行阻化，并将工作面有效风量由466m3/min下调至360m3/min左右，在满足安全生产需要的前提下实行小风量供风。

4 效果

以上措施实施以后，工作面架间CO由治理前286ppm下降并稳定在18ppm左右，实现了仰采过断层开采持续长达150d的防火胜利，消除了21515综放工作面过F2逆断层期间采空区移煤自然发火的隐患，保障了21515综放工作面过断层安全，多采原煤45万吨。

[1]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版,2011年.

[2]张国枢.通风安全学[M].北京:中国矿业大学出版社.2007年7月.

[3]宋元文.煤矿灾害防治技术[M].甘肃兰州:甘肃科学技术出版社,2007年1月.

白镓泺(1987—),男,甘肃灵台人,助理工程师,现在华亭煤业集团有限责任公司净石沟煤矿从事“一通三防”安全管理工作。